杨裕生院士：实现“双碳”目标的若干科技问题
“二氧化碳排放力争于2030年达到峰值，努力争取2060年实现碳中和”，是我国提出的两个阶段碳减排奋斗目标（以下简称“双碳”战略目标)。实现这一目标，必须以科技创新为先导。这就为科技创新提供了广阔的空间，广大科技人员要乘势而上、选准目标、奋力攻关。
目前，我国正处于高质量发展阶段，化石能源的消耗还将不断增长，未来一个阶段内二氧化碳排放势必继续增长。我们必须进行艰苦的努力，才能够在2030年实现“碳达峰”。2060年的任务则更为艰巨，要将生产、生活所产生的二氧化碳全部消除，才能达到二氧化碳产生量和消除量的平衡。
在大量使用化石能源且能源消耗不断增长的条件下，2030年二氧化碳排放要达到峰值必须从三方面努力：大力发展可再生能源、减少化石能源使用、实行全民总动员的节能减排。而要想在2060年前实现碳中和，还要着力开辟新的清洁能源。
大力发展可再生能源
大力发展可再生能源是首要措施。我国水力资源要充分利用，但潜力有限。风能、光伏发电将是主要能源，同时要因地制宜建设裂变核反应堆、地热等清洁能源发电，利用潮汐能等能源。
风能、光伏、潮汐等间歇式发电和恒定功率的核能，都必须以储能调节。未来10年要发展12亿千瓦可再生能源，如以10%的储能功率、储能6小时相配合，就需建7.2亿千瓦·时容量的储能电站，或720座1吉瓦时储能电站。储能电站建设费用如以平均1400元/千瓦·时计，需投资1万亿元。分布式储能费用也许还要更高。可见，储能机遇很大，担子也很重。
储能技术路线百舸争流、各有所长，应允许在竞争中发展。储能是商业行为，必须讲究经济效益。决定经济效益的因素有建设投资、使用寿命、能量转换效率、设备利用深度、电进价、电出价和运行费用等，其中与储能技术设备相关的是前四项。
对于建设投资，抽水蓄能电站不断涨价至每千瓦七、八千元；化学电源不断降价至每千瓦·时千元上下，以6小时蓄电容量计算的造价并不高于抽水蓄能。抽水蓄能优势在运行寿命长，分摊到每度电的成本要比电池储能约低一半。但抽水蓄能能量转换效率仅约75%，电池则高达80%（液流电池）、85%（铅炭电池）乃至90%以上（磷酸铁锂锂离子电池），能量转换效率高的投资回笼快。何况，电池还可不受地域限制，规模可大可小。所以，两者综合优势已不相上下。对于能量转换效率约为60%的物理储能技术，可以展开研究，但想实用就要认真掂量经济效益。
规模储能对于电池而言，是近年来才遇到的新课题，但需求发展势头很猛，形势喜人。电池新体系（正极、负极、电解质的组合）变化多端，层出不穷，前途不可限量。我们倡导集成液流电池、铅炭电池、锂离子电池三者优点的长寿命、高安全、低成本的储能专用水系电池，这是一项世界性、世纪性难题，已不乏电化学界仁人志士刻苦攻关，相信假以时日定有颠覆性进展，必将对2030年实现“碳达峰”做出更大贡献。
在大力发展可再生能源的同时，也要减少化石能源的使用，这不存在重大技术难题，主要取决于政府的决心，要制定坚定、可行的政策，消除习惯性和地方保护主义。如停止建造燃煤电厂、逐步提高排放税、加速试点碳排放权和碳汇交易并及早实行等。
除了政策，补贴力度也要恰当，奖补要与惩罚并施。我国光伏发电和电动汽车发展中的补贴实践证明，过度、单纯的补贴弊多利少，该教训应该充分汲取。
实行全民节能减排
实行全民总动员的节能减排首先要做到节能减排思想家喻户晓、深入人心、付诸行动、持之以恒，大打一场持久的节能减排人民战争，纠正陈年积累的浪费能源的观念、习惯、误解；要在全社会树立强烈的“节省能源、减少排放为荣，浪费能源、任意排放为耻”的风尚。
我国工业节能潜力很大，研究各行业工业节能技术大有可为。
汽车是耗能、排放大户，节能减排潜力很大。为此笔者提出十项具体措施：一要进行全民宣传教育，改变落后观念，不以高档、豪华车显示经济和社会地位，而以坐小车、乘节能车为荣。二要加重燃油税和高档车消费税。三要按高速公路限速对汽车设计提出最高行驶速度限制，削除以发动机功率为首的冗余设计。四要对汽车生产、使用、维修、报废处置全过程进行系统排放计算，对其二氧化碳排放总量提出相应的鼓励、惩罚政策。五要排除“不用油就等于节能减排”的肤浅观念，发展全过程最节能减排的电动汽车技术。六要大力研究、使用能量转换效率高的内燃机，使燃油车节能减排立竿见影。七要将内燃机与电池并联组合，可以达到最佳的节能减排效果，应大力发展此纯电驱动的增程式电动车。八要停止生产、销售假节能减排的插电式“混合电动车”。九要鼓励夜间充电和慢速充电、尽量避免快速充电，以提高电能利用效率。十要鼓励充电站同建蓄电站，夜蓄昼充，削峰填谷。
有种观点认为“可再生能源发的电是零排放”。实际上，在目前以煤为主要能源的情况下，风力和光伏等可再生能源发电并不是零碳排放，这些发电设备的制作、用材、安装、维护、报废都很耗能，这些过程中的二氧化碳排放量都应分摊到所发的每一度电上。
所以，要树立全生命周期二氧化碳排放和减排的观念，认真计较每项技术全过程的“净减排”。
着力开辟新的能源
“碳中和”是要将生产、生活中产生的二氧化碳全部消除，确保不再增加大气中二氧化碳含量。除要继续加大力度实施前文所述的节能减排外，还要着力开辟新的清洁能源，消除产生的二氧化碳。
聚变能发电有可能在2060年前实现，生产这种清洁能源有利于减排二氧化碳。最易发生聚变反应的是氘与氚的聚合，氘可自水中提取，氚可用锂-6在堆中子作用下产生，将天然锂中锂-6分离后的大量锂-7用于锂离子电池，不会影响电池性能，锂-6、锂-7“各尽所能”。为此，要发展廉价、低耗能的水中提氘技术和锂同位素分离技术。
当汽车的发动机全部使用生物柴油或生物乙醇时，在汽车行驶阶段就可以基本实现“碳中和”。因此，要大力发展各种生物乙醇、生物柴油生产技术和产业。秸秆规模转化和甜高粱种植利用等工程技术问题应列入发展计划，还要培育高产油料作物。
消除或转化二氧化碳
森林能够大量吸收二氧化碳。我国西北地域辽阔，碳汇价值巨大，但是缺水。如从西藏每年引水200亿立方米到新疆植树造林，将对“碳中和”作出巨大贡献，还能改变西北气候。这是一项十分艰巨的工程，涉及许多科学技术问题，因此要及早展开前期研究。从横断山脉诸大江引水的南水北调西线工程要加速建设，除缓解黄河流域工业、生活用水紧张外，还可适当加大调水量，为造林（特别是内蒙）供水。在全国各地普遍加强植树绿化，对提升生态系统碳汇能力也有贡献。
向地下埋藏二氧化碳已有相关研究。这不仅是一项很耗能的技术，还要解决二氧化碳“地下固定化”问题，并不是简单的物理性储存，要谨防地质变化造成“潘多拉魔盒打开”式的灾难。
用化学法转化二氧化碳为能源材料或其它有机物也已有研究。转化需要能量，应该追求高能效（即低能耗，也就是低排放）转化技术，在开题时就该认真论证、比较。例如，用光化学法转化二氧化碳为甲醇，是一个6电子还原反应，直接转化的效率极低，而得副产物甲酸、甲醛为主，总效率也仅百分之几。现在实用的光伏发电转换效率已达20%（还将进一步提高），发展其它电转化技术路线（如电解还原二氧化碳、电解水制氢-氢与二氧化碳化合等），可能会有更高的转换效率。总之，要充分论证、比较这些技术路线的能量转换效率和经济可行性。
二氧化碳埋藏或转化，都涉及其回收和浓集。要发展适用于大规模浓集二氧化碳的低排放、低成本技术，吸附—解吸等物化原理可待利用。（作者系中国工程院院士 杨裕生）