实现碳达峰、碳中和，是中国著力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择，是构建人类命运共同体的庄严承诺。工业领域是碳排放的主要来源，中国作为世界工业大国，工业领域的降碳减排任务更是重中之重。今年1月，习近平总书记主持中共中央政治局第三十六次集体学习时提出，要下大气力推动钢铁、有色、石化、化工、建材等传统产业优化升级，加快工业领域低碳工艺革新和数字化转型。

工业领域实现碳中和有哪些痛点与难点？通过怎样的技术路径能找到工业绿色转型升级的突破口？拥有巨大工业体量的中国究竟能否如期完成“双碳”目标？带著这些问题，记者采访了中国科学院院士、中国科学院过程工程研究所所长张锁江。

文｜本刊记者 魏东升 冯琳

工业碳减排是实现“双碳”目标的重中之重

记者：目前我国工业领域的碳排放情况如何？工业碳减排在整个碳中和大系统中有著怎样的地位和作用？

张锁江：我国是世界工业大国，钢铁、有色、化工、建材四大过程工业是国民经济的支柱产业，占我国GDP总量约20%，占工业总产值约50%。与此同时，工业领域也是我国二氧化碳排放的主要来源，其二氧化碳排放量占我国排放总量约39%（不包括用电间接排放）。其中，钢铁碳排放约占总碳排放的12%，有色占3%，化工占10%，建材占14%。

碳中和大系统包括三个方面——能源供应端、能源消费端和固碳端。如果按当前我国100亿吨的二氧化碳排放初始量计算，除去能源供应端和固碳端的减碳量，2060年实现碳中和需要把目前约40亿吨的工业二氧化碳排放量降低到15亿吨左右。所以工业碳减排的任务是十分艰巨的，也是我国实现“双碳”目标的重中之重。如果工业不能实现碳中和，那么整个碳中和大系统也都难以实现。正如习近平总书记所指出，这将是一场硬仗。当然，工业过程不是孤立存在的，还需要与能源供应端、固碳端相互衔接互动，实现协同减碳。

记者：当前我国工业碳减排存在哪些困难和挑战？

张锁江：第一，中国的产业结构要调整。我国的工业体系偏重，属于重工业体系，而其它欧美发达国家的工业体系偏轻，他们基本上生产的是产业链高端产品。加之我国正处于高速发展的阶段，大量的钢铁、水泥、铝材、化工材料等投入于基础设施建设，所以中国的工业碳排放量相较之肯定是高的。当我们步入新的发展阶段后，基础设施的建设量可能会减少，假使减少1/3的话，那碳排放量也相应减少了1/3。但是产业结构调整又是一项系统工程，一个钢厂关了，它的工人怎么办？设施怎么办？所以需要国家和各地方政府做好系统性设计。

第二，新技术要加速产业化应用。实验室里再重大的技术突破，也只有运用到产业上且能够产生经济效益了，那才能真正促使工业转型发展。实际上这些年来我们国家的科技创新能力已经有了很大进步，可新技术出来以后往往是不成熟的，而且是昂贵的，还需要不断地试验试用，所以对企业来说引进或采用新技术是带有一定风险的，需要慎重选择。因此要从技术供给侧带动这么大的行业转型升级，它不是一个单项技术就能解决的，而是要实质性地促进新技术产业化应用。

第三，工业碳减排需要行业之间协同发力。相较于发电、交通、建筑等行业的碳减排，工业碳减排较为复杂和困难，这与工业过程流程复杂、物流能流体系庞大，各产业往往孤立运行、集成度不够等特殊性有关。举个例子，2001年我从日本回国，当时我们国家的二氧化硫排放比较严重，我就想能不能把二氧化硫捕集起来生产硫酸。为此，我还去了多个电厂展开实地调研，电厂方面觉得在原厂旁边再建一条线，占地大了，管理起来又困难，生产了以后也不知道往哪卖。因为电厂和化工不是一个行当的，两者随意结合就像一个学校又开了个公司，所以工业领域各个行业之间的协同也很难。

记者：您认为这些问题能解决吗？或者说，您认为中国的碳中和目标能实现吗？

张锁江：我认为一定能解决，而且中国是世界上最有可能解决这些困难的国家。这些问题不是解决不了，而是要下决心，特别是我们有坚强的党中央领导。当然，解决这些困难需要一个过程，不是一蹴而就的，但是要切实抓下去，一步一个脚印，中国一定能实现碳中和目标。

为什么一定能实现？就工业领域来看，第一，工业领域完成产业结构调整后，只要我们国家修路、盖房子等基础设施少用1/3的水泥建材，再加上低碳水泥、原料替代等技术，就差不多能减10亿吨二氧化碳排放。第二，实现碳中和，意味著在未来40年里每年需要减少不到1亿吨的工业二氧化碳排放。1吨标煤排放二氧化碳约2.7吨，其实也就是相当于1年少用约3,700万吨标煤。不用煤了，工业怎么供能？可以改成电。现在即使一个小工厂，周围还得配套一大堆装置给生产设备烧蒸汽供能。我们曾经跟国家有关部门提过一个建议，应尽快开展化工厂全部改成用电的试验研究。所以交通减排是一定能实现的。电是高级形式的能量，它可以转化成氢、可以转化成燃料等等。所以当用能端改变后，发电端也改变了，发电端可以改成风能、光能、核能再加上生物质能、少部分煤炭。随著工业结构的调整和减碳技术的逐步应用，未来还可能会出现一些颠覆性技术。

再看其它方面，光是交通减排这一项，除飞机等少数交通工具外，如果将来全部换用新能源车，就可以减少10亿吨二氧化碳，甚至飞机、火箭都能使用氢能动力，为此我坚信碳中和目标是能够达成的。

碳中和倒逼中国经济迈向高质量发展

记者：如何平衡碳中和与经济发展的关系？

张锁江：我们首先要看到碳中和是一个循序渐进的过程。就工业碳中和的时间节点来看，根据前期中科院碳中和咨询报告的研判，预计工业过程碳中和将分为四个阶段：2030年之前属于控碳阶段，碳排放可能还会略微增加，2030年前后达峰；2030年至2050年是减碳和低碳的关键期，得益于绿色低碳技术的逐步成熟及推广应用，减碳效果显著；再经过十年，2060年预期可实现工业碳中和目标。如果能够做好系统的设计和安排，碳中和不会对经济有大的影响。

平衡好碳中和与经济发展的关系，关键还需要加强战略研究，全国一盘棋，做出来一个非常系统的规划后再去研发推进，可能效率会更高。比如国家重点推广新能源车，同时部署钢铁、有色、化工、建材等行业的用能模式转变。只要把这些战略工作安排好，我认为中国的经济不但不会受到影响，而且会出现一个高质量的发展，中国的产业结构也会向质量高端迈进，届时国人的生活方式也会改变。

另外我认为党中央之所以作出决定要彻底改变我国的能源体系，是因为能源是社会的命脉，是人类生存的“粮食”，关乎国家安全。未来智能社会，更一刻也离不开能源，而且需要能源的智能化、数字化升级。我们不能在能源方面被“卡脖子”，碳中和将倒逼传统能源向未来的新能源和智慧能源转型。

记者：产业转型升级意味著要淘汰落后产能，在走向“双碳”的起步阶段会产生阵痛吗？

张锁江：如果有序部署的话，我认为不会产生阵痛。一套炼钢装置、一套化工装置、一套发电装置的寿命一般就是二三十年，长的也就四十年，基本上它们本身该“退休”的时候，新的产业就正好兴起了。所以新旧产业实际上就是一个不断替代的过程，关键是要安排好。这样一来，战略研究就变得尤其重要。政府、学界、企业界应该成立交叉团队，要把战略研究变成战略规划，战略规划变成政策，然后再进行有序部署。我认为当新技术源源不断地产业化的时候，就不会产生所谓“阵痛”的问题。

绿色低碳创新成果正加速落地生根

记者：您认为可以从哪些技术路径发力解决工业降碳减排的问题？

张锁江：首先要变革现有高物耗高能耗高碳排工业发展模式，如采用绿氢、绿电、绿热替代，调整原料、产品结构等，实现传统工业模式的低碳升级。其次，加强理论创新和基础研究，开发新一代绿色低碳变革性技术，推动工艺流程重构和数字化智能转型等。此外，要高度重视钢铁、有色、化工、建材等行业间的协同联动和耦合减碳集成技术研究，尤其是跨行业的原料替代、电氢联用、循环耦合等。

工业过程碳减排离不开大数据和智能化。要重点开发以介科学为核心的工业软件及虚拟过程平台技术，重点突破基于虚拟工厂的低碳制造耦合技术，结合工业大数据，突破机理模型及大规模多尺度软硬件并行计算的技术难题，实现冶金、化工、建材等多过程耦合和优化集成。

除了以上这些技术以外，我想一些颠覆性的新技术还会随时出现，因为人类的智慧是无限的。比如，有专家提出未来建筑的结构和形式都要变，采用一些新型环保材料，这样又能减少碳排放了。

记者：工业碳减排技术目前已实现哪些产业化应用？

张锁江：节能减排、绿色低碳一直是人类发展探索的主题，一直是科技界追求的目标，科技界也一直在做这些事情。碳中和目标才提出不久，但我们过去所取得的一些技术进步其实对提高能源效率、减少碳排放都是有益的。

近些年，中科院在石油化工、煤化工等领域取得了多项标志性成果及示范，如煤制烯烃、二氧化碳合成甲醇（液态阳光）、煤基醇醚酯、离子液体催化二氧化碳合成碳酸酯等，建立了百万吨、十万吨级工业装置。在光电驱动反应过程方面开展了前期探索，为支撑化工行业碳减排和工业模式变革提供了重要支撑。中科院过程工程所等在钢铁行业尾渣综合利用、污染物协同治理等方面实现了多项示范应用，在亚熔盐冶金、生物炼铜等方面建立了多项示范工程，还开发了DEMms、EMMS等工业软件，实现了从原子层次到颗粒层次到反应器层次再到工厂的时空动态结构模拟优化设计，有力地支撑了工业绿色智能升级。虚拟工厂平台已支撑多项工程放大及重大产业应用，被国内外多家研发机构和企业采用，产生了广泛的国际影响。近期，我们正在与中国建材集团合作，共同承担工信部双碳公共服务平台项目。

记者：随著国家“双碳”战略的推进，您认为这些技术是否会加速应用？如何更好地推动这些创新成果落地生根？

张锁江：现在技术的产业化应用速度肯定会加快。中科院近期已经发布了碳达峰碳中和战略行动计划，启动了相关先导专项，这些项目本身就是应用导向、目标导向的，而且是前瞻性部署，势必会促进科技成果加速落地。另一方面，国家提出了“双碳”目标，企业方面也有压力，地方政府也有压力，这样也能进一步调动他们的积极性，所以绿色低碳技术的应用肯定会加速。在这个加速的过程中，我们还要摸索出一个创新的体制机制来更高效地让成果落地生根。

成果落地就是一个产学研结合的过程，可现在最重要的也是最困难的问题在于如何把实验室和企业更好地结合起来。对此，我认为要重点建立产学研协同机制，要支持建设中试基地。如果能提前部署好中试基地，我想后续的产业化也会推进得更快一些。

内地与香港可合作特色碳中和项目

记者：您和团队在粤港澳大湾区开展了哪些碳减排项目？您与香港方面有过交流合作吗？

张锁江：我们团队立足国家重点建设的七大石化产业基地——惠州市大亚湾石化区，重点研发系列绿色低碳技术。目前已成功开发二氧化碳转化制备碳酸酯绿色技术，与企业合作在大亚湾建成了年产十万吨碳酸酯的工业示范装置。新技术把工业产生的二氧化碳废气提取作为原料，生产碳酸酯、聚碳等产品，广泛应用于动力锂电池、航空材料和电子信息材料等相关行业，为二氧化碳的转化制备高附加值产品探索出了一条工业应用的新途径。

我们与香港的多所大学具有很好的合作基础，比如与香港科技大学、香港中文大学、香港城市大学在碳捕集利用新技术、新材料、环境污染控制、离子液体应用技术等方面建立了长期的合作关系。

记者：您认为香港可如何参与国家实现“双碳”目标？

张锁江：香港要参与国家实现“双碳”目标，可积极利用自身优势，同时加强大湾区内的合作交流。第一，内地可以与香港科研团队开展一些有针对性的碳中和项目。项目既要考虑内地的产业情况和需求，也要考虑香港特点。比如香港的工业体系偏轻，实现绿色发展需要解决的问题主要是城市垃圾处理、废塑料的资源化利用等。

第二，香港的专业咨询和会展服务实力很强，举办国际会议和论坛的各方面条件非常便利，可以开展一些有关气候变化的国际性峰会或碳中和战略咨询研究。今年，我们计划在大湾区科学论坛举办一场碳中和绿色技术专题峰会。我们期盼在峰会期间通过各方面的碰撞能产生一些新的想法和火花。

第三，香港在人才和科技方面极具优势，可与内地的科研院所和企业深度合作，联合培养双碳领域高技术人才，共同建设国家绿色低碳技术研发及科技平台。近两年来由于疫情的关系，我们与香港的专家团队只能开视频会，将来还是希望能多和他们一起在香港、在大湾区开展实地调研，多方面加强交流和科研合作。

（本文发表于《紫荆》杂志2022年5月号）