“碳”索之路
原標題：“碳”索之路
2022年5月，安徽定遠“漁光互補”光伏發電助力碳達峰。視覺中國供圖
中國科學院過程工程研究所研究員朱慶山站在格致論道的講臺上。中科院格致論道供圖
應對氣候變化、保護地球家園，正在成為全人類共同關注的事。我國已宣布，將力爭于2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。這意味著，作為全世界最大的發展中國家，我國將用全球歷史上最短的時間，完成全球最高的碳排放強度降幅。
鮮為人知的是，在這條“碳”索之路上，科學研究者們早就開啟了各自的探索。
二氧化碳精算、工業減排、清潔煤炭、碳衛星監測、生態固碳、太陽能發電和二氧化碳制淀粉……在中國科學院格致論道近日舉行的雙碳專場講座上，這些涉及了工程熱物理、大氣物理、地理、生物技術等不同學科的話題，出現在同一個屋檐下。
“想要到2060年實現碳中和，第一個辦法是減排，用可持續的能源來替代化肥和燃料；第二個辦法是碳捕獲、利用與封存；還有一種方法是利用陸地和海洋的碳匯。”中國科學院院士樸世龍說。他的研究領域，包括陸地生態系統的碳循環、土地使用變化的氣候反饋，等等。
中國科學院過程工程研究所研究員朱慶山主要從事流態化、過程強化、資源化工等方面的研究。他和他的研究團隊正在跟鞍鋼合作一個萬噸級示范項目，這個備受國內外關注的項目將利用風電電解水制氫、流化床氫氣直接還原煉鐵這樣一套工藝，探索中國工業的低碳重塑之路。
從碳衛星如何洞悉全球碳足跡，到太陽能光熱發電在未來電網中的重要意義，從煤炭清潔燃燒與低碳利用的最新成果，到如何將大氣中的二氧化碳變成人類所需的淀粉。不同的道路指向了同一個目標——碳中和、碳達峰。
摸清中國碳家底
“（二氧化碳的排放）就像給地球穿了一件棉襖。”朱慶山站在格致論道的講臺上，從二氧化碳開始講起，“所以我們要努力把地球的溫度升高，控制在1.5攝氏度以內，它的核心實際上是控制二氧化碳的濃度。”
他向大家科普，二氧化碳濃度之所以會上升，是因為人類排放的二氧化碳超過了人類所消耗的二氧化碳，要想不上升，排放和消耗必須相等。
“這就是我們所說的碳中和。”他解釋。
投影上的示例一頁一頁翻過。朱慶山介紹，目前國內的碳排放大概是100億噸，其中排在第一位的是電力。其次是工業，占了39%。工業再細分，可以大概分為鋼鐵、有色、化工、建材。煉鐵的過程可以理解為把三氧化二鐵里面的氧去掉，得到金屬鐵，傳統的高爐煉鐵方式是用碳跟氧結合，用朱慶山的話說，這個過程“會產生二氧化碳”。
有色、建材、化工等領域也是一樣，制造氫氣的過程會產生二氧化碳，碳酸鈣分解會產生二氧化碳。當前的工業是通過化石能源來支撐的，提供能量的過程，同樣會產生二氧化碳。
朱慶山設想的工業低碳重塑過程，就是從能源、原料到流程，都盡可能抹去二氧化碳的身影。
“在科技部和基金委的支持下，我們國家過去幾十年開展了大量的研究，也為我國達成碳中和目標、參與全球氣候治理，提供了關鍵的科學支撐。”樸世龍說。他在演講中介紹了如何“計算生態碳收支、摸清中國碳家底”。
哪些硬核科技能派上用場
走在“碳”索之路上的另一位研究者，是中國科學院工程熱物理研究所研究員呂清剛。作為中科院“雙碳”戰略行動計劃首個先導專項“煤炭清潔燃燒與低碳利用”的專項負責人，呂清剛必須思考的問題是，如何突破煤炭的燃燒和利用技術門檻，保障我國能源和產業鏈的安全。
呂清剛探索的清潔煤炭之路，用一句話來描述是：如何讓煤炭更清潔、更高效。
能不能讓煤炭像氣體燃料一樣好用？呂清剛問自己。通過思考和研究，他和他的團隊經過10余年的努力，做了上百次大型的試驗，累計試驗時長3000多小時，尋找一種讓煤炭“更好燒”的辦法：煤粉預熱燃燒技術。如今，他們已經在工業鍋爐上實現了應用。
在剛剛閉幕的第24屆中國科協年會上，10個對產業發展具有引領作用的產業技術問題發布，其中包括了“碳中和背景下如何實現火電行業的低碳發展”。這正是呂清剛在謀求解決的問題。
“現代化的燃煤發電廠在我們國家超過1000座，這種清潔高效的電廠，實現了氮氧化物、二氧化硫和粉塵等常規污染物超低排放，達到了世界先進的水平，但火電也是真正的碳排放大戶。”呂清剛說。目前，他們正在用預熱燃燒技術解決火電支撐可再生能源并網發電，促進電力低碳。
他盼望到2060年，隨著技術的發展和進步，電網能真正敞開懷抱，百分之百地接受可再生能源電力，不再有“棄風”“棄光”的現象，大幅降低二氧化碳的排放，實現碳中和這一目標。
“要想實現碳中和，我們需要硬核的科技。”這是朱慶山的感慨。
高手過招中的“劍走偏鋒”
“很長一段時間。科學家都在探索不用高爐煉鐵的方法，提出了非高爐路線。我們流化床直接還原技術就是一個非高爐的方法。我們幾代研究者，一直在做這方面的工作。”朱慶山對中青報·中青網記者說。
在這條“碳”索的道路上，除了工業減排、清潔煤炭的常規方式，科學技術的發展還展示出了超出許多人想象力的一面。比如，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員蔡韜，就在格致論道的講壇上，分享了如何將二氧化碳變成人類所需的淀粉。
這一技術就像是在一場關于碳的武林大會中，使出了“劍走偏鋒”的一招。
“二氧化碳”和“淀粉”？這兩個詞關聯起來，聽上去甚至有一點科幻。這條新聞去年年底就已經引發了大量關注，一度成為“熱搜”詞條。
據蔡韜解釋，人工合成淀粉這個項目的初衷，就是把淀粉生產的農業化過程，變成一個工業化過程。
“人類用原始的雙腿行走奔跑，速度的天花板可能是博爾特的百米9秒，我和他賽跑的話，結果不言而喻。但如果給我一匹快馬、一輛跑車的話，我輕易就可以超過他，這就是范式改變所帶來的魅力。”蔡韜說。
蔡韜和團隊成員希望，能用空氣中的二氧化碳直接制造淀粉，他們給這個項目起了個名字，叫“憑‘空’制造”。
對這個團隊來說，思考原料來源的問題，相當于思考“二氧化碳從哪來”。據蔡韜介紹，國家的熱電廠、水泥廠等，每年固定排放的二氧化碳大約是40億噸到50億噸，“我們可以很容易拿到高濃度的二氧化碳”。
6年的時間，蔡韜和團隊成員用33本實驗記錄，記下了他們在2000多個日夜里，對淀粉人工合成的追求和探索。其中有成功的喜悅，也有失敗的沮喪。目標初步實現之后，很多人問他，你們合成的淀粉能吃嗎？蔡韜承認，自己還不能回答這個問題，因為現在實驗室里合成出來的淀粉，大約只有1克左右。
“我們不是不敢吃，是實在舍不得吃！”他開玩笑地說。
接下來的工作是如何加速推進這個項目，解決其中許多基礎的科學問題。蔡韜希望有一天，實驗室里能夠生產公斤級甚至噸級的淀粉。他承認，從實驗室階段到實現產業化應用，還需要面臨很多困難和挑戰。但這并不妨礙他去暢想這個技術在未來到底能對人類的生活產生哪些影響。
“以二氧化碳為原料，可以生產淀粉，也可以生產各種各樣的化學品，這樣就能建立一條以二氧化碳為原料的、新的工業路線。”蔡韜說。
碳中和需要年輕人去實現
2020年9月，中國政府在第75屆聯合國大會上提出，我國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。2021年2月，國務院印發《關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見》，7月，教育部也印發了《高等學校碳中和科技創新行動計劃》。
隨之而來的是，“雙碳”一詞持續走熱，不但成為去年的全國兩會熱詞，也是“2021年度中國媒體十大流行語”之一；今年“618”，碳中和也成了電商平臺熱點主題之一，某電商平臺的消費者購買標有“綠色商品”的產品，或在購買商品時選擇簡單包裝，就能獲得“綠動樂園”的“小綠花”，用來兌換環保商品或參與公益。
作為最年輕的新晉兩院院士，樸世龍常年在互聯網上進行“碳”的科普，討論陸地生態系統碳匯功能，及其在“碳中和”目標中的作用。
據樸世龍介紹，目前，我國的森林覆蓋率已經由20世紀80年代初的12%，提高到目前的23.04%，森林蓄積量提高到175.6億立方米。全國城市建成區綠化覆蓋率，也由10.1%提高到41.11%。我國森林資源中幼齡林面積，占森林面積的61%，中幼齡林處于高生長階段，具有較高的固碳速率和較大的碳匯增長潛力。
他也試著強調，生態系統就像一個容器，現在正在被不斷地裝滿。如果有一天這個容器裝滿了，有可能再也裝不下。碳匯也是類似的過程。
在他看來，構建一個天空地一體化的生物生態系統和碳匯的管理系統，是非常有必要的。
“碳中和跟我有關系嗎？”朱慶山看到過一些人提出這樣的疑問。他的答案是，碳中和跟每個人息息相關，每個人都應該關注碳中和。
他計算了一下，等到“碳達峰”實現的時候，他已經退休了。而“碳中和”實現的時候，現在剛剛大學畢業的那些學生，到時候“可能也該退休了”。但在他的設想中，這條“碳”索之路，未來幾十年也許會產生一些新的賽道，帶來新的機遇。
“這些需要年輕人去抓住，去實現。”朱慶山說。
中青報·中青網記者 張渺 來源：中國青年報返回搜狐，查看更多
責任編輯：
