气候变化是当今全球面临的重大挑战。近年来，我国经济飞速发展，伴随经济的发展必然带来能量的消耗以及碳的排放。因此经济发展带来了大量的二氧化碳排放，所以我国近些年一直在考虑“碳达峰”、“碳中和”的问题，因此，我国提出了“双碳”目标，中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。

基于上述背景，在第二届中日韩氢能产业高峰论坛、第二届世界绿氢产业发展大会、首届中国（山东）氢产业大会上，中国科学院院士、山东石油化工学院院长徐春明分享了《双碳战略下绿电技术发展思考与实践》的主题报告。

一、双碳战略下的机遇与挑战

报告首先通过下表中的数据，分析了“双碳”战略下的机遇和挑战。

1、双碳的重要前提是经济发展

近几年，我国经济快速发展，未来一段时间还会保持一个高位增长。但是，经济发展的同时必然带来能量的消耗，这是一个刚性关系。所以近年来我国基本上是以每年1亿吨左右的标煤能量消耗总量增加。按照这样一个预测，到“50·60”实现碳中和的时候，我们的能源消费总量将达到80-90亿吨。能量消耗约等于带来排放，因此二氧化碳排放也成为我国经济发展必须考虑的因素之一。

作为发展中国家，经济发展中怎样才能在消耗能量的同时减少二氧化碳排放？所以经济发展虽然重要，但是在能量消耗和二氧化碳排放方面也要均衡，切记冒进。

近年来已经从简单的能耗双控慢慢过渡到二氧化碳排放双控，既要实现经济发展，也要追求经济环境生态绿色。

2、节能减排是第一选择

既然能量消耗是必然的，但经济还需发展，在这个过程中首先能做的就是节能减排。这里有一个重要的参数就是能量消费强度的下降，也就是说我们同样的GDP尽量少消耗能量，而这个节约能量就是直接的减排结果。各行各业不管利用什么手段，只要能够节能，就是首选。

3、能源结构调整是根本

从长远来看，要实现碳中和、碳达峰必须要进行能源结构基本调整。我国能源禀赋非常清晰，煤为主，石油和天然气为辅。

从上表中可以看到，煤炭的消费比例已经在逐渐降低，但是绝对值仍处于峰值，摆脱对煤的依赖还需要时间。

然而石油这么多年基本上在能源消费中占17%-18%，从绝对值来看还未达到峰值。天然气和非化石能源作为低碳无碳的能源会得到快速发展。

目前排放100多亿吨二氧化碳，并且还未达到峰值，有预测表示到2030年会达到105亿吨甚至更高的二氧化碳排放。

4、二氧化碳的处理利用

在一段时间内如何处置二氧化碳，不论是采用物理方法采取地下封存或者二氧化碳驱油，还是采用化学的方法把二氧化碳作为化学品材料转化成高附加值的精细化工品和材料。

从大规模消纳二氧化碳角度来看，还是以物理方法为主，化学方法尽管附加值高，但是消纳二氧化碳数量有限。这里就有一个新的展望，将二氧化碳的消纳与农业发展联系起来。例如在种植大棚蔬菜的地方，人为在大棚里增加一定的二氧化碳浓度提高光合反应的速度，即相当于消纳了二氧化碳又提高了植物水果的收率。

5、二氧化碳排放强度降低

最后还有一个重要的数据是二氧化碳排放强度，上面已经提到经济要发展能量要消耗，怎样才能在消耗能量的同时少排放二氧化碳？这也是一个单位能耗二氧化碳排放强度的问题。要从根本上解决这个问题，就是要利用零碳的绿电和绿氢。

绿电绿氢虽然也是能源，但是在使用过程中并不排放二氧化碳，这样可以达到提供绿色能源的同时，又可以不排放二氧化碳，既保证经济发展又能够少排放二氧化碳。

基于上述的分析和判断，可以预见未来会有很多的机遇和挑战。

二、氢能：未来能源的双重属性

其次，报告也指出氢能将在未来能源生产消费中扮演重要角色，氢能作为一个能源的属性，可以与电进行相互转换，约等于利用电解水制氢间接把电储存起来，因此氢还具有一个储能的属性，这也是氢能备受关注的原因，除了能源属性还具备储能属性。

根据上图，可以看出氢能的产业链相当复杂，因此氢能很重要，但要形成一个稳定且规模化、有价值的产业链还需要一段时间的积累，这个过程既需要政府的支持，也需要各个企业的参与，更离不开技术的创新。

三、绿电重构传统化工

1、电重构石油化工

在石油化工里有一个重要的过程，就是生产烯烃，因为乙烯、丙烯、丁烯，这三烯是生产高附加值、高分子材料的基本有机化工原料，这个常规的过程是需要消耗大量的化石燃料，比方每生产一吨乙烯，需要消耗500到600公斤的燃料油，而燃料油烧掉以后都变成二氧化碳排放，那么这个过程能不能用电来替代呢？

用电来替代化石燃料作为能量的输入方式，虽然消耗了能量但减少了二氧化碳排放，况且随着大规模绿电的消纳需求以及成本的降低，不但有减碳的贡献，同时在成本上也有竞争优势，基于上述的一些思考，徐春明院士的团队发明了一种以电加热的方式来实现烯烃的生产，根据实践得到的结果，可以利用电加热的方式替代传统的加热炉烧燃料或者烧燃料供蒸汽加热方式来替代常规石油加工过程。

这里面有两个重要的过程，一个是丙烷脱氢，这也是生产丙烯的主要过程，常规都是靠加热炉加热等方式进行生产，如果利用380V的电，通过空间供能的方式，不通过辐射传导，这样就改变了热传导的方式，能够带来一些新的变化，这个过程可以使能耗降低，不产生二氧化碳排放。

值得一提的是，这个过程也尝试代替高温的蒸汽裂解，那么高温蒸汽裂解反应温度850℃左右，也是靠高温燃烧的加热炉提供能量，同样也是用380V的电通过空间供能的方式提供相应热量，实际上这个过程中的能耗非常关键，突破在电磁强化供能的核心装备以及控制系统，怎么能够快速的实现加热，同时还要稳定控制反应度，这个过程中如果有催化剂，还要研究带电磁响应催化剂的性能，期盼能够对传统石油化工的过程进行变革，未来希望用简便的快速电加热方式替代常规加热炉带着供热的方式，可以非常灵活的把很多低价值的副产品，例如丙烷、低碳烃、芳烃都转化成丙烯、乙烯、丁二烯等三烯，过程中只消耗绿电，通过前期的初步研究，通过测算用绿电替代传统的加热方式可以使整个投资减少三分之二。同时如果绿电的成本降至0.2元以下，那么每吨产品消耗1000多度电的成本也可以得到降低。

另外一个重要的过程就是合成氨，合成氨为多产粮食带来了重要贡献，利用煤、石油、天然气作为原料，通过高温的气化变成一氧化碳和氢，其中氢再跟氮变成氨，也是一个高能耗、高排放的过程。

那能否利用绿电、水以及一些副产的烟气来替代这些原料，甚至改变这个过程？

根据上图可以看出，利用水通过电解水制氢得到氢气，再把一些烟气通过变压吸附得到氮气和二氧化碳，氢气跟氮气就是合成氨，而氨与二氧化碳可以做尿素，这个过程可以不消耗任何的化石能源，完全利用绿电，包括合成氨的反应过程也可以用电加热的方式，原来一个高能耗、高排放的过程就变成低能耗甚至没有排放的绿色过程。

另外合成氨本身也可以作为一个储氢的介质，把氨作为储氢运到各个地方，当然氨本身也可以长时间直接燃烧，作为液体的绿色燃料。这个过程如果打通等于为绿电的大规模消纳以及绿电氨的生产提供一个新的变革性技术，

这个绿电应用有一个很大的问题就是不稳定性，不论是太阳能还是风电，其最大的属性就是间歇式、波动式的，然而大规模消纳绿电像上述提及到的电烯和电氨，又是一个需要长周期稳定运行的过程。因此，怎样才能把这种波动的可再生电力用于稳定连续的生产，又产生了一个新的课题。解决这个问题一个重要的手段就是大规模储能。

目前大规模储能最多的还是物理方法，也就是利用机械储能，比方说抽水储能或者压缩空气储能，但是这类储能方式受应用地点等各种限制，因此电化学储能还是一个很有发展潜力的空间，这里除了熟悉的动力电池以外，需要一个大规模长时间低成本的储能，这也就是我们经常提到的液流电池。

四、大规模长时储能：液流电池

徐春明所在团队与中海储能公司开发了一种新的储能路线——铁铬液流电池大规模长时储能，其原理是通过电解液中不同价态铁铬离子的电化学反应，实现电能与化学能的转变，完成充电与放电。

同时这个液流电池最大的优点就是与常规电化学储能设备对比，铁铬液流电池成本下降40%-60%，循环次数更多、电池寿命更长、环保性能更好，循环次数达到2万次以上，初步实现了低成本大规模长时间储能。

通过这种液流电池技术就可以把大规模消纳可再生电力和安全稳定运行所需要的化工过程耦合到一起，也就有可能消纳大规模的绿电。

最后，徐春明院士强调绿电绿氢发展任重道远，目前既有政府的支持，又有企业的积极参与，还有科研人员的不断创新，相信在“双碳”背景下，绿电绿氢将会发挥重要作用。