生物质与煤混烧、地下空间开发……专家为碳达峰碳中和支招

“现在城市的交通拥堵还很普遍，带来的交通污染怎么解决？其中一个办法是把货运转到地下去，建设城市的地下智慧物流运输系统。这个系统如果建成，人们购买任何商品都只需要点一下鼠标，所购商品就像自来水一样通过地下管道很快‘流入’居住小区的自动提货柜……”

10月20日，在江苏省科协主办的2021年江苏科技论坛的 告中，国家最高科学技术奖获得者、中国工程院院士、陆军工程大学教授钱七虎用这番畅想，分享地下空间开发利用与交通碳减排的远景。

在他看来，地下空间开发利用可以与交通碳减排、人工碳汇、建筑碳减排、能源的绿色转型“组团”为实现碳达峰碳中和（以下简称双碳）提供解决方案。

在这场题为“绿色转型，率先达峰”的论坛中，多位院士为实现“双碳”建言献策。

其中，中国工程院院士、上海交通大学碳中和发展研究院院长黄震建议，不妨从供给侧和需求侧探索电力零碳化、燃料零碳化、再电气化、智慧化、高效化等方面，促进能源变革。

中国科学院院士、西安交通大学教授郭烈锦则建议，以大规模低成本清洁发电制氢、二氧化碳还原与碳高值化循环利用，构建五位一体的能源体系。

国家能源集团科学技术研究院有限公司副总经理朱法华认为，可在煤中掺烧生物质，寻求燃料更换，同时发展电气化，以储能储氢为补充。

国家最高科学技术奖获得者、中国工程院院士、陆军工程大学教授钱七虎。金凤 摄

不能一谈到“双碳”就要弃煤

化石能源包括煤炭、石油、天然气。据《世界能源统计年鉴 2020》显示，中国煤炭、石油、天然气消费量分别占世界总量 51.7% 、14.5% 、7．8% 。

“控制二氧化碳排放，首当其冲的是要控制煤炭消费。中国煤炭约一半用于燃烧发电，减少电力行业的煤炭消费确实是减少二氧化碳排放的有效手段，但中国富煤贫油少气的资源禀赋，使得电力行业很难离开煤炭。”在朱法华看来，煤电的一个低碳发展的方向是煤与生物质、 污泥、生活垃圾等物质混合燃烧。

这种燃烧组合优势明显，朱法华介绍，利用固体生物质燃料部分或全部代替煤炭，可以显著降低原有燃煤电厂的二氧化碳 排放量; 利用大容量高参数燃煤发电机组发电效率高的优势，可以大幅度提高生物质发电效率，节约生物质燃料资源; 利用已有的燃煤发电机组设备，只对燃料制备系统和锅炉燃烧设备进行必要的改造，可以大大降低生物质发电的投资成本……

朱法华的观点与中国工程院院士、上海交通大学碳中和发展研究院院长黄震不谋而合。

“面向碳中和的能源变革，要循序而进，先立后破，不能一谈到‘双碳’就要弃煤，化石能源应该是‘先立’，先不断把新能源为主的新型电力系统建立起来，再逐渐减少化石能源比例。作为保障型能源，化石能源还会继续为国民经济做贡献，当然也要达到零碳的排放。”黄震认为，迎接能源变革，需要同时在能源供给侧和需求侧推进革命。

目前，全球高达41%的碳排放来自于电力行业，我国更是高达51%的碳排放来自于发电和热力。未来能源该如何供给？

“重中之重是电力的脱碳和零碳化。”黄震解释，电力脱碳与零碳化，核心是构建以新能源为主体的新型电力系统。对此，德国的经验或有借鉴意义。

此前，德国宣布将在2022年全面弃核，2038年前关闭所有煤电厂，2050年构建全部100%采用可再生能源的用能体系。

德国在推进可再生能源发展中立法先行，建立起遍布全国的分布式光伏发电、风电、生物质发电及储能机组；通过基于大数据的电力供给侧和需求侧的预测与管理，以及基于互联 的电力交易和服务平台，有效促进可再生能源消纳，提高电 的供需平衡。在德国，高比例的可再生能源已使常规火电从基荷电力转变为调峰电力，成功实现了能源结构转型。

“市场化的电价、电力系统的调节、基于互联 的电力交易等都是值得我们借鉴的。”黄震说。

中国工程院院士、上海交通大学碳中和发展研究院院长黄震在演讲中。金凤 摄

可再生能源制取可再生燃料，助力零碳化

电力的脱碳和零碳化，离不开燃料零碳化。燃料零碳化是以太阳能、风能等可再生能源为主要能量制取可再生燃料，包括氢、氨和合成燃料等。

黄震构想出一幅变革场景，“未来或许可以从家家户户的屋顶或者屋旁的光伏和风能装置中，用绿电加上二氧化碳和水，在一个小型装置里合成可再生燃料。如果你要开车出去，可以拉开这个装置拎出一桶油，多的还可以卖给加油站。”

现实其实并不遥远。在中国科学院院士郭烈锦看来，发展大规模低成本的可再生能源的转化存储技术就大有可为。

“例如，太阳能光/热耦合制氢及碳氢燃料，以水为基，构建光/热催化耦合制氢、制碳氢燃料的碳氢循环，实现太阳能到燃料化学能的能量与物质的耦合转化。”郭烈锦解释。

基于这套理论，已有科研团队研制出国际首套规模最大的直接太阳能光催化制氢系统的中试装置，在无贵金属负载催化剂的作用下获得6.6%的光转化效率，处于国际领先地位。

碳中和是一场绿色革命，如果没有颠覆性、变革性的技术突破，不可能实现碳中和，在黄震看来，助推能源利用高效化、再电气化、智慧化也势在必行。

“2018年全球电气化水平即电能占终端能源消费的比重仅为19%，我国为25.5%，预计2050年全球电气化水平将高于50%。”黄震认为，在加速零碳电力供给的基础上，加快工业、建筑、交通等领域的再电气化，是提高能源利用效率、实现能源利用脱碳和零碳的重要途径。而如何通过互联 、物联 、人工智能、大数据、云技术等信息与控制技术，将人、能源设备及系统、能源服务互联互通，使电源、电 、负荷和能源存储深度协同，也值得深思。

地下交通、地下封存，将碳“围剿”在城市地下空间

中国科学院院士、西安交通大学教授郭烈锦做线上视频 告。金凤 摄

实现碳达峰碳中和是一项广泛而深刻的经济社会系统性变革。

“零碳电力、零碳燃料，如果没有地下空间可能就不能很好地实现。”论坛 告中，黄震的观点引发国家最高科学技术奖获得者、中国工程院院士钱七虎的思考。

“要实现‘双碳’目标，一定要聚焦城市。”钱七虎说，有数据显示，全球碳排放的三分之二或者四分之三来自城市。全球变暖的罪魁祸首是碳排放，应对之策是碳减排与碳汇。

钱七虎解释，碳汇有生态碳汇和人工碳汇。生态碳汇是发展绿水青山的生态建设。而人工碳汇可以利用地下空间的封闭性、稳定性等优势，把捕捉到的二氧化碳永久封存地下。

钱七虎出示的一份数据显示，目前测得全国煤矿采空区地下空间约138.4亿立方米，盐穴地下空间约1.3亿立方米，其他金属和非金属矿洞可利用空间约15亿立方米，部分改造后可用以封存二氧化碳。

将捕采的二氧化碳封存的地质构造中还有枯竭油气田封存、海底咸水层封存、陆上咸水层封存。

“根据中国国情估算，中国可封存容量达到1.44×1011吨，同时二氧化碳咸水层封存也具有很大应用潜力，对于富集煤炭、石油资源，水资源短缺的西部地区，对东部京津唐、苏锡常等地区沉降严重地区以及对南方深层卤水资源开采区具有很大吸引力和潜力。”钱七虎说。

如果说地下空间是尚待开发的固碳“潜力股”，对建筑业和交通业的绿色转型，地下空间同样大有可为。

建筑业是全球最大的原材料和能源消耗产业，建筑运营能耗占总能耗的30％以上，加上建设过程中的能耗，这一指标占近50％。

“建筑运营能耗中的50％为建筑用热及制冷。地热能赋存于地下，是可再生无碳清洁能源。”钱七虎认为，利用地热为建筑供热制冷是经济、生态的选择，应为建筑能源的首选方案。

以浅层地热能为例，根据现有资料估算表明，长三角地区地下3千米以内的浅层地热资源总量达1200亿吨标煤的热量，年可利用量相当于1.7亿吨标煤。可实现建筑物冬季供暖面积24.8亿平方米，夏季制冷面积14.5亿平方米。然而，目前长三角地区利用地热供暖和制冷的建筑面积仅有0.57亿平方米，开发利用潜力巨大。

放眼世界，交通碳排放约占总碳排放的三分之一。钱七虎建议，交通的碳减排有两个途径，“一个是零碳燃料，最好用氢，但是氢要解决运输和储存的问题。另一个是交通转地下，用电动交通，不用直接燃料的交通，发展地铁为主的城市地下轨道交通、地下低真空高速磁悬浮的城际交通、发展地下物流系统。当然，光有轨道交通不够，还要有城市地下快速路系统，发挥私家车‘门对门’的优势。如果有碳排放，我们收集起来处理。”