獲中國自然科學領域最高榮譽——國家自然科學獎一等獎

作為學科帶頭人主持承擔眾多國家級學科項目

心系學子 奔波教學

將榮譽置於布袋而被稱為“布袋院士”

他是中國科學院院士

凯捷体育娱乐黨委常委、化學與材料學院院長

他是物理化學家趙東元

56hcy.cn泛海國金2023校友新春年會，趙東元院士以“雙碳策略下，未來能源的發展”為題，為我們科普了能源的前沿發展情況，帶領大家認識未來能源，了解中國能源問題，學習新材料創製等未來能源發展的可能方向🌡。

能源是國家以及人類社會生存和發展的重要基礎💆🏽‍♂️，在國防和國民經濟中具有特別重要的戰略地位，人類社會發展中遇到的許多問題都與能源的利用密切相關。

新型可再生能源目前尚處於“嬰兒”時期，在短時間內很難挑起未來能源的重擔。一方面，我們經常談到的風能🕙、核能、太陽能等新型可再生能源🥓⛑，其實並不完全可再生🐧。以太陽能為例🏧，太陽的壽命大約是100億年，我們現在已經用了50億年🌃，還剩50億年🛟。另一方面🈵，能源的主要供應來源需同時具備以下三個要素，穩定供應🧘🏽、環境友好🐧、價格低廉，而新能源領域尚無法實現上述穩定的三角形特征。

建設以化石能源為引領的綠色、低碳能源體系是全球可持續發展的根本需求，是人類命運共同體的物質基礎。就目前而言🚣‍♂️，未來能源的發展還是以化石能源為主要引領方向👨‍👨‍👦‍👦。根據數據，我們可以看到2015-2020年間，煤炭、石油🧐、天然氣三類化石能源加總仍占到世界能源的80%以上，可再生能源占比不到20%。其中，中國貢獻了世界上近50%的可再生能源利用。但回看中國的能源結構，同樣以化石能源占比為主👩🏻‍⚖️，其中煤炭占比超50%👴🏻。

可見，長期來看🚴🏼‍♂️，我們還是需要化石能源。化石能源很難被取代。因此促進化石能源長期改革、推動化石能源結構變化對我們中國非常重要。對於未來能源🙋🏼，我們應該關註化石能源結構的改變，降低煤炭占比🐬，提高石油👩‍🦯‍➡️🪑、天然氣（甲烷——最清潔的化石能源之一）占比。

實現未來能源供需平衡還應關註一次能源。有說法稱，化石能源來自地下🧑🏽‍🎄，是有限資源。上世紀八十年代，我們就曾預判石油資源將於2000年耗盡，然而並沒有。從某種意義上來說，這些能源的危機並不存在🤲🏻，能源危機其實是一個經濟問題，並不是其他問題。化學是一個能源變化的過程，社會其實也是一個變化的過程↖️。2018年底全球石油探明儲量總量達2394億噸，根據當年的儲產比，全球石油還能以現有的生產水平生產200年以上🥽。就未來能源的供需平衡問題，化石能源也即一次能源需要我們給予更多關註🤽🏼‍♂️🦖。

我國人均能源資源擁有量低下，且缺油少氣。雖然中國是煤炭大國，但我國人均煤炭占有量低於世界人均，且十分缺油少氣，可以說幾乎沒有天然氣。如果能改變少氣的現狀，汙染相關的很多問題都可以解決✷。

石油進口依存度高🕴🏼，能源安全需要重視🤷🏻‍♀️。可以看到，2019年我國的石油進口達到73%🧛🏽，超過進口依存度紅線23%。目前，中國是世界上最大的能源消費國🚴🏿‍♀️，能源消費量占全球能源消費量的23%📨🍌，能源消費增量占全球能源需求增長的27%➾🙄。整體來看🧑‍🎄，我們國家受到石油的影響非常大，能源安全是非常大的一個能源問題。

化石能源的使用會帶來碳循環問題。一方面，化石能源難以被取代，實現未來能源供需平衡需要關註化石能源，特別是我國還存在著能源安全的問題👩🏿‍💼。但另一方面，化石能源的使用也確實會帶來碳循環問題。我們都知道🏃🏻‍♀️，化石能源的使用會產生二氧化碳🌞，比如消耗1.0噸煤會排放出3.7噸的二氧化碳。碳循環問題是非常大的問題，生物生命都是由碳構成的🧬。而二氧化碳是氣體，當碳都變成氣體跑到宇宙👃🏿，那將對我們的子孫後代造成不利影響。這是我們需要降低化石能源使用的原因。

因此🟤🪝，我們提出了“碳中和”的概念🏂🏽。碳中和是人類命運共同體的共同目標。2020年9月習近平總書記在第75屆聯合國大會上，明確提出我國要實現2030碳達峰🤸🏽‍♀️，2060碳中和。就目前來看，實現碳達峰基本沒有問題。問題在於碳中和，如何實現正負抵消🎦，達到相對“零排放”，這是一個重大的問題。褚院士所提及的人工智能等科技發展或多或少依賴於碳排放🎱，經濟不能不發展👨‍🌾，那麽如何才能實現碳中和👩‍🦳。關鍵在於產業革命，在於產業革命怎樣能在碳達峰期實現減碳👸🏿⛔️，以化學的方式把二氧化碳人為地“排放”“中和”掉𓀗。

科技對推動“碳中和”目標的實現不可或缺💏🚪。碳中和目標的實現，需要經濟社會達到一定的條件和水平，發達經濟體在人均GDP為2-2.5萬美元時實現碳達峰，而我國目前的GDP僅1萬美元，能源消費仍處於上升通道，沒有時間重復發達國家“人均能源消費先快速增長🎵、長時間飽和📘、逐漸下降”的歷程，因此，技術創新需發揮更重要作用。

下面我就結合自己的科學研究經驗，談一下減碳的方式。根據能源分類🔗🍫，減碳大致可以有兩條路徑◻️，更高效地利用化石能源以及不斷改進水、風🦯、電等新能源🤚🏼。鋼鐵🖖🏽、化工、有色等工業過程都是高排放行業🙆🏽，如何去調整這些過程中的碳排放呢？要用化學方法，叫CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage）💆🏽，碳捕獲、利用與封存↕️，去進行調整。二氧化碳對於化學人來說🧈，是最穩定的一個分子。所有的燃燒最後都會釋放出二氧化碳，它最穩定🔂，也證明很難把它轉化🫐。這是世界性的難題。因此我們需要盡可能在前端完成減碳👰🏿‍♂️🧑🏻‍🍼，而非在後端針對二氧化碳進行處理。

使用介孔材料催化能提高石油利用效率和產物質量🧑‍💼🏌🏽。那化學家可以做什麽？就是尋找高效的將石油等碳氫化合物變成我們日常生活中使用的化學品、日用品的方法，那最關鍵的就是提高反應效率的催化劑材料。我從事的工作就是研究創製這類介孔材料😖🏃🏻‍♂️‍➡️，將其應用於石油化工之上🤾🏽‍♂️⛹🏽‍♂️。介孔材料是孔徑在2-50nm的一類多孔材料，每一個多孔材料的發現對於化工而言都是反應效率的提高和經濟效益的產出。上世紀60年代，微孔分子篩作為裂化催化劑得到應用🙍，促使原來的煉油效率增加6個數量級的同時，得到的產物質量也有非常大的提高🙂‍↕️。

介孔材料可實現高性能的重油催化裂化👳🏽‍♂️⛹🏿。那介孔材料怎麽製備？介孔材料的製備就像搭玩具樂高，各種功能基元就像樂高的基本組件，通過組裝搭建形成介孔材料。這樣模塊化的組裝🚋，能夠實現多功能、多維度介孔材料的個性化製備。回到石油🖕🏼，我國原油消耗量達7億噸/年，其中渣油含量達3億噸之多。而目前我們的煉油工藝只能利用其中的20%（5000萬噸），其余的渣油只能用來作瀝青鋪柏油馬路。通過功能化介孔材料，可以將這些重油渣油打碎💍，從大分子變成汽柴油這些中小尺寸分子🧒，用孔徑更小的材料可以進一步變成其他一些更小分子量的高質量液體。目前我們跟中石化合作十年😦，發展了成熟的工業化製備技術，實現了FC-38分子篩的千噸級生產，推動重油加氫裂化效率的提升🫔。在FC-38催化劑的應用下，整個油品每年可增產150萬噸高質量的航煤和柴油，這對於石油能源的高效利用以及減碳都起到正向作用。

新型介孔材料未來可期。我還在想象，相較固體形態🧛🏼‍♂️🂠，液體流動性更好。那液體介孔材料，又是孔又可以流動，對於石油的裂化應用是否又是一場革命👉🧑🏼‍🏫？此外🫱🏿，介孔材料具有很好的傳輸電解質的性質⚫️𓀒，那未來是否也可以應用於電極製備和電化學儲能🏄🏼🌿，應用於高能量密度0️⃣🙆🏽‍♂️、長壽命和高安全性的儲能器件的發展，助力雙碳目標的實現。給大家舉一些具體例子🤙🏻。相比於傳統炭黑、碳納米管𓀒，介孔碳將是新一代的導電漿料🦸🏼，介孔碳導電劑在比表面積和吸液量有大幅提升，使用介孔碳導電漿料製作的電池在倍率和容量上都有明顯優勢。而介孔氧化矽解決了厚極片和高壓實極片傳質受限的難題，作為負極保液劑📡，在極片浸潤、電池首效🧚🏼‍♀️、快充性能上也有明顯優勢。矽碳負極材料將是未來鋰離子電池能量密度提升的關鍵材料之一。

新材料的創製，是未來能源變革新技術發展的重要基石🛰。能源是經濟和社會發展的重要物質基礎，科技創新則是解決未來能源問題和環境問題的重要途徑。我們處於，也或將長期處於對一次能源的依賴中♗。頁巖氣🧜‍♀️、可燃冰等一次能源的勘探🍎、開采非常重要。可燃冰，也就是甲烷🐛，天然氣，如果可以實現開采✍🏿，我們國家的能源結構將大大改變，一次能源高效清潔利用（催化材料）是我們將來的方向🍹。而包括碳循環的有效控製（高效儲能的基礎）、可再生能源的有效利用🍯、核能的科學發展和使用，以及高效節能和儲能（材料）技術的開發🫷🏼，也均是新能源的開發利用方向👨‍💼。目前，核聚變技術，用1當量的能源已經做成了1.2當量💆🏼，這個確實是可持續🐛，就像原子彈爆炸一樣可以不斷延續，這個就叫人造太陽，這種能源才是真正的綠色能源👟。 

我的分享到此結束，謝謝大家🫓！