金涌，化学工程专家，中国工程院院士，清华大学化学工程系教授、博士生导师，化工科学与技术研究院院长。
碳中和是环境问题，更是发展问题。在碳中和的大背景下，化工行业路在何方？金涌院士认为，中国实现碳中和，会有几个时代的变化。
第一，我国要把工业化时代，变成信息化时代；
第二，目前的化石能源时代，将会变成可再生能源时代；
第三，化石燃料时代变成化石材料时代；
第四，我国需进入到循环经济时代。
01
碳中和是中国发展的必然需求
联合国大会上，有121个国家提出要2050年达到碳中和，这当然是对中国有压力的。我国在提出构建人类命运共同体的前提下，也坚持了自己的原则，也就是说应对气候变化问题，大家都有责任，责任是共同但有区别的。所以，我国提出了“争取在2060年前实现碳中和”的目标。
那么，我国为什么要做这个事，并且作为全国的一个重大发展目标呢？事实上这和我国自身的发展需求也有关系。我觉得，我国制定“双碳”目标，一方面是应对来自西方国家的压力，另一方面也是我国发展到了目前的阶段，不得不做的。
中国现在发展最大的矛盾就是能源短缺，资源不够，加上环境恶化。我国现在74%的石油是从国外进口，差不多40%至50%的天然气进口，铁矿石80%进口。我国在资源和能源上，如果还想进一步发展，就会受到这些方面的制约。
02
碳中和是环境问题，更是发展问题
我国现在要从工业化社会变成信息化社会，就必须解决我国的资源问题、能源问题、环境问题。在这种情况下，我国正好以碳中和作为一个巨大的驱动力，来驱动中国的转型。
所以说，碳中和是中国必须做的，我觉得我国通过中国人的财富、才能，是完全可以做到的，是可以解决这些问题的，我国是有自己的发展目标和任务的。
金涌院士接受《环境与生活》杂志记者采访
因此我国提出碳达峰、碳中和的目标，要知道我国现在是全世界碳排放量最大的国家，排放全球近1/3的二氧化碳。我国从碳达峰到碳中和只有30年时间，这是非常短的时间。世界上其他一些国家，从碳达峰到2050年碳中和，像英国是接近80年，美国也有40多年。我国要想很快地把这么大的二氧化碳排放量，降到碳中和的目标，困难还是很大的。
碳中和绝对不是一个单纯的能源问题或气候变化问题，而是一个深刻、广泛的经济社会系统变革，是涉及全社会的事，是一个非常非常大的目标。也可以说，碳中和将会是主导中国经济增长和转型的最大驱动力，也是我国以后经济活动最核心的部分之一。
因为是一个整体的社会变革，如果达成目标，我国就真正做到了可持续发展，我国就不会再有对国外的能源的依赖。大部分资源我国能通过循环经济解决，这样的话，中国就真正做到了可持续发展，相应的，污染也减少了。
03
产业与能源转型是目前最大的需求
为什么我国的每万元GDP能耗和发达国家有如此大的差距？根本问题在于产业结构，当然服务业少也是原因之一。改变产业结构非常重要，但是，我国也不会因此放弃制造业，因为中国是世界制造业第一大国。因此我国要发展高端制造业，向着高质量发展。
我国现在存在很多产品价值低，但二氧化碳排放量大，并且能耗很大的产业。比如钢铁，我国2019年生产了12亿吨钢，占全球钢年产量的一半。按人均产量来算，是美国的3倍。水泥就更是如此了，我国的水泥产量占全世界70%，人均水泥生产量是美国的6倍。但是问题就来了，我国未来还会再建这么多高速公路或楼房吗？
我国进入了信息化社会，产业就要发生很大变化，所以在这40年之内，可能我国会逐渐将一些产业淘汰，尤其是一些高耗能低产出的行业，要有序地退出，然后用先进的、高端的、耗能少、产值高的行业代替。这样就有机会把我国的每万元GDP能耗也降到0.1吨左右，这是完全可能实现的。所以，这将会是全行业要面临的情况。我国要从工业化社会，变成信息化社会，这样才有可能真正实现碳中和。要想经济发展和减少碳排放同时实现，就需要全社会的共同努力。
金涌院士（右二）荣获清华大学2017年度突出贡献奖
接着就是产业转型，现在我国的能源，基本都是把煤、油、天然气直接烧掉，燃烧就会产生二氧化碳。不烧不就没有二氧化碳了吗？可就目前的情况来看，不烧就没有能源了。化石能源是推动此前三次工业革命的主要力量，现在我国需要让化石能源逐渐退出，如果不烧，自然就不会有二氧化碳排放。
那么，能源问题怎么解决？我国提出碳中和目标的一个先决条件，就是我国的光伏发电和风电产业发展很好。在光伏发电和风电发展了十多年后的今天，其发电成本已经大幅下降。
现在光电、风电与火电相比，每发一度电的经济成本，已经基本相近。我国的技术已经到了这种程度，并且在这方面是领先的。我国的光电、风电发展非常好，而且现在产量、产值都是世界第一。
我国完全可以建设光电风电的发电装置来代替火力发电，也就是不用烧（燃料）了。中国的风力发电占全世界的1/3到1/4。中国出口的光电用硅板，产量占全世界70%。
另外就是电动车，我国电动车保有量约为500多万辆，也是全世界第一，当然占比还很小。电动车在未来也会成为拉动经济的重要力量。美国就很害怕，6月初美国总统拜登在“汽车城”底特律市发表演讲，说中国在电动车领域超过了美国，无论产量、市场和电池，都比美国做得好。为了赶上中国，拜登公开承诺将会投入1700亿美元补贴美国的电动车产业。
我国现在是有条件利用新的可再生能源代替火电了，技术问题都解决了，经济问题也接近解决，那么我国的环境当然会更好。以后，我国发展经济就需要考虑技术可行、经济合算、二氧化碳排放量低，这是与今后的发展吻合的。这些都是先决条件，如果没有这些条件，碳中和自然不可能实现，我国正是因为有了这些良好的基础，才有了现在的目标。
04
从化石燃料到化石材料
回到化工行业的话题，既然我国未来不烧化石燃料了，那用它做什么？首先就是石油，将来我国的汽车绝大多数会被电动车代替。这不会是十分遥远的未来，现在欧盟一些国家已经计划2030年后不再生产汽油车，而是全部变为电动车，那么传统炼油产业肯定要逐渐退出市场。相应的，要把石油做成材料，而不是变成汽油、柴油、煤油。现在，我国的传统炼油技术，80%的石油都变成了汽油、柴油、煤油，20%是石脑油。石脑油裂解再制成烯烃、芳烃。
图｜金涌院士
我认为，今后这种技术路线将会改变，石油化工企业将会改变结构，不再生产燃料，而是生产材料，比如说橡胶、纤维或其他高端材料、涂料。这种转型就是石油化工的发展方向，现在已经成为全球共识。国外的一些企业已经开始着手布局这种转型，比如欧洲的道达尔公司，就要把石油的利润占比逐渐减少，现在占50%，将来要减少到30%，同时要大量发展新产业，也就是石油材料。
有了石脑油，我们就可以生产三烯三苯，也就是乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯。就可以生产非常多的化工产品，可以说所有的石化产品，原料都是三烯三苯。
有了这些，我们就可以生产各种高分子材料。我们不再把石油烧掉，而是把碳都留在了材料中，碳对人类是非常重要的物质，碳并不坏，只是不应该让它变成温室气体跑到天上去。
所以石油总的发展方向，就是从燃料变成材料，这也是我国化工企业今后的发展方向，一方面我国不再烧石油了，减少二氧化碳排放；另一方面，企业转型为石油材料制造商，也避免了企业的损失。
最难的就是煤，煤燃烧是现在二氧化碳排放的大户。如果我们不烧煤，用它做什么？煤化工显然不是最好的选择，我国之前从事了很多年的MTO（醇制烯烃）和“煤变油”研究，我国的煤化工产量已经达到千万吨级了，过去因为油价很高，所以还有价值。但是继续发展下去，随着全球对石油的需求量越来越小，煤化工的问题也就凸显出来，一是经济效益差，二是二氧化碳排放高，因此我认为传统的煤化工技术，都将慢慢淡出市场。
那么，煤最好的出路是什么？我国需要在这方面研发出具有颠覆性的技术。事实上中国的煤资源并不多，煤储量只有美国的一半，而人口数是美国的4倍，这样算下来，美国的人均煤储量是中国的8倍。中国的煤储量只占全世界的12%，因此我国其实也不能大肆浪费煤资源。
除了需要在未来探寻颠覆性的技术外，目前我们已知的最佳利用途径，也就是煤的分质利用。煤不是单纯的碳，煤中的碳氢比是1比0.8，也就是每10个碳原子，伴有8个氢分子，如果用煤当燃料，就相当于把氢也一起烧掉了。
如果我们在烧之前，就先把碳、氢分开，也就是所谓的蓝碳技术，现在我国在这方面做得很好，但也有一些最终的技术问题没解决。这不是单纯的煤制氢技术，煤制氢技术每制造1吨氢气需要排放11吨二氧化碳，从碳中和的角度来看，煤制氢技术是要被淘汰的。
煤的分质利用，是把煤所含的碳变成焦炭或半焦，把氢拿出来利用。这些比煤热值还高的半焦，可以用于火力发电，推动蒸汽轮机，同时利用分出来的碳氢化合物挥发部分，喷在半焦发电烟道气中，再点燃一次，推动燃气轮机，这个技术就是燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电，这种技术的能量转化率可以达到60%，远高于传统火力发电的45%。
这样一来，煤的利用率就提高了，相应的经济价值也提高了。同时，联合循环发电中的燃气轮机可以随时启停，因此也可用于调峰发电。我认为，在未来大量使用光伏发电和风力发电之后，火电的生存空间，就是用于调峰发电。
图｜金涌院士（左一）在苏联留学时期与同学合影
那下一个问题就是，我们将煤分质利用后，这些半焦要如何处理？如果用来烧，还是会产生二氧化碳，所以我们也为半焦找到了出路。碳本身也是还原剂，如果把半焦加热到一定温度，碰到二氧化碳，就会把二氧化碳还原成一氧化碳。
这是我们目前正在研究的项目之一，通过这种还原，半焦就不再产生二氧化碳，反而是能将二氧化碳还原为一氧化碳的还原剂，这就成为二氧化碳减排的物质了。二氧化碳还原是吸热的，那我们同时再将一部分半焦烧掉，加入少量氧气使燃烧放热的同时，生成一氧化碳。一氧化碳可以用来制造很多的化工产品。我想这就是煤今后的出路。
目前，我们对天然气的利用存在问题，我们把天然气用来做饭，也就是民用。举例来说，我们把一壶水放在燃气灶上烧，天然气中的热量有多少进入水壶了？其实只有30%至40%，其他的热能都加热空气了，这个利用率是很低的。如果用电加热水壶烧水，热能的利用率可以达到90%以上。
所以，我认为以后的家庭将会电气化，应该把天然气用于工业。现在，我国的情况正好相反，禁止工业使用天然气，这是不符合碳中和原则的。美国电气化的家庭约占50%，欧洲一些国家已经逐渐开始禁止天然气入户了。天然气更适合用于工业生产，天然气（CH4）中每有1个碳原子，就有4个氢原子，是最好的制氢原料。很多国家都利用天然气制氢，只有中国是煤制氢，当然这也是因为我国的天然气储量很小。总的来说，未来的天然气将与工业结合，要把煤分质利用产生的一氧化碳与天然气结合，也将大幅度减少二氧化碳排放。
总而言之，我国化石能源的煤、石油、天然气，都需要其相应的产业慢慢转型，这种转型将会为二氧化碳减排做出巨大贡献。除了化石能源转型之外，利用其他的可再生能源也有助于减排。首先是生物技术，生物是利用太阳能最好的方法之一，目前比较有机会产业化的就是微藻利用，微藻在干燥后，以甘油三酯的形式固定光合作用产物，含油率可达50%至60%，并且藻类可以在海水中生长，生长速度和阳光利用率是陆生植物的4至5倍，这是生物代替化石能源的重要途径。
05
能源结构调整需要因性而谋、因势而定
从电力说起，现在我们的技术已经可以让光电风电的成本与火电持平了，但光电、风电仍然存在一个很大的缺点，就是不稳定性，所以必须有储能装置。
只有让光电、风电平稳，不波动，才能组成智能电网，储能装置的作用就在于此。因此现在电力发展的关键，就是解决储能问题。太阳辐射到地球的能量，是目前人类所需总能量的3000倍，中国有很好的条件，很多地区都适宜发展光电和风电。
对于光电和风电来说，技术有了，条件也有了，关键就是蓄电设备。目前，使用最多的蓄电设施，约占70%以上，就是利用水建立水库，用多余的电把水抽到上游，需要电力时放水推动发电。但是，仅靠这一种方式显然是不行的，我们还需要开发更多的方式储电。
我们非常看好锂电池的发展，一方面是电动车可以代替燃油车减少碳排放。另一方面，电池本身就是储电设备。我国现在机动车保有量是2.5亿辆，假设在未来，其中的1亿辆变成了电动车，在夜间不使用时充电，那这1亿辆电动车就成了储电设备，充当了调峰的角色。
所以，我也设想，今后的电动车不再搭配销售电池，而是将电池出租，或变为换电池的形式。电动车没电了，可以直接到电站充电或换电池。同时，电站与电网相结合，集中给电池充电，这就起到了储能和调峰的作用。
现在，国家也正在积极策划这方面的行动，当然对于目前的电动车保有量来说，还不足以实现，但就发展而言，这绝对是一个一举两得的措施。如果是建立大量大型的调峰电厂，将会耗费巨大的经济成本。
06
碳中和将带来四大时代变化
所以，将来中国实现碳中和，会有几个时代的变化。
第一，我国要把工业化时代，变成信息化时代。这是需要全民参加的。信息化时代、智能化时代、数字化时代，这种时代的变革会同时发生。
第二，目前的“化石能源时代”，将会变成“可再生能源时代”。这不是说我们的化石能源已经用完了，而是发展带来的变化，就好像石器时代发展到青铜时代，也不是因为石头用完了，而是因为有了炼铜技术。我们现在已经拥有了技术，那么时代的更迭就是必然的，这是很了不起的变化。当然，我还没提到核能，如果核聚变能源能投入使用，那我们之前说的那些新能源都不算什么了，就要完全变成“核能时代”了。
第三，“化石燃料时代”变成“化石材料时代”，我国要把这些化石资源进行更加科学合理的应用。
第四，就是进入到“循环经济时代”。
只有真正实现了这四个时代的变迁，才能真正做到碳中和。