包信和院士：煤炭如何迎来“第二春” | 双碳之路无限可能（一）——我们应该如何理解“双碳”？

开篇语

作为世界上最大的发展中国家、能源消费国，“双碳”目标对我国能源高质量发展提出了更高要求，如何在国家能源安全得到有效保障的前提下，寻求更具韧性、包容性和可持续性的能源生产与消费方式，是实现“双碳”目标的关键。

中国的科学家团体正在贡献智慧，为“双碳”助力。新型清洁能源开发技术、储能技术、化石能源的清洁使用技术……这些科技创新技术正在一点点改变我们的生活，给“双碳”绘上了绿色的底色。

煤炭是我国能源结构的中流砥柱。在实现“双碳”目标过程中，能源结构改革是非常重要的一个环节。在这个过程中，煤炭将扮演什么样的角色？我国在煤炭转化的研究中都取得了哪些关键的进展呢？为此，我们采访了中国科学技术大学校长包信和院士。

我们应该如何理解“双碳”？

问：您是如何理解碳达峰、碳中和这两个概念的？

答：一个国家，特别是像中国这样的发展中国家，发展过程中一定要进行工业生产，而生产是需要使用大量能源的。目前我们使用的能源主要是化石能源，燃烧之后会产生二氧化碳，因此在能源使用过程中就要排放碳。近几十年来，由于我国的经济一直在高速发展，所以能源的用量（包括碳的排放量）就一直在上升。所谓碳达峰，也就是希望我国尽快达到碳排放的最高值。我国现在希望在2030年以前实现碳达峰。

实现碳达峰之后，我们要采取各种方法，在减少二氧化碳排放的同时，增加对二氧化碳的处理，最终使每年碳的排放量能够等于碳的自然吸收量加上处理掉的量，使二氧化碳的产生和清除达到平衡，这个平衡就叫做碳中和。

问：您认为我国要实现“双碳”目标，最重要的难题是什么？

答：我国能源生产占据了碳排放的80%以上。所以，要想按期实现碳达峰和碳中和的目标，最需要关注的就是能源。有三个环节需要我们重点关注：首先是清洁能源的获得环节，也就是本身不会产生大量碳排放的能源；第二是能源的使用环节，也就是研究如何在能源使用过程中减少碳排放；第三个环节就是排放环节，如何在这个环节中将要排放的碳进行吸收、处理。

（图片来源：veer图库）

问：通过节能减排就能够实现“双碳”目标吗？

答：这是一个误区。国家要发展，要产生社会价值和GDP，一定需要能源，因此社会需要的能源肯定是增加的。节能减排可以帮助我们提高能效（产量一致的情况下能耗降低），但是不会改变社会能耗增加的事实。也就是说，虽然节能减排能降低碳的排放，但要同时实现社会的发展和“双碳”目标，单靠节能减排是不够的。

问：在实现“双碳”目标过程中，科技怎样给我们“赋能”？

答：科技赋能主要体现在两个方面：新材料和新思路的提出，以及机制和原理的探索。

在新材料和新思路方面，例如，现在太阳能电池材料主要是用硅，但是有一种新思路，不是完全用硅，而用一种叫钙钛矿的材料。钙钛矿材料从被发现到应用在太阳能转换上，仅用了十年左右的时间，但它的效率已经达到23%-25%，与硅材料有一定的可比性了。

那么这些材料为什么能够将太阳能转化为电能呢？这就是科技赋能的另一个角色：机制和原理的探索。通过研究我们发现，太阳光所携带的能量，能够将这些材料中的电子激发出来，从而形成电流。太阳光中不同组分的能量是不同的，而不同材料中的电子被激发时，所需要的能量也是不同的。了解这个发电机制之后，很多科学家开始研究叠层太阳能电池，将硅和钙钛矿材料叠在一起，能够充分利用光的不同组分，使光能转换效率进一步提高。目前最好的叠层电池能够实现30%左右的转换效率，比单独材料制备的电池又要高出好多。

问：您认为我国实现“双碳”目标主要面临哪些困难和挑战？

答：主要的压力来自于两点：首先，我国的碳排放量本来就很大；其次，我国有较高的经济发展需求。

我国的情况和西方国家不同。欧洲发达国家基本上在上世纪80年代就已经实现了碳达峰，美国也在2005年左右实现了碳达峰。这些国家承诺在2050年实现碳中和，也就意味着他们有较长的时间来妥善安排进程。而且，发达国家的经济增速已经放缓，对能源的需求增速也不会有较大增量。

但是，现阶段我国的人均GDP与西方国家相比还有较大差距，经济发展的速度仍然较快，能源需求还会进一步的增长，目前还没有实现碳达峰；在这一情况下，还需要同时考虑实现碳中和的问题。即便我们承诺2060年实现碳中和，留给我们的时间与西方国家相比，也少了很多，主要的压力也是来源于此。

提出碳达峰和碳中和概念时，美国跟欧洲的人均GDP达到了2.5万美元左右，而我国是1万美元左右，就好比一个青春期的孩子正是需要大量营养来长身体的时候，突然被限制了吃饭的量，这是一个比较大的挑战。我们只能通过改善“饮食”结构，在饭量不增加的情况下也能获得充足的营养，这个转变是非常困难的，这也是另一个压力的来源。

（图片来源：veer图库）

问：实现“双碳”目标，我国有哪些优势？

答：首先，在新能源的生产方面，我们的太阳能、风能和水能发电装机容量都在世界前列；而很多新能源生产所需要的设备和材料也都是来自中国，这些都是我们在清洁能源生产方面的先发优势。

其次，中国幅员辽阔，能量资源丰富，这也是我国发展清洁能源的一个优势。因为无论是发展风能还是太阳能、甚至水能，都需要较大的场地，我国中西部地区的广阔土地会成为新能源未来发展的大舞台。

第三，在舆论层面和文化层面上，中国的大众/公众也是比较接受可再生能源的。一个新概念、新事物，如果不能得到大家的认可，也就无法大范围地推广了。

另外，近年来，我国在科技发展上的投入非常大。前面我们提到“双碳”目标的实现需要科技赋能，所以中国在新能源科技的各个方面都有非常大的投入，也掌握了一些世界领先的技术。

（图片来源：veer图库）

问：您心目中的能源梦是什么样的，能谈一下吗？

答：首先是能源安全得到保障。像现在俄乌冲突以后，欧洲在能源上面临的危机就很有警示意义。所以我的能源梦首要一点就是要有能源可用，要让我们的国家在能源上实现安全、自立、自主，这是我们科技工作者希望能够给国家做的贡献。

第二，希望能源的生产和使用过程当中能够对生态环境友好。因为人类世世代代生活在地球上，当然也包括我们子孙后代，在我们的发展过程当中，不能因为能源的使用给子孙后代留下隐患。

第三，就是能够让能源的获取更加便利、更加便宜。未来如果聚变能能够突破，那么从某种意义上来说，人类就可以源源不断地获取廉价的清洁能源了，这也是我能源梦中的图景。