探索减少排放和碳排放的新途径。

新技术帮助能源变得更清洁、更低碳。

碳中和是指人类活动排放的二氧化碳被人类行为和自然过程吸收。研究表明，目前全球每年排放约400亿吨二氧化碳，其中14%来自土地利用，86%来自化石燃料利用。这意味着要实现碳中和，必须改变以化石能源为主的能源体系，构建以风、光、水、核能为主的非碳能源新结构。

在碳中和和硬约束下，化石能源没有被放弃。为了减少化石能源使用过程中的碳排放，研究人员正在探索清洁利用技术。同时，在交通、工业等领域，研究以氢能、电能替代化石能源，多管齐下支持减排降碳。化石能源的清洁利用。

获取化学物质，尽可能少排放二氧化碳。

据统计，非碳能源仅占中国一次能源消费的15%，其余85%主要是煤炭、石油和天然气。其中，煤炭占一次能源消费的近60%。

近年来，煤炭在我国一次能源消费中的比重持续下降，但未来煤炭在能源结构中仍将占据重要地位。在这种情况下，有必要研究煤炭的清洁利用，减少二氧化碳排放，煤化工被认为是一条路径。

中国科学院院士、中国科学技术大学校长包新河表示，目前，中国有两种主流的用煤方式。一是大量使用煤炭作为能源，直接燃烧发电；第二，化学品作为原料，是通过煤化工等手段制备的。我国对化学品的需求量很大，不可能像国外那样完全依靠石化工业进行生产。因此，用煤制备化学品更加现实可靠。

煤制化学品离不开碳、氢、氧的反应和转化。因此，煤的结构和反应过程决定了它的燃烧必然会产生二氧化碳。据估算，燃烧1吨煤排放的二氧化碳约为3吨，而煤化工项目往往是用水大户，因此煤气化、合成以及后续产品提纯分离等环节都离不开水。

有没有办法在不排放大量二氧化碳的情况下实现煤炭转化的目标？朝着这个方向，科学家们正在探索化学反应的新方法。

包新河解释说，石油化工通过催化、蒸馏、裂解等方式将大分子变成小分子，从而得到烯烃、芳烃等产品。这个过程不需要太多的水，也不会排放太多的二氧化碳，这样油分子就可以“被吃掉，被挤出来”。从分子结构来看，煤和油差别不大，但差别主要在反应过程中。如果煤的转化可以用另一种方式实现，那就是煤中的大分子可以像石油炼制一样直接“剖开”，用更少的水和更少的碳排放得到所需的产品。

化石能源对于一个国家来说是一种宝贵的资源，但是直接燃烧的话，二氧化碳的排放量是比较大的。科学家们正在努力更多地利用化石能源作为原材料，以便将其加工成产品。

比如“吃干榨净”的油，科研人员创新了更精准的精炼方法，一些“分子精炼”技术大大提高了石油资源的利用效率。有专家假设未来80%的原油可以转化为烯烃和芳烃，然后可以生产合成塑料、橡胶、纤维等材料作为化工原料进行工业生产，从而减少石油的直接燃烧。

推进氢能规模化应用。

研究高效、便捷、低成本的“绿氢”获取途径。

要“精准拼接”煤炭分子，完成煤炭的清洁利用，这一思路离不开先进高效的催化剂，同时也要摒弃传统的氧气辅助气化工艺，只有借助“绿色氢气”才能实现。

氢气在自然界不存在，需要人工获取、储存、转化和应用。所谓“绿氢”，是指风能、光能等可再生能源发电，然后用清洁动力分解水产生的氢气。这被认为是未来获取氢能的主要途径。然而，通过电解水制氢的成本相对较高。全球每年消耗的5000万吨氢气中，只有4%来自电解水，使用的电能并非全部来自可再生能源。大多数氢来自化石能源，其中煤是最便宜的。然而，煤制氢时不可避免地会排放二氧化碳。

研究人员正在开发高效、方便和低成本的方法来获得“绿色氢”。例如，开发大规模、低能耗、高稳定性的电解水制氢新技术，通过材料和工艺创新降低能耗和成本。专家认为，如果人们能够经济地获得“绿色氢”，未来将形成相对完善的氢能产业链，推动氢能在各行业的应用，最终甚至形成独立于油、气、电的新体系。

氢气的价值远不止于帮助煤炭的清洁利用。包新河认为，氢气可以高效利用，无污染，再加上各种能源，可以说是实现碳中和目标的关键。在今天的能源系统中，化石能源产生电力和液体燃料，然后到达最终用户。在未来的能源架构中，氢能将与电力一起占据核心地位，为终端用户提供能源。

从能量释放效率来看，氢燃料电池技术高于内燃机，氢气具有替代汽油的潜力，在交通领域具有广阔的应用前景。再比如传统的炼钢法，主要是通过焦炭燃烧提供还原反应所需的热量，产生一氧化碳作为还原剂，将铁矿石还原得到铁，再将铁转化为钢，整个过程会产生大量的二氧化碳。氢能炼钢用氢气代替一氧化碳作为还原剂，其还原产物为水，从而大大减少了炼钢的二氧化碳排放。“以氢代煤”有望引领钢铁行业绿色转型。

为了大规模利用氢能，不仅要降低制备成本，还必须克服储运问题。针对这一痛点，我国科研人员探索出了“液态阳光甲醇”的技术路线，即“绿氢”与二氧化碳结合制成液态甲醇。将太阳能等可再生能源储存在甲醇中，为可再生能源的储存和运输提供了一种新的模式。这不仅可以解决氢气的储存和运输问题，还可以中和二氧化碳。此外，使用甲醇后获得的二氧化碳和水是下一个循环的载体。

中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所太阳能研究部主任李灿表示，经过多年攻关，中国完成了全球。

首套直接利用太阳能“液态阳光甲醇”合成技术的规模化示范工程，正在推广10万吨级“液态阳光甲醇”合成技术的工业化应用。

支撑可再生能源并网

探索大容量、安全、稳定的储能技术

我国太阳能资源十分丰富。据专家测算，在我国有条件的农村屋顶都装上光伏，初步估计将有20亿千瓦的安装容量。这意味着一年能发电3万亿千瓦时，占到未来全国总电力需求的20%左右。

实现碳中和，必须构建以风、光、水等为主体的非碳能源新结构。然而，风、光等为代表的可再生能源，有发电波动性和间歇性等短板，如果规模化并网，会影响电网稳定运行。为支撑大规模并网，可再生能源必须与有效的储能结合起来。作为能源存储转换的关键，储能系统能够提高多元能源系统的安全性、灵活性和可调性。

专家介绍，在电源侧，储能技术可联合火电机组调峰调频、平抑新能源出力波动；在电网侧，储能技术可支撑电网调峰调频，在系统发生故障或异常时，保障电网运行安全；在用户侧，储能技术可实现用户冷热电气等方面综合供应。

目前，大规模储能技术也存在一些缺陷。除了成本比较高之外，安全也是储能产业的瓶颈。针对这些痛点，科技界和产业界正在探索大容量、安全、稳定的储能技术。比如，在储能材料上，朝着低成本、高储能密度、高循环稳定性、长周期存储的方向发展；在储能装置上，正从关注单体设备效率、成本，转向满足差异性需求的高品质供能、储用协调方向。

业内专家表示，近年来，各种新型储能技术不断有突破，且尝试了一些场景实现示范应用，包括氢储能技术、电磁储能和飞轮储能等等。储能技术路线不同，适合的场景也不一样，未来还需进一步研究，综合考虑技术成熟度与场景匹配度。

中国工程院院士杜祥琬表示，从碳达峰走向碳中和，发达国家一般要用45年至70年，我国仅预留了30年时间，困难更大，富有挑战性，但也是一个发展的机遇。

“‘碳中和’将是一次经济社会的大转型，是一场涉及广泛领域的大变革，谁在技术上走在前面，谁将在未来国际竞争中取得优势。”中科院院士丁仲礼表示，我国需要积极研究与谋划，谋定而动，系统布局，力争以技术上的先进性获得产业上的主导权。

本报记者 喻思南 吴月辉