实现净零排放的技术路径

  诺贝尔物理学奖得主、美国能源部前部长朱棣文
  [中国石化新闻网2022-10-10]众所周知，1850~2021年全球平均气温不断上升，然而人们最关心的并不是平均气温，而是其他一些事情：居住地的温度是否会热得让人不舒服，或者寒冷地区的气温是否会更加宜居。北极和南极地区是最大的冰雪储存地。北极地区的变暖速度几乎是全球平均变暖速度的4倍。这意味着格陵兰岛和南极融化的冰川和漂浮的海冰比人们预期的要多得多。
  许多地区非常接近海平面，到下世纪或本世纪下半叶，这些地区将面临巨大威胁。除了海平面上升，还会有更多的洪水、森林火灾、干旱和水资源短缺。全球多地正面临水资源短缺压力，包括美国西部、墨西哥、印度、中东等，未来水资源短缺压力还会继续增加。未来，海平面将比几百万年前高出10~20米。这意味着覆盖全球10%人口的低地基本上会被淹没。这是最坏的情况，按照全球目前的气候政策，全球变暖幅度将达到3摄氏度，这种结局将会出现。
  为了实现将全球变暖幅度限制在2摄氏度或1.5摄氏度以内的目标，本世纪中叶，全球碳排放总量，包括发电、交通、农业、化工、塑料、钢铁、水泥等行业的碳排放总量必须基本为零，并且到本世纪末必须变成负碳排放。
  下面谈谈实现净零排放的技术解决方案。近年来，风能和太阳能的成本一直在下降。实际上，美国现在的风能和太阳能发电成本比天然气发电更便宜，而美国的天然气价格几乎是世界上最低的。如果的确如此，那么为什么我们不立即全部改用天然气发电，或者不用天然气，而只使用风能和太阳能发电呢？
  实际情况要复杂得多，即使在拥有巨大可再生能源资源的美国，天气也不总是晴朗的，风也不是总在吹。因此，可再生能源的实际成本应包括备用发电能力。风能和太阳能不可用时，就需要通过天然气、煤炭和核能等发电。此外，还需要更多的电力存储设施并加强输电网和配电网建设。如果美国要实现80%电力来自可再生能源的目标，储能系统就需要有3天的电力存储。3天听起来并不多，但美国完全依靠储存的电力运行整整3天，这一电力需求将是巨大的。因此，我们不太可能提供公用事业规模的电力存储量，连原材料都不够用，且储能成本必须是现在的1/10。
  电池储能是一种小规模的储能形式。2019年的诺贝尔化学奖就是有关锂电池储能的。这对大规模的公用事业储能用处有限，但对交通运输业非常有用。电池技术正不断改进，其存储的能量将会增加。随着原材料和技术成本降低，电池价格将下降1/2或1/3。如果电池价格下降1/2，那么电动汽车的成本将与燃油车一样，且前者一次充满电可行驶400~500千米。
  电池行业面临的问题是，世界上是否有足够的锂、钴和镍用于电池生产。预计30年后，乘用车将实现电气化，但电池产量将不足以满足世界的需求。因此，研究人员正对不同类型的电池进行大量研究。在中国、美国等国家，磷酸铁锂电池正取代镍锰钴三元锂电池成为锂电池储能系统应用的主流技术路线。我和我的同事发表过一篇论文，探讨从海水中提取锂的可能性。如果这种提取方法被证明在商业上可行，那么人们可以获得的锂将增加约5000倍，且这种提取锂的方法污染更小。
  核能发电也将为世界提供更多低碳电力，然而在欧洲和美国，很多人担心核安全问题。研究人员统计了每种能源造成的死亡人数发现，每单位核能比每单位化石燃料造成的死亡人数要少得多。据估计，福岛核电站事故将导致数百人因癌症而死亡，而这些死亡本可以避免。煤炭造成的死亡大多是由于呼吸系统疾病。严重污染的空气会导致肺癌、心脏病、中风等疾病，此外，煤矿开采也存在风险。研究表明，核能比煤炭等化石燃料更安全，其安全性可与风能和太阳能相媲美。如何以安全的方式开发核能技术，如何处理核废料，是安全发展核电的关键，这一领域有着广泛的国际合作空间。
  气候变化的加速趋势比10年、20年前人们所认为的要快得多。世界各国需要在许多领域进行合作。这并不是说各国的公司要公开电池技术秘密，或者将设备设施运送到其他国家，而是要分享如何制定最具经济性的清洁能源开发利用政策和措施。基础研究提供的清洁能源解决方法要实现商业化还需要因地制宜。我们有很多机会可以分享信息、互相帮助，应对气候变化需要各国共同努力。