張渺

應(yīng)對氣候變化、保護(hù)地球家園，正在成為全人類共同關(guān)注的事。我國已宣布，將力爭于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這意味著，作為全世界最大的發(fā)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(qiáng)度降幅。

鮮為人知的是，在這條“碳”索之路上，科學(xué)研究者們早就開啟了各自的探索。

二氧化碳精算、工業(yè)減排、清潔煤炭、碳衛(wèi)星監(jiān)測、生態(tài)固碳、太陽能發(fā)電和二氧化碳制淀粉……在中國科學(xué)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(shù)等不同學(xué)科的話題，出現(xiàn)在同一個屋檐下。

“想要到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，第一個辦法是減排，用可持續(xù)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?！敝袊茖W(xué)院院士樸世龍說。他的研究領(lǐng)域，包括陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)、土地使用變化的氣候反饋，等等。

中國科學(xué)院過程工程研究所研究員朱慶山主要從事流態(tài)化、過程強(qiáng)化、資源化工等方面的研究。他和他的研究團(tuán)隊(duì)正在跟鞍鋼合作一個萬噸級示范項(xiàng)目，這個備受國內(nèi)外關(guān)注的項(xiàng)目將利用風(fēng)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(yè)的低碳重塑之路。

從碳衛(wèi)星如何洞悉全球碳足跡，到太陽能光熱發(fā)電在未來電網(wǎng)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(biāo)——碳中和、碳達(dá)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?！敝鞈c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(nèi)，它的核心實(shí)際上是控制二氧化碳的濃度?！?/p>

他向大家科普，二氧化碳濃度之所以會上升，是因?yàn)槿祟惻欧诺亩趸汲^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?！彼忉?。

投影上的示例一頁一頁翻過。朱慶山介紹，目前國內(nèi)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(yè)，占了39%。工業(yè)再細(xì)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(tǒng)的高爐煉鐵方式是用碳跟氧結(jié)合，用朱慶山的話說，這個過程“會產(chǎn)生二氧化碳”。

有色、建材、化工等領(lǐng)域也是一樣，制造氫氣的過程會產(chǎn)生二氧化碳，碳酸鈣分解會產(chǎn)生二氧化碳。當(dāng)前的工業(yè)是通過化石能源來支撐的，提供能量的過程，同樣會產(chǎn)生二氧化碳。

朱慶山設(shè)想的工業(yè)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(dá)成碳中和目標(biāo)、參與全球氣候治理，提供了關(guān)鍵的科學(xué)支撐?！睒闶例堈f。他在演講中介紹了如何“計(jì)算生態(tài)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(xué)院工程熱物理研究所研究員呂清剛。作為中科院“雙碳”戰(zhàn)略行動計(jì)劃首個先導(dǎo)專項(xiàng)“煤炭清潔燃燒與低碳利用”的專項(xiàng)負(fù)責(zé)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(shù)門檻，保障我國能源和產(chǎn)業(yè)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(tuán)隊(duì)經(jīng)過10余年的努力，做了上百次大型的試驗(yàn)，累計(jì)試驗(yàn)時長3000多小時，尋找一種讓煤炭“更好燒”的辦法：煤粉預(yù)熱燃燒技術(shù)。如今，他們已經(jīng)在工業(yè)鍋爐上實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。

在剛剛閉幕的第24屆中國科協(xié)年會上，10個對產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有引領(lǐng)作用的產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題發(fā)布，其中包括了“碳中和背景下如何實(shí)現(xiàn)火電行業(yè)的低碳發(fā)展”。這正是呂清剛在謀求解決的問題。

“現(xiàn)代化的燃煤發(fā)電廠在我們國家超過1000座，這種清潔高效的電廠，實(shí)現(xiàn)了氮氧化物、二氧化硫和粉塵等常規(guī)污染物超低排放，達(dá)到了世界先進(jìn)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(yù)熱燃燒技術(shù)解決火電支撐可再生能源并網(wǎng)發(fā)電，促進(jìn)電力低碳。

他盼望到2060年，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，電網(wǎng)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(fēng)”“棄光”的現(xiàn)象，大幅降低二氧化碳的排放，實(shí)現(xiàn)碳中和這一目標(biāo)。

“要想實(shí)現(xiàn)碳中和，我們需要硬核的科技?！边@是朱慶山的感慨。

高手過招中的“劍走偏鋒”

“很長一段時間?？茖W(xué)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(shù)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?！敝鞈c山對記者說。

在這條“碳”索的道路上，除了工業(yè)減排、清潔煤炭的常規(guī)方式，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展還展示出了超出許多人想象力的一面。比如，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)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(shù)就像是在一場關(guān)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(guān)聯(lián)起來，聽上去甚至有一點(diǎn)科幻。這條新聞去年年底就已經(jīng)引發(fā)了大量關(guān)注，一度成為“熱搜”詞條。

據(jù)蔡韜解釋，人工合成淀粉這個項(xiàng)目的初衷，就是把淀粉生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)化過程，變成一個工業(yè)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(jié)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(tuán)隊(duì)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(xiàng)目起了個名字，叫“憑‘空制造”。

對這個團(tuán)隊(duì)來說，思考原料來源的問題，相當(dāng)于思考“二氧化碳從哪來”。據(jù)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(tuán)隊(duì)成員用33本實(shí)驗(yàn)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(biāo)初步實(shí)現(xiàn)之后，很多人問他，你們合成的淀粉能吃嗎？蔡韜承認(rèn)，自己還不能回答這個問題，因?yàn)楝F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)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(shí)在舍不得吃！”他開玩笑地說。接下來的工作是如何加速推進(jìn)這個項(xiàng)目，解決其中許多基礎(chǔ)的科學(xué)問題。蔡韜希望有一天，實(shí)驗(yàn)室里能夠生產(chǎn)公斤級甚至噸級的淀粉。他承認(rèn)，從實(shí)驗(yàn)室階段到實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，還需要面臨很多困難和挑戰(zhàn)。但這并不妨礙他去暢想這個技術(shù)在未來到底能對人類的生活產(chǎn)生哪些影響。

“以二氧化碳為原料，可以生產(chǎn)淀粉，也可以生產(chǎn)各種各樣的化學(xué)品，這樣就能建立一條以二氧化碳為原料的、新的工業(yè)路線?！辈添w說。

碳中和需要年輕人去實(shí)現(xiàn)

2020年9月，中國政府在第75屆聯(lián)合國大會上提出，我國將提高國家自主貢獻(xiàn)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(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2021年2月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》，7月，教育部也印發(fā)了《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計(jì)劃》。

隨之而來的是，“雙碳”一詞持續(xù)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(diǎn)主題之一，某電商平臺的消費(fèi)者購買標(biāo)有“綠色商品”的產(chǎn)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(huán)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(lián)網(wǎng)上進(jìn)行“碳”的科普，討論陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能，及其在“碳中和”目標(biāo)中的作用。

據(jù)樸世龍介紹，目前，我國的森林覆蓋率已經(jīng)由20世紀(jì)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(qū)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(qiáng)調(diào)，生態(tài)系統(tǒng)就像一個容器，現(xiàn)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(gòu)建一個天空地一體化的生物生態(tài)系統(tǒng)和碳匯的管理系統(tǒng)，是非常有必要的。

“碳中和跟我有關(guān)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(guān)，每個人都應(yīng)該關(guān)注碳中和。

他計(jì)算了一下，等到“碳達(dá)峰”實(shí)現(xiàn)的時候，他已經(jīng)退休了。而“碳中和”實(shí)現(xiàn)的時候，現(xiàn)在剛剛大學(xué)畢業(yè)的那些學(xué)生，到時候“可能也該退休了”。但在他的設(shè)想中，這條“碳”索之路，未來幾十年也許會產(chǎn)生一些新的賽道，帶來新的機(jī)遇。

“這些需要年輕人去抓住，去實(shí)現(xiàn)?！敝鞈c山說。

（文章來源《中國青年報》，圖片除署名外均來源于網(wǎng)絡(luò)）