實現碳達峰、碳中和，是中國著力解決資源環境約束突出問題、實現中華民族永續發展的必然選擇，是構建人類命運共同體的莊嚴承諾。工業領域是碳排放的主要來源，中國作為世界工業大國，工業領域的降碳減排任務更是重中之重。今年1月，習近平總書記主持中共中央政治局第三十六次集體學習時提出，要下大氣力推動鋼鐵、有色、石化、化工、建材等傳統產業優化升級，加快工業領域低碳工藝革新和數字化轉型。

工業領域實現碳中和有哪些痛點與難點？通過怎樣的技術路徑能找到工業綠色轉型升級的突破口？擁有巨大工業體量的中國究竟能否如期完成“雙碳”目標？帶著這些問題，記者採訪了中國科學院院士、中國科學院過程工程研究所所長張鎖江。

文｜本刊記者 魏東升 馮琳

工業碳減排是實現“雙碳”目標的重中之重

記者：目前我國工業領域的碳排放情況如何？工業碳減排在整個碳中和大系統中有著怎樣的地位和作用？

張鎖江：我國是世界工業大國，鋼鐵、有色、化工、建材四大過程工業是國民經濟的支柱產業，佔我國GDP總量約20%，佔工業總產值約50%。與此同時，工業領域也是我國二氧化碳排放的主要來源，其二氧化碳排放量佔我國排放總量約39%（不包括用電間接排放）。其中，鋼鐵碳排放約佔總碳排放的12%，有色佔3%，化工佔10%，建材佔14%。

碳中和大系統包括三個方面——能源供應端、能源消費端和固碳端。如果按當前我國100億噸的二氧化碳排放初始量計算，除去能源供應端和固碳端的減碳量，2060年實現碳中和需要把目前約40億噸的工業二氧化碳排放量降低到15億噸左右。所以工業碳減排的任務是十分艱巨的，也是我國實現“雙碳”目標的重中之重。如果工業不能實現碳中和，那麼整個碳中和大系統也都難以實現。正如習近平總書記所指出，這將是一場硬仗。當然，工業過程不是孤立存在的，還需要與能源供應端、固碳端相互銜接互動，實現協同減碳。

記者：當前我國工業碳減排存在哪些困難和挑戰？

張鎖江：第一，中國的產業結構要調整。我國的工業體系偏重，屬於重工業體系，而其它歐美發達國家的工業體系偏輕，他們基本上生產的是產業鏈高端產品。加之我國正處於高速發展的階段，大量的鋼鐵、水泥、鋁材、化工材料等投入於基礎設施建設，所以中國的工業碳排放量相較之肯定是高的。當我們步入新的發展階段後，基礎設施的建設量可能會減少，假使減少1/3的話，那碳排放量也相應減少了1/3。但是產業結構調整又是一項系統工程，一個鋼廠關了，它的工人怎麼辦？設施怎麼辦？所以需要國家和各地方政府做好系統性設計。

第二，新技術要加速產業化應用。實驗室裡再重大的技術突破，也只有運用到產業上且能夠產生經濟效益了，那才能真正促使工業轉型發展。實際上這些年來我們國家的科技創新能力已經有了很大進步，可新技術出來以後往往是不成熟的，而且是昂貴的，還需要不斷地試驗試用，所以對企業來說引進或採用新技術是帶有一定風險的，需要慎重選擇。因此要從技術供給側帶動這麼大的行業轉型升級，它不是一個單項技術就能解決的，而是要實質性地促進新技術產業化應用。

第三，工業碳減排需要行業之間協同發力。相較於發電、交通、建築等行業的碳減排，工業碳減排較為複雜和困難，這與工業過程流程複雜、物流能流體系龐大，各產業往往孤立運行、集成度不夠等特殊性有關。舉個例子，2001年我從日本回國，當時我們國家的二氧化硫排放比較嚴重，我就想能不能把二氧化硫捕集起來生產硫酸。為此，我還去了多個電廠展開實地調研，電廠方面覺得在原廠旁邊再建一條線，佔地大了，管理起來又困難，生產了以後也不知道往哪賣。因為電廠和化工不是一個行當的，兩者隨意結合就像一個學校又開了個公司，所以工業領域各個行業之間的協同也很難。

記者：您認為這些問題能解決嗎？或者說，您認為中國的碳中和目標能實現嗎？

張鎖江：我認為一定能解決，而且中國是世界上最有可能解決這些困難的國家。這些問題不是解決不了，而是要下決心，特別是我們有堅強的黨中央領導。當然，解決這些困難需要一個過程，不是一蹴而就的，但是要切實抓下去，一步一個腳印，中國一定能實現碳中和目標。

為什麼一定能實現？就工業領域來看，第一，工業領域完成產業結構調整後，只要我們國家修路、蓋房子等基礎設施少用1/3的水泥建材，再加上低碳水泥、原料替代等技術，就差不多能減10億噸二氧化碳排放。第二，實現碳中和，意味著在未來40年裡每年需要減少不到1億噸的工業二氧化碳排放。1噸標煤排放二氧化碳約2.7噸，其實也就是相當於1年少用約3,700萬噸標煤。不用煤了，工業怎麼供能？可以改成電。現在即使一個小工廠，周圍還得配套一大堆裝置給生產設備燒蒸汽供能。我們曾經跟國家有關部門提過一個建議，應儘快開展化工廠全部改成用電的試驗研究。所以交通減排是一定能實現的。電是高級形式的能量，它可以轉化成氫、可以轉化成燃料等等。所以當用能端改變後，發電端也改變了，發電端可以改成風能、光能、核能再加上生物質能、少部分煤炭。隨著工業結構的調整和減碳技術的逐步應用，未來還可能會出現一些顛覆性技術。

再看其它方面，光是交通減排這一項，除飛機等少數交通工具外，如果將來全部換用新能源車，就可以減少10億噸二氧化碳，甚至飛機、火箭都能使用氫能動力，為此我堅信碳中和目標是能夠達成的。

碳中和倒逼中國經濟邁向高質量發展

記者：如何平衡碳中和與經濟發展的關係？

張鎖江：我們首先要看到碳中和是一個循序漸進的過程。就工業碳中和的時間節點來看，根據前期中科院碳中和諮詢報告的研判，預計工業過程碳中和將分為四個階段：2030年之前屬於控碳階段，碳排放可能還會略微增加，2030年前後達峰；2030年至2050年是減碳和低碳的關鍵期，得益於綠色低碳技術的逐步成熟及推廣應用，減碳效果顯著；再經過十年，2060年預期可實現工業碳中和目標。如果能夠做好系統的設計和安排，碳中和不會對經濟有大的影響。

平衡好碳中和與經濟發展的關係，關鍵還需要加強戰略研究，全國一盤棋，做出來一個非常系統的規劃後再去研發推進，可能效率會更高。比如國家重點推廣新能源車，同時部署鋼鐵、有色、化工、建材等行業的用能模式轉變。只要把這些戰略工作安排好，我認為中國的經濟不但不會受到影響，而且會出現一個高質量的發展，中國的產業結構也會向質量高端邁進，屆時國人的生活方式也會改變。

另外我認為黨中央之所以作出決定要徹底改變我國的能源體系，是因為能源是社會的命脈，是人類生存的“糧食”，關乎國家安全。未來智能社會，更一刻也離不開能源，而且需要能源的智能化、數字化升級。我們不能在能源方面被“卡脖子”，碳中和將倒逼傳統能源向未來的新能源和智慧能源轉型。

記者：產業轉型升級意味著要淘汰落後產能，在走向“雙碳”的起步階段會產生陣痛嗎？

張鎖江：如果有序部署的話，我認為不會產生陣痛。一套煉鋼裝置、一套化工裝置、一套發電裝置的壽命一般就是二三十年，長的也就四十年，基本上它們本身該“退休”的時候，新的產業就正好興起了。所以新舊產業實際上就是一個不斷替代的過程，關鍵是要安排好。這樣一來，戰略研究就變得尤其重要。政府、學界、企業界應該成立交叉團隊，要把戰略研究變成戰略規劃，戰略規劃變成政策，然後再進行有序部署。我認為當新技術源源不斷地產業化的時候，就不會產生所謂“陣痛”的問題。

綠色低碳創新成果正加速落地生根

記者：您認為可以從哪些技術路徑發力解決工業降碳減排的問題？

張鎖江：首先要變革現有高物耗高能耗高碳排工業發展模式，如採用綠氫、綠電、綠熱替代，調整原料、產品結構等，實現傳統工業模式的低碳升級。其次，加強理論創新和基礎研究，開發新一代綠色低碳變革性技術，推動工藝流程重構和數字化智能轉型等。此外，要高度重視鋼鐵、有色、化工、建材等行業間的協同聯動和耦合減碳集成技術研究，尤其是跨行業的原料替代、電氫聯用、循環耦合等。

工業過程碳減排離不開大數據和智能化。要重點開發以介科學為核心的工業軟件及虛擬過程平台技術，重點突破基於虛擬工廠的低碳製造耦合技術，結合工業大數據，突破機理模型及大規模多尺度軟硬件並行計算的技術難題，實現冶金、化工、建材等多過程耦合和優化集成。

除了以上這些技術以外，我想一些顛覆性的新技術還會隨時出現，因為人類的智慧是無限的。比如，有專家提出未來建築的結構和形式都要變，採用一些新型環保材料，這樣又能減少碳排放了。

記者：工業碳減排技術目前已實現哪些產業化應用？

張鎖江：節能減排、綠色低碳一直是人類發展探索的主題，一直是科技界追求的目標，科技界也一直在做這些事情。碳中和目標才提出不久，但我們過去所取得的一些技術進步其實對提高能源效率、減少碳排放都是有益的。

近些年，中科院在石油化工、煤化工等領域取得了多項標誌性成果及示範，如煤製烯烴、二氧化碳合成甲醇（液態陽光）、煤基醇醚酯、離子液體催化二氧化碳合成碳酸酯等，建立了百萬噸、十萬噸級工業裝置。在光電驅動反應過程方面開展了前期探索，為支撐化工行業碳減排和工業模式變革提供了重要支撐。中科院過程工程所等在鋼鐵行業尾渣綜合利用、污染物協同治理等方面實現了多項示範應用，在亞熔鹽冶金、生物煉銅等方面建立了多項示範工程，還開發了DEMms、EMMS等工業軟件，實現了從原子層次到顆粒層次到反應器層次再到工廠的時空動態結構模擬優化設計，有力地支撐了工業綠色智能升級。虛擬工廠平台已支撐多項工程放大及重大產業應用，被國內外多家研發機構和企業採用，產生了廣泛的國際影響。近期，我們正在與中國建材集團合作，共同承擔工信部雙碳公共服務平台項目。

記者：隨著國家“雙碳”戰略的推進，您認為這些技術是否會加速應用？如何更好地推動這些創新成果落地生根？

張鎖江：現在技術的產業化應用速度肯定會加快。中科院近期已經發布了碳達峰碳中和戰略行動計劃，啟動了相關先導專項，這些項目本身就是應用導向、目標導向的，而且是前瞻性部署，勢必會促進科技成果加速落地。另一方面，國家提出了“雙碳”目標，企業方面也有壓力，地方政府也有壓力，這樣也能進一步調動他們的積極性，所以綠色低碳技術的應用肯定會加速。在這個加速的過程中，我們還要摸索出一個創新的體制機制來更高效地讓成果落地生根。

成果落地就是一個產學研結合的過程，可現在最重要的也是最困難的問題在於如何把實驗室和企業更好地結合起來。對此，我認為要重點建立產學研協同機制，要支持建設中試基地。如果能提前部署好中試基地，我想後續的產業化也會推進得更快一些。

內地與香港可合作特色碳中和項目

記者：您和團隊在粵港澳大灣區開展了哪些碳減排項目？您與香港方面有過交流合作嗎？

張鎖江：我們團隊立足國家重點建設的七大石化產業基地——惠州市大亞灣石化區，重點研發系列綠色低碳技術。目前已成功開發二氧化碳轉化製備碳酸酯綠色技術，與企業合作在大亞灣建成了年產十萬噸碳酸酯的工業示範裝置。新技術把工業產生的二氧化碳廢氣提取作為原料，生產碳酸酯、聚碳等產品，廣泛應用於動力鋰電池、航空材料和電子信息材料等相關行業，為二氧化碳的轉化製備高附加值產品探索出了一條工業應用的新途徑。

我們與香港的多所大學具有很好的合作基礎，比如與香港科技大學、香港中文大學、香港城市大學在碳捕集利用新技術、新材料、環境污染控制、離子液體應用技術等方面建立了長期的合作關係。

記者：您認為香港可如何參與國家實現“雙碳”目標？

張鎖江：香港要參與國家實現“雙碳”目標，可積極利用自身優勢，同時加強大灣區內的合作交流。第一，內地可以與香港科研團隊開展一些有針對性的碳中和項目。項目既要考慮內地的產業情況和需求，也要考慮香港特點。比如香港的工業體系偏輕，實現綠色發展需要解決的問題主要是城市垃圾處理、廢塑料的資源化利用等。

第二，香港的專業諮詢和會展服務實力很強，舉辦國際會議和論壇的各方面條件非常便利，可以開展一些有關氣候變化的國際性峰會或碳中和戰略諮詢研究。今年，我們計劃在大灣區科學論壇舉辦一場碳中和綠色技術專題峰會。我們期盼在峰會期間通過各方面的碰撞能產生一些新的想法和火花。

第三，香港在人才和科技方面極具優勢，可與內地的科研院所和企業深度合作，聯合培養雙碳領域高技術人才，共同建設國家綠色低碳技術研發及科技平台。近兩年來由於疫情的關係，我們與香港的專家團隊只能開視頻會，將來還是希望能多和他們一起在香港、在大灣區開展實地調研，多方面加強交流和科研合作。

（本文發表於《紫荊》雜誌2022年5月號）