马丽群：零碳未来

《零碳未来》

演讲：马丽群 

国家重点研发课题负责人

中国科协九大、十大代表

来源：湛庐CHEERS2023世界读书日大会

注：文章为演讲实录，部分语句为口语化表述。

随着坂本龙一采自格陵兰岛《冰川》融化的声音，来开始今天我的分享。我是马丽群，来自国家能源集团，是一名科技人员。今天我要分享的主题是零碳未来，这也是湛庐即将出版的新书，来自麻省理工学院的索尔·格里菲斯教授的《零碳未来》的主题。

我们熟悉而陌生的地球，用了45亿年讲述自己变迁的故事，我们从而知道了生命从哪里来。如今的地球，正在以极其罕见的速度发生变化。冰川在融化，海面在上升，海水在酸化，植物栖息地也在发生变化。气候变暖的问题正在引起我们的关注，但是我们更加关注的是这种变化的速度，因为一旦气候不可逆引起的临界点到来，我们将可能失去地球系统的稳定性。

自从1897年发现气温与二氧化碳的变化关系、1959开始观测这种变化规律以来，科学家纷纷呼吁要减少二氧化碳等温室气体的排放。2015年联合国气候变化大会通过的《巴黎协定》，将本世纪末的气候变化长期目标锁定在全球平均气温控制较工业化前水平高2℃范围内，并努力控制在1.5℃以内。而2022年全球年平均气温已经比工业化前高出了1.15℃，时间已经非常紧迫了。

那么，我们要减排多少二氧化碳呢？地球一直处于漫长的变化中，也经历过金星的火热和火星的冰冷过程，如今达到了适合生命生存的平衡状态。化石燃料是以往地球生命在地下花了百千万年甚至上亿年形成的。整个地球的碳存量是恒定的。碳循环经历了从岩石、土壤、大气和海洋之间数百万年的沉淀，同时经历了人类活动的参与，在生物圈和生命圈之间循环。如今人类大量开采、燃用，并将二氧化碳排到大气中，进入碳的快循环。据统计，2022年全球能源相关的碳排放已经达到368亿吨！这是一个什么概念的，这距离《巴黎协定》的碳预算目标只剩下3800亿吨。而在5600万年前的地球极热期，每年也仅排放2.4亿吨碳。这意味着，未来8年内，全球平均气温有50％的可能将升高1.5℃。留给我们的应对气候变化的碳排放空间不多了，我们需要立即行动起来！

索尔·格里菲斯教授在《零碳未来》这本书里总结了数十年的研究经验和数据，从一个技术专家的视角，紧迫、乐观地提出了：我们需要利用现有技术和资源快速应对气候变化的零碳行动方案，而不是盼望奇迹的发生。他的观点主要有4个方面：

第一，在能源供给侧，大规模利用多样性的低碳或零碳清洁能源，例如；加快采用风、光、水、核、生物质等零碳排放的能源发电，而不是单纯地不断在提高燃煤发电效率上下功夫。

第二，在能源消费侧，尽可能使一切能量流电气化，以消纳和稳定大规模清洁能源负荷。索尔菲斯教授认为，零碳未来中，电气化是关键。正如互联网是用户越多越好，零碳世界电气化的东西越多，能源系统平衡电网也就越容易。我国今年推出的《新型电力系统蓝皮书》，也提到了要在终端用能领域提高电气化水平。

第三，重新定义我们个人或者集体的供能和用能基础设施。例如：智能电表、生物燃料轮船和飞机、电动车、电热炉、热泵制冷和采暖，而不再是使用油、煤或者天然气等相关基础设施。

第四，我们还需要在金融工具和法律法规方面做出大胆改变，以支撑零碳未来目标实现。例如：采用气候贷款、重新书写规则，使每个人成为气候解决方案的一分子。

仔细审视我们的世界，其实我们拥有很多：阳光、风、水、生物质、地热能、核能，尤其还有创新的意志与协作的精神。我们需要行动起来，去运用它们。与维护生物多样性一样，我们也需要根据资源禀赋，大规模利用多样化的清洁能源。这些清洁能源的好处很多：相互互补、丰富、廉价且环境友好。我们需要做的是，摸清家底，算清楚资源帐，好好地统计土地、屋顶、公路、停车场、牧场、沙漠、戈壁等可利用的资源，为大自然赐予我们的清洁能源安排好使用空间。这也是目前全球能源投资的重点。我们还拥有大量的生物质能。例如：木材等，这些都可以转化为生物燃料，为像长途航空这样等难以脱碳的部门提供能源。此外，我们还可以用富裕的可再生能源制氢、氨和甲醇，为工业、交通领域提供高温热源和原料，如氢冶金，氢精炼、氢燃料电池汽车和氢长时储能。

在零碳未来的过程中，我们不能不提到一个基础设施就是储能，这是大家非常关心的一个内容。有人曾经预测，如果在屋顶上安装光伏板以及家装储能电池成本击败了目前电网的成本，能源的游戏规则将彻底发生改变，这也意味着能源奇点的到来，能源奇点的到来，也意味着从而根本上改变能源经济的发展形式。到那时，不需要大量投资，就可以逐步建立起化学储能的基础设施，并取得更好的气候效果。

刚才提到化学储能，它在一天一小时甚至一周给我们提供储能的性能是非常优异的，但是并不能提供满足冬天使用的能量需求。电动汽车也是一个巨大的移动储能商业机会。如果我国2.7亿辆汽车全部电气化，存储能力将达到22太瓦时，足以平衡我们电气化世界每天的波动。商业建筑的热水器、冰箱和暖通空调系统，可以储热能，而不是电力。这样可以在能源便宜的时候冷冻水，在一天中更热、电力更贵的时候制冷。抽水蓄能也是一个热点，适用于短期和中期时长的储存，但目前的水库不够大，无法储存我们季节性用量的需求差异。此外，还有其他储能，如飞轮、压缩空气。由于许多原因，它们不太可能成为电网级储能的主要参与者。生物燃料也是目前很多研究者所关注的，可以用于弥补能源在不同季节间需求的差异，成为季节性电池的一部分。但这将取决于技术、经济和政策细节。

也许，能源奇点的到来只是时间问题。目前，我国在移动储能和固定储能的建设和投资方面遥遥领先世界其他国家。宁德时代、比亚迪等众多企业群雄逐鹿。聚焦在储能技术进步、成本降低、商业模式创新等方面的众多努力，都将为奇点的到来提供了巨大的想象空间。

在通往零碳未来的路上，我们改变了能源系统，能源系统也改变了我们。电气化带来的节约，也远远超我们所估计的。例如：通过替代传统能源，可以消减近四分之一的我们认为需要的能源；减少了化石能源的勘探、开采和提炼，可以节约11%的能耗；交通运输电气化可节省15%；零碳建筑建筑可节省6%~9%。在节约的同时，我们环境也更加宜居。

在未来，零碳能源将会建设大量的相互连接且远距离的基础设施，也就是智能电网或者现在经常提到的能源互联网，通过能源互联网可以实现日出为早餐提供电力，日落也可以为您的晚间电视提供电力。这时的电网有些像互联网，由数十亿个连接在一起的设备组成，有通用协议，允许电力“数据包”在数十亿个相互连接的负载间快速移动，根据需要使用它们进行储能和平衡。那时，便可真正地、大规模地分享所有需求响应的可能性，以及家庭和汽车上的所有储能和电池机会。

如果你有太阳能电池板，你可能会把你的一部分电卖回给电网。未来的政策将赋予每个人提供车辆和电器的上网权力，使其成为全国范围内相互联系需求响应基础设施的一部分。到那时，电网还是电网，但是更加互联互通，而且交易中性。目前，人们已经小规模地实施了这样的系统，称之为微型电网。

在零碳世界中，我们还有比储能电池更便宜的技术，就是需求响应。目前，各大企业纷纷涌入该领域，现在比较流行的虚拟电厂、大数据、云、分布式等技术，加速了能源系统技术的进化。这也是我国支撑新型电力系统安全稳定运行的重要内容。

在零碳未来，我们可以去想象一个不是由稀缺性而是由丰富性驱动的世界。这种丰富性就是产能过剩技术，我们的工业系统已经拥有几十年采用这种技术的经验。这将是提供安全、清洁、可靠能源的最便宜的方式之一。例如：考虑到风能和太阳能发电是最便宜的能源，我们与其担心冬季能源减少供应，不如设计一个满足冬季最低需求的系统，然后在该年剩余的时间里保持供过于求和生产能力过剩的状态。

我们还要重新思考工业系统，工业系统是在应对气候变化挑战与所有其他环境问题中冲突最突出的行业，其中包含巨大的双赢的机会，因为工业系统中在零碳过程中隐藏着巨大的商业和研究机会，我们可能需要为我们的每一种物质考虑它的碳足迹，以减少对环境的负面影响，工业中目前最大的难题，也是因为工业中使用了大量的高温能源，如果每一个人都能找到合适的技术避免采用这种过程的高温或者使这个过程清洁化生产，那就会有很多的机会建立数十亿美金的制造企业的机会。

在零碳未来，将制造出在整个寿命周期内吸收二氧化碳的水泥，将开发无碳铝，更好地管理森林。用铝罐来替换玻璃装瓶，更容易回收，也更轻。我们还将投入大量资金，研究全新的方法来制造塑料，以获得一种能像树叶那样快速生物降解的新型聚合物，避免塑料充满海洋。我们将致力于大力降低许多可再生能源关键部件和设备的成本。为太阳能电池、储能电池、电机和碳纤维开发强大而高效的回收途径。

我们每个人都可以成为一个好的气候公民，在做出选择的时侯，尽量少的消耗能源，尽可能少地排放二氧化碳。我们可以重新定义我们的个人基础设施。比如公共交通，自行车、电动车都是更好的交通选择。我们可以考虑建设自己电力基础设施，屋顶太阳能，热泵、电气化供暖系统和烹饪系统，以及作为储能设施的电动汽车，并与电网交易。我们的家庭设施可以更加舒适、简单、节能。房屋做好保温和密封设计，安装了辐射循环加热地板，每个房间能够独立供暖和制冷。还可以选择能效最高的电冰箱、烘干机、炉灶、热水器、洗碗机和洗衣机。支持所在社区建立清洁能源基础设施，将所有个人的基础设施都能连接到非碳电力来源上，也就是目前所说的绿电。

通往零碳未来的路上，创新通常会经历各种困难，需要大量的资金和时间机会的支持。我们常常有两种做法，一种是发明更好的捕鼠器，另一种是大量生产捕鼠器。前者是“在研究中学习”的能力，是需要通过持续研发投资来获得，就像我们培养博士生的过程。后者是“边做边学”的能力，是通过创新在不断规模化应用的过程中获得，就像我们学骑自行车过程，也就是我们常说的学习曲线，例如摩尔定律，以及光伏行业电池成本的下降曲线等。这些解决创新困难的经验，为我们实现快速减排提供了思路：企业如果想抓住创新机会，就需要耐得住寂寞，对创新进行大量投资，并能坚持扩大其应用规模，这样才能最大限度地降低零碳能源技术的长期成本，改善零碳未来的经济性。

可能，有人还会问：一项技术无法充分扩大应用规模，是不是还值得继续投资？建设这么多太阳能和风能发电装置，是不是要占用更多的土地？更多的采用核电是不是会挤占导致蓄电池的使用机会，成本会更高？

其实，这类问题的争论已经很久了。面对急切需要解决的气候变暖问题，我们真正需要思考的是“现在准备好大规模发展了吗”，我们现在就采取行动。

格里菲斯教授的《零碳未来》，是我近几年读过的、除联合国政府间气候变化专门委员会报告之外，与零碳技术相关且能源数据支撑最详实的书。书中充分地考虑了热力学等自然定律对我们行动约束的边界条件，有大量可追溯的数据和科学推算，为我们的思考和应用提供参考，为我们实现零碳未来，提供了很好的方法论和工作台账清单。作为一名专业人员，我很希望我的同行，以及各行各业的人们，都能读到它。为了建设我们共同的绿色家园，让我们一起来做出改变：

一起来脚踏实地！一起仰望星空！