二氧化碳是人類必須善加利用的資源

何鳴元　中國科學院院士

在能源轉(zhuǎn)型時代，縱觀我國整個能源的布局，包括化石能源、非化石能源和可再生能源。盡管可再生能源是我們向往的，技術(shù)也日趨成熟，但在能源需求的總量中所占的比例會有一定的局限。

在可預見的未來,化石能源在能源結(jié)構(gòu)中仍將占主導地位。

我國70%的石油依賴進口，這嚴重威脅我國能源安全。因此，根據(jù)我國“富煤、少油、貧氣”的能源結(jié)構(gòu)特點，用好現(xiàn)有化石資源，做到清潔利用不但十分重要，而且勢在必行。

化石能源是指以石油、天然氣、煤為代表的含碳能源。在化石資源加工轉(zhuǎn)化成燃料和化學品、燃料利用過程中產(chǎn)生二氧化碳。然而，二氧化碳排放量的不斷增加，將導致一系列生態(tài)和環(huán)境問題。因此，我們必須解決好碳循環(huán)嚴重失衡問題，實現(xiàn)碳資源的高效轉(zhuǎn)化及循環(huán)利用。

2010年前后，我們提出了“綠色碳科學”的概念，即含碳物質(zhì)能源利用時，從碳資源加工、碳能源利用、使用后碳固定，到碳循環(huán)全過程所涉及的碳化學鍵演變規(guī)律及其基于原子經(jīng)濟性的優(yōu)化。

從化學基礎(chǔ)來看，綠色碳科學核心是碳的氧化還原反應(yīng)。當化石能源加工利用產(chǎn)生二氧化碳時，我們可以通過化學循環(huán)或者生態(tài)循環(huán)的方式，使之又變?yōu)槿剂虾突瘜W品，盡量接近碳循環(huán)平衡。

把生成的二氧化碳循環(huán)成為可利用的能源，包含把變化以后的化學鍵再變回原來化學鍵的一些反應(yīng)。根據(jù)能量守恒定律，化學鍵的演變實質(zhì)上涉及的是能量問題，即二氧化碳化學循環(huán)生成燃料所需能量，在實施過程中要大于從能源燃燒生成二氧化碳得到的能量。我們?nèi)匀豢梢杂煤寄茉磥硌a充所需的能量，但其后果必然是在循環(huán)利用二氧化碳的同時又增加了新的排放，這違背了綠色碳科學原則。因此，光靠碳循環(huán)體系本身是不行的，我們需要從外加的非碳能源獲取能量才能良性完成這個循環(huán)。

能源化學學科發(fā)展前沿目前聚焦于二氧化碳、水和氫這些小分子問題。來自含碳能源的燃料使用后產(chǎn)生的終極分子是水和二氧化碳，再生需要解決能量的問題。利用太陽能分解水制氫進而還原二氧化碳、通過人工光合作用實現(xiàn)二氧化碳和水的反應(yīng)制取燃料和化學品，是當前的研究熱點和技術(shù)發(fā)展的重點。

在這一系列過程中，太陽能是滿足人類需求的終極能源。除太陽能之外，風能、水力能、地熱能、核能等非碳能源也可以考慮在內(nèi)。

我們距離用太陽能推動二氧化碳轉(zhuǎn)化還有多遠？太陽能發(fā)電已經(jīng)開始工業(yè)應(yīng)用，太陽能熱的利用除民用外距工業(yè)應(yīng)用也并不遠，但光催化方法和光電化學方法將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能則還有一定的距離。

特別需要關(guān)注的是，包括化工和發(fā)電等工業(yè)在內(nèi)二氧化碳的集中排放，其總量占人類二氧化碳排放總量的40%以上。我們認為且需要強調(diào)，集中排放的二氧化碳必須以工業(yè)的方式來解決。綠色碳科學的理念的普及和發(fā)展必然要推動“二氧化碳化工”眾多過程和新興產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生。目前，歐洲規(guī)劃了12項二氧化碳轉(zhuǎn)化過程的工業(yè)實驗。我國不少科研院所和企業(yè)已成功開發(fā)了多項“二氧化碳化工”過程項目，并實現(xiàn)了工業(yè)化，可以說是引領(lǐng)了世界二氧化碳資源化利用的正確方向。（本報見習記者韓揚眉采訪整理）