来到南科大后我担任了创新创业学院院长和清洁能源研究院院长，因为我一直在研究低碳和能源的事情，所以借着这个时间，今天跟大家讲一下碳中和的一些内容。

据统计，2020年，我们中国二氧化碳排放大约103亿吨（报道数据是102亿吨到108亿吨，我选其它文献中也用的103亿吨这个中间的数字），其中，煤炭、石油、天然气排放达到95亿吨，另外一部分是各种小的，比如沼气、生物质，还有一些其他的排放。所以，约92%的CO2排放是以上煤炭、石油、天然气这三种化石能源燃烧产生的。衡量任何一家公司、任何一家单位、任何一个系统，把这三个算准就可以了。国家对这三个都有统计数据，不需要额外再计量CO2排放量。

2020年，中国的总煤耗量大约36亿吨，折算成标准煤大约28亿吨，每吨标准煤再乘以一个系数就可以得出，煤炭一年大约排放73.5亿吨二氧化碳。2020年，中国的石油消耗7亿多吨，折成标准煤约9亿吨，排放二氧化碳15.4亿吨；天然气消耗量折成标煤是4亿吨的样子，排放二氧化碳6亿吨；三个加起来是95亿吨。103亿吨除以14亿人口，人均大概7.4吨，一个三口之家每年平均排放22吨二氧化碳，这是一个天量的数字。

怎么说呢？如果把二氧化碳转化成一种产品，22吨原料就要生产22吨产品，不管什么产品，哪一个家庭一年能消耗得了22吨这么多呢？

关于碳中和，最怕光讲概念不讲数字。作为一个科学家，我今天主要跟大家分享一些数字。大家都说每天用空调、开车等等都与碳有关系，每一个人、每一小步节能，都可以为碳中和做出一点贡献，但完成碳中和这个任务还是非常艰巨的，而且是一个漫长的过程，这也是为什么习总书记提出到2030才达峰，2060才中和，而不是现在。

改革开放40年，中国发生了翻天覆地的变化，相信在习总书记的领导下，未来40年我们肯定实现碳中和的宏伟目标；但短期内我们还缺不了化石能源。尽管风能、太阳能、CO2转化为化学品、CCS、CCUS，提高能效都会对减碳有些贡献，都值得去鼓励探索和实施，但对目前天量排放的CO2，近期内减低的比例是相当有限的。在这种情况下我们怎么才能在对经济影响最小的前提下，实现碳中和？碳中和的现实路径有哪些，这是我希望跟大家进一步探讨的。

碳中和的误区

碳中和是一个非常复杂的系统工程，需要通过多种技术渠道及各种努力去减碳；每个行业对自己的减碳路线都有所强调，但对其他行业的减碳路径及各种路径对减碳贡献的量不是很清晰，大众对碳中和的挑战及认知有一定局限，存在以下几个误区，需要用数据来说明：

第一个误区是认为风能和太阳能比火电都便宜了，因此太阳能和风能完全可以取代火电实现碳中和。这句话只对了1/5到1/6。因为一年有8760小时，而中国的太阳能每年发电小时数因地而异，在1100小时到2000多小时之间不等，超过2000多小时的区域不多，全国平均大约在1450-1750小时左右。也就是说太阳能大约在1/6–1/5的时间段比火电便宜；而在其他5/6-4/5的时间段，如果要储电，其成本会远远高于火电。风能每年发电的时间比太阳能略微长一点，大约是2000小时左右，但电是需要24小时供的，不能说一个电厂一年只供一两千小时，因为我们用电不能说有太阳有风的时候用电，没太阳、没风的时候就停电。太阳能和风能是便宜了，但最大的问题是非稳定供电。

不可否认，中国的风能和太阳能发展了将近四十年确实发展很大，取得非常大的成绩，我们给这个领域做出贡献的科学家、工程师必须致以崇高的敬意。但是发展了四十年到今天，尽管风能、太阳能增量巨大，可与煤电相比仍然相当有限。以2019年为例，全国的风能和太阳能加起来发电总量相当于约1.92亿吨标准煤的发电量，也就是说，上网的风能和太阳能发电总量大约只能取代煤炭发电的12.5%左右。

而且，电网靠电池储电的概念是非常危险的。据估算，目前全世界电池生产商5年多的电池产能仅能满足东京全市停电3天的电能。如果说我们有4/5的时间或者5/6的时间要靠电池储电，这是不可想象的。况且，这个世界也没有那么多的钴和锂，没法让我们造那么多的电池。在这种情况下，弃光弃风的问题非常严重，因为电网只能容纳~15%的非稳定电源。风能、太阳能发出来的电，电网没法全部承受。如果继续增加风能、太阳能的同时，大规模储能问题解决不了，只能废弃更多。

弃光弃风在中国有两方面的原因，一是技术因素，就是因为太阳能、风能是没办法预测的，电网小于15%可以容纳，多于15%容纳不了，随着智能电网的发展，这个比例会有所上升，但仍然需要时间；二是机制因素，地方保护主义的存在可能会让地方出于对当地GDP的考虑，宁可用当地的火电，也因各种原因不用风电、光电、水电。机制问题在中央大力推动“碳中和”的背景下是可以解决的，但技术问题解决依赖于科学和技术的发展，这个发展过程是难以预测的，仍然需要时间。

科学技术的突破不是没有可能，但是只有发现了才能知道发现了。今天无法预测明天的发现。我经常举一个例子，火药发明之后近一千年才有枪的发明。枪的原理一旦明白后，其实很简单，但是你要说火药发明后就可以预测很快会发明枪，那就错得离谱了。有了火药后，不能当时就假设我们很快会发明枪，很快就可以统治世界这个假设太大了。这只是个比喻，不过能够很好地提醒我们在制定任何战略时，千万不要用尚未发生的突破和假设去决定可以做什么事。过去我们的科技水平整体落后于西方，一张白纸可以借鉴已验证的技术路线去结合我国发展需求描绘科技发展战略。但如今很多领域我们已经实现并跑甚至是领跑，这种情况下制定战略一定要充分论证。我们制定战略一定是以已有的、证明的、现实的技术路线为基础。

另一方面，据估算全世界只有大约13%的石油就生产了我们所有的石化产品，剩下的大约87%的石油都是被烧掉的。如果把全世界的化学品都用二氧化碳来造，也只是解决13%的石油排碳的碳中和问题。所以说，从规模上二氧化碳制成化学品并不具备减碳价值。二氧化碳转化为其他化学品对减碳的贡献是相当有限的。

第四个误区，是说可以大量地捕集和利用二氧化碳。利用CCUS（碳捕集、利用与封存技术）技术，把生产过程排放的二氧化碳进行捕获提纯，再投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存。理论上能够实现二氧化碳的大规模捕集。现在大家说在电厂把二氧化碳分离，分离完以后打到地下可以做驱油和埋藏等等其他的作用。我看到一个数字，近年，中国整个二氧化碳驱油消耗量大概是每年几百万吨CO2耗量，与我们一年的排放是103亿吨CO2总量是非常有限的。而且驱油这个阶段是一部分二氧化碳进到地里，还有一部分会跟着油出来，它不是一个完全的埋藏。

把碳打到地下埋藏，我回国前在GE曾经研究过这个事情。把煤和水、氧转成氢气和二氧化碳，氢气燃烧发电产生水蒸气，二氧化碳就打到地底下。当时我们做了示范工程，前后花了28亿美元，有上百名博士参与，用了7年的时间建成了630MW的IGCC火电厂，一度时间曾经计划把这个每天耗6000多吨煤的IGCC电厂产生的CO2分离后全部打到地下埋藏，这个技术能够实现净零排放，但是不具备经济性，最后决定只发电，不埋藏CO2。

这个示范具有环境方面的意义，并且工厂在美国运行至今，我们做完这个项目以后，才发现即使不分离埋藏CO2，这已经是GE创立以来最复杂的一套工业系统。别看GE生产了全世界~80%的飞机发动机、及大量的大型医疗器械如核磁共振、CT等，包括三峡水利工程的设备和青藏线的火车头等等，但是，这一630MW的近零排放的IGCC火电厂是GE自爱迪生创立通用电气以来100多年以来建设的最复杂的一套工业系统，在先进性、环保性方面具有优势，不过这个成本太高了。

我回国之前和曾和原GE核能的总经理交流，他在一次公开演讲中也提到GE今后会通过煤炭零污染的火电厂解决二氧化碳的问题，但是讲完就下来跟我说，别看我在会上那么讲，真正要去做还不如干核能，核能比零污染火电厂便宜多了。当然，那会儿福岛核电站事故还没有发生，核能可以做。法国现在60%多将近70%就是核能，做了几十年了。但是福岛核电站泄露事故之后，全世界都在提高核能的安全系数，这个安全系数到后期每提高一点，成本就增加很多。核能是减碳很重要的base load发电技术，但人们能否接受因其高成本而导致的高电价需要讨论。

因此，碳中和的事不光是一个技术的问题，更是经济和社会平衡发展的综合性问题。现在在电厂把二氧化碳分离，分离完以后打到地下可以做驱油和埋藏这条路，在可以驱油的地方可以改，还有一些经济效益，我国新疆等地已经有类似的二氧化碳驱油工程。这块的成本主要是把二氧化碳在锅炉尾气中分离出来的成本，我们算过，假设打到地下的CO2的成本为30美元一吨，其中20美元是把二氧化碳从整个尾气里面分离出来成为纯二氧化碳，5美元是输送到埋藏点，另外5美元是把它压缩到地底下。分离是核心，成本也最大。在目前的技术手段下，靠CCUS利用来处理的成本很高，作用也是有限的，当然这方面的成本通过研发也可以降一些，经济上能否有竞争力，取决于未来碳税的价格。