陳榮圻

針對全球氣候變暖問題，2015 年12 月，聯(lián)合國在法國巴黎召開的《氣候變化框架公約》締約國大會上，197 個國家成為締約國，達(dá)成的全球碳中和目標(biāo)為：到21 世紀(jì)中葉，全球平均氣溫上升控制在2 ℃以內(nèi)，并努力限制在1.5 ℃以內(nèi)。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，我國國家主席習(xí)近平在2020 年9 月聯(lián)合國大會一般性辯論上首次承諾中國將力爭在2030 年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和，并在2021 年4 月的40 國氣候視頻峰會上再次承諾；2021 年10 月31 日在英國格拉斯哥舉行的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第26次締約方大會上達(dá)成“格拉斯哥氣候協(xié)議”。

在這次會議召開前夕，中國發(fā)布了兩個重要文件：2021年10月24日，《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》；2021 年10 月27 日，國務(wù)院新聞辦公室發(fā)表《中國應(yīng)對氣候變化的政策和行動》白皮書。前一個文件指出，要處理好減污降碳和能源安全、產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全、糧食安全、群眾正常生活的關(guān)系；有效應(yīng)對綠色低碳轉(zhuǎn)型可能伴隨的經(jīng)濟、金融、社會風(fēng)險，防止過度反應(yīng)，確保安全降碳，對雙碳目標(biāo)提出具體意見。意見指出，到2025 年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2020 年下降13.5%；單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2020 年下降18%；非化石能源消費比重達(dá)到20%左右；森林覆蓋率達(dá)到24.1%，森林蓄積量達(dá)到180億m3，中國每天造林面積約120 km2。2030 年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗大幅下降；單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005 年下降65%以上；非化石能源消費比重達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量達(dá)到12 億kW 以上；森林覆蓋率達(dá)到25%左右，森林蓄積量達(dá)到190 億m3，二氧化碳排放量達(dá)到峰值并實現(xiàn)穩(wěn)中有降。到2060 年，非化石能源消費比重達(dá)到80%以上，碳中和目標(biāo)順利實現(xiàn)，實際上化石能源消費還留有20%的余地。

2021 年10 月27 日，國務(wù)院新聞辦公室發(fā)表《中國應(yīng)對氣候變化的政策和行動》白皮書，是繼2011 年以來發(fā)布的第二本白皮書。白皮書指出，中國基本上扭轉(zhuǎn)了二氧化碳排放快速增長的局面。2020 年，中國碳排放強度比2015 年下降18.8%，超額完成“十三五”約束性目標(biāo)，比2005年下降48.4%。

中國“十四五”科技發(fā)展規(guī)劃包括多個重點產(chǎn)業(yè)：新一代的信息技術(shù)（6G）、生物技術(shù)、新能源、新材料、新技術(shù)裝備（量子計算機、機器人）、新能源汽車、環(huán)保技術(shù)、航空航天和海洋技術(shù)等，其中許多項目與綠色能源轉(zhuǎn)型有關(guān)。

英國《獨立報》網(wǎng)站2021 年12 月1 日報道：國際輿論稱，2021 年10—11 月在格拉斯哥舉行的聯(lián)合國氣候變化大會（COP26）根本無法與2021 年中國在其他氣候行動方面的出色表現(xiàn)相比。中國政府“做得多，說得少”，除了對雙碳承諾付諸實施外，2021 年10月，在云南昆明主辦的聯(lián)合國《生物多樣性公約》締約國大會第十五次會議上宣布，中國將不再新建境外煤電項目。2021 年對中國是不錯的開始，1 月中國發(fā)布關(guān)于發(fā)展國際合作的白皮書，包括一整章節(jié)關(guān)于“一帶一路”伙伴國家生態(tài)環(huán)保的內(nèi)容；10 月的中國-東盟領(lǐng)導(dǎo)人會議，發(fā)表《關(guān)于加強中國-東盟綠色和可持續(xù)發(fā)展合作的聯(lián)合聲明》；11 月的中非合作論壇上，中國與非洲國家簽署《中非應(yīng)對氣候變化合作宣言》。此類合作舉措與COP 圍繞氣候融資等事項的長期僵局形成鮮明對比。

國際能源署于2021 年12 月1 日發(fā)布的報告稱，2021 年全球新增可再生能源裝機容量攀升至歷史新高。全世界新安裝的太陽能光伏板、風(fēng)力渦輪機、氫能電解槽和其他可再生能源設(shè)備將達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄水平?？稍偕茉窗l(fā)電量將在未來幾年加速增長，到2026 年，將占到全球發(fā)電量的近95%。盡管用于太陽能光伏板和風(fēng)力渦輪機的關(guān)鍵材料成本不斷上升，但2021 年仍將新增約290 GW 的可再生能源發(fā)電裝機容量，打破2020年創(chuàng)下的歷史紀(jì)錄。

2021—2026 年，新增的可再生能源發(fā)電裝機容量預(yù)計將比2015—2020 年高出50%。其驅(qū)動力是政府出臺政策加大支持力度，以及在格拉斯哥氣候峰會前和召開期間各國宣布了更雄心勃勃的清潔目標(biāo)。但全世界可再生能源發(fā)電裝機容量遠(yuǎn)未達(dá)到實現(xiàn)下一目標(biāo)所需的水平，即到2050 年實現(xiàn)溫室氣體（主要是二氧化碳和甲烷）凈零排放，以防止平均氣溫上升的最危險幅度（1.5 ℃以內(nèi)）。

國際能源署預(yù)計到2026 年，中國的風(fēng)能和太陽能發(fā)電裝機容量將達(dá)到1 200 GW，比設(shè)定完成這一目標(biāo)的日期（2030年）早4年。印度的新增發(fā)電裝機容量將比2015—2020 年翻一番。歐洲和美國的動作也將顯著加快。中國繼續(xù)展示了在清潔能源領(lǐng)域的力量，可再生能源擴張表明，中國的二氧化碳排放量可能在2030年前達(dá)到峰值。

1 能源轉(zhuǎn)型

面對氣候變暖，世界主要經(jīng)濟體都作出了減排承諾，必將進行能源轉(zhuǎn)型，將傳統(tǒng)能源煤炭、石油和天然氣轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕G色能源。

中國富煤、缺油、少氣的資源結(jié)構(gòu)，決定了以煤炭為主的火力發(fā)電。中國每年消耗40 多億t 煤炭，約占全球煤炭消耗量的1/2，燃煤發(fā)電約占中國電力生產(chǎn)量的2/3。2021 年10 月31 日—11 月14 日在英國格拉斯哥氣候峰會（COP26）上，聯(lián)合國秘書長古特雷斯稱：電力部門逐漸淘汰煤電是實現(xiàn)地球平均氣溫升高控制在1.5 ℃內(nèi)最重要的一步。因為當(dāng)前煤電部門需要清除最臟、污染最嚴(yán)重的化石燃料。2030 年前，全球發(fā)電領(lǐng)域的煤炭用量必須比2010 年下降80%。這意味著，發(fā)達(dá)國家必須承諾在2030 年前逐步淘汰煤炭發(fā)電，其他國家必須在2040年前做到這一點。

中國在2020 年新增煤電裝機容量控制在11 GW以內(nèi)，國家能源局表示，2021 年中國煤炭消費比要下降到50%以下。2021 年11 月，包括中國在內(nèi)出現(xiàn)世界性缺電，針對這一新情況，煤電在短時間內(nèi)又稍增，但煤炭消費轉(zhuǎn)折期仍可能在2021 年到來。2021 年中國的煤炭消費量約占全球煤炭消費量的53.8%，面對減少對煤炭長期依賴的挑戰(zhàn)，中國正從綠色能源開發(fā)方面的巨大投資能力中獲益。中國可再生能源發(fā)電裝機容量占總發(fā)電裝機容量的42.4%。中國在太陽能光伏板和風(fēng)力渦輪機領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。中國將不斷加速讓新技術(shù)成為推動經(jīng)濟增長的引擎，在綠色能源發(fā)電領(lǐng)域擁有競爭優(yōu)勢，中國科技巨頭企業(yè)在利用人工智能和大數(shù)據(jù)進行監(jiān)控方面具有強大的競爭力。此外，政府的高度參與也促成了一種雙重杠桿生態(tài)系統(tǒng)，這有助于推動我國在短期和中期進行的改革，從而打造對煤炭依賴更少的模式。

占中國碳排放總量約15%的鋼鐵行業(yè)，中國目前有237 家鋼鐵企業(yè)，產(chǎn)能約6.5 億t?？偛吭O(shè)在赫爾辛基的能源與清潔空氣研究中心于2021 年8 月13 日發(fā)布報告：中國在鋼鐵領(lǐng)域的成功取決于中國政府在電力和低碳鋼鐵行業(yè)加大了對清潔能源的投入。據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會稱，2021 年底，非化石能源發(fā)電裝機規(guī)模占比將首次超過煤電。2021 年一季度，重點鋼鐵企業(yè)調(diào)查結(jié)果是：占91%的電源投資投入非化石能源發(fā)電。

除了太陽能和風(fēng)能發(fā)電，中國水力發(fā)電資源豐富，除了早期建成的長江三峽水力發(fā)電站，云南西部橫斷山高山峽谷區(qū)、高黎黃山、怒山等南縱列，其間瀾滄江、怒江、元江等成帚狀排列。2021 年竣工的云南白鶴灘水電站裝機容量僅次于長江三峽水電站。中國水力發(fā)電在一次能源消費中占比近8%，占全球水電消費量的30.1%左右。核電站已建成490 座，占全國總發(fā)電量的5%，美國約占20%，差距很大，發(fā)展空間很大。2021 年5 月19 日，中俄合作在山東田灣和徐大堡開工建造一座核電站，建成后發(fā)電量將達(dá)到37 億kWh，相當(dāng)于每年減排3 068 t 二氧化碳。風(fēng)能和太陽能開發(fā)重點在大西北新疆、寧夏、甘肅等地，地域開闊，日照時間長，風(fēng)力資源豐富，這些貧瘠地區(qū)借此可以使經(jīng)濟增長。

2021 年完工的甘肅酒泉戈壁灘風(fēng)力場，裝機容量達(dá)10 GW，相當(dāng)于長江三峽發(fā)電站發(fā)電量的1/2，計劃2025 年再建，使其裝機容量翻一番，達(dá)到20 GW。甘肅玉門本是中國石油工業(yè)的搖籃，如今從礦物燃料轉(zhuǎn)型為可再生能源。玉門現(xiàn)在躍居全國新能源前沿，在平坦的沙漠上，正在安裝巨大的環(huán)狀定日鏡，每個光環(huán)的中心是一個塔，用來接收反射的光，并將其集中到一個光束，產(chǎn)生足夠的熱量來運行一個熱電站。玉門將成為中國新能源的先驅(qū)。當(dāng)前中國正在建設(shè)一批總規(guī)模近3 000 萬kW 的大型太陽能光伏項目，新疆是全球最重要的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)多晶硅生產(chǎn)基地之一。單新疆大全等4 家大型企業(yè)，2020 年生產(chǎn)多晶硅24.3 萬t，占全球市場的36%。作為太陽能電池的主要原材料，新疆生產(chǎn)的多晶硅已成為全球綠色能源產(chǎn)業(yè)不可或缺的一環(huán)。寧夏盛產(chǎn)硅，全省面積6 萬多km2，平原占1/4。而青海地處青藏高原，日照時間長，全省面積約72萬km2，降水少，適合發(fā)展太陽能。

除了發(fā)電需用可再生能源取代燃煤，還有燃油汽車改用鋰電池作為動力，截至2020 年6 月底，我國電動汽車保有量為450 萬輛，躍居世界首位，成為引領(lǐng)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要力量，但與目前燃油車保有量2.4 億輛差距巨大，電動汽車發(fā)展空間很大。與其配套的充電站，全國累計建設(shè)38 萬座，換電站449座，建成各種充電樁132.2 萬個，其中公共充電樁65.8萬個，私人擁有79.4 萬個，總量占世界第一。同時已建成“十縱十橫兩環(huán)”4.9萬m 高速公路快充網(wǎng)絡(luò)。

2 綠色能源的原材料

2.1 稀土元素——風(fēng)電渦輪發(fā)電機

稀土元素在元素周期表內(nèi)是第Ⅲ副族元素，原子序數(shù)57～71 為鑭系元素。通常分為鈰組（鑭、鈰、釹、鉅、釤）和釔組（銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔），也可將鑭到釓稱為輕稀土，釓到镥稱為重稀土。

各個稀土元素常以差別很大的不同量存在于同一種礦石內(nèi)，如獨居石及氟碳鈰礦石中以輕稀土為主，鈧釔礦石以釔和鈧為主，黑稀金礦以釔及重稀土為主，都是有銀色光澤的金屬，質(zhì)地較軟。原子價主要是正三價（镥及鋱有極個別的四價氧化物，釤、銪有二價化合物），能形成穩(wěn)定的絡(luò)合物及微溶于水的草酸鹽、氟化物、碳酸鹽及氫氧化合物等。三價稀土元素化合物的化學(xué)性質(zhì)除鈧外，其余都很相似，分離較難，采用萃取分離法及離子交換法已能制得單一的稀土元素化合物。純稀土化合物的性能各有不同，其應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。早期廣泛應(yīng)用于磁性、熒光、激光材料等，在電子技術(shù)、原子能工業(yè)，在合金鋼及非鐵合金中摻入少量混合稀土金屬可以改善性能。如今，單一釹用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機及以鋰電池提供動力的汽車，其發(fā)動機動力轉(zhuǎn)向使用稀土磁鐵。鋱是節(jié)能燈的主要成分，銪用于激光設(shè)備，鈰用于柴油內(nèi)燃機催化轉(zhuǎn)化機，其他稀土元素用于動力工具、智能手機、醫(yī)療設(shè)備等。

如今，稀土元素也用于武器，美國和英國的導(dǎo)彈系統(tǒng)及其他軍事裝備需使用稀土磁鐵，大多來自中國。英美澳正在醞釀本國稀土計劃，從礦山場地清理到建廠，預(yù)計要到2023 年才能開始生產(chǎn)。2011 年，三國準(zhǔn)備把稀土元素的開采擴展到世界其他地區(qū)，如格陵蘭島。然而格陵蘭島議會擔(dān)心其對環(huán)境的影響，因此禁止開采鈾礦，實際上是阻止了世界上最大的稀土項目之一。

2020 年，我國稀土開采量已經(jīng)降到全球的60%左右，雖然仍居全球第一，但已接近我國的稀土消費份額。我國稀土依然在全球處于主導(dǎo)地位，主要在于稀土開采后的加工能力，所以我國稀土加工產(chǎn)品仍占全球90%以上。這主要是因為通過幾十年的研發(fā)，我國稀土加工能力不斷提升。

目前，我國已經(jīng)在稀土研發(fā)方面進行布局，設(shè)立了中國科學(xué)院稀土研究院，不過科研機構(gòu)的研發(fā)成果偏重于基礎(chǔ)，要轉(zhuǎn)化為真正領(lǐng)先的加工和應(yīng)用，還需要進一步的研發(fā)投入。中國五礦和中國鋁業(yè)正準(zhǔn)備成立中國稀土集團，推動從開采到加工、應(yīng)用的高端化發(fā)展。

2.2 鋰和鈷——鋰電池

20 世紀(jì)90 年代，日本索尼公司實現(xiàn)鋰電池商業(yè)化，其比之前的鎳氫電池、鉛酸電池能儲備更多的電能，在新能源汽車、電腦、智能手機等產(chǎn)品上得到普及。相關(guān)研究還在2019 年獲得諾貝爾化學(xué)獎。但鋰電池最大的缺點是成本高，尤其是2021 年以來，鋰電池相關(guān)原材料價格飛漲，逼迫各國紛紛布局“后鋰電池”時代，主要目標(biāo)就是壓縮成本和提高耐用性。首先瞄準(zhǔn)了成本更低的鎂電池。鎂離子可以攜帶2 個正電荷，而鋰離子只能攜帶1 個正電荷，因此理論上鎂電池的能量密度比鋰電池更大。鎂電池的電極正極材料采用有機化合物，電解質(zhì)采用硼化物，但至今只報道實驗室已經(jīng)能反復(fù)充放電超過500 次，未見工業(yè)化生產(chǎn)。除此以外，還有鋅電池和鈉電池，其中鈉電池比較成熟。這些“后鋰電池”的工作原理高度相似，只是受制于沒有合適的電極材料。鈉電池一直到2000 年之后才取得突破，當(dāng)前技術(shù)最先進的鈉電池生產(chǎn)企業(yè)是中國“寧德時代”集團，具備全球最高的能量密度160 Wh/kg 和快充特性（15 min 可充電80%），計劃于2023年形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。

相關(guān)資料顯示，鋰資源近80%集中在美洲四湖和澳大利亞。中國需要的鋰資源80%都要靠進口。中國鋰業(yè)巨頭江西贛鋒鋰業(yè)公司相繼將阿根廷鹽湖等外國鋰礦收入囊中。贛鋒鋰業(yè)正迅速發(fā)展壯大，提出了2025 年電動汽車鋰電池的鋰化合物產(chǎn)量比2020年翻一番的目標(biāo)。這一目標(biāo)與中國發(fā)展電動汽車的方向一致。2020 年，該公司鋰化合物產(chǎn)能達(dá)到9 萬t（以碳酸鋰計算），到2025 年至少達(dá)到20 萬t，是可以生產(chǎn)超過400 萬臺電動汽車電池的規(guī)模。公司還提出了將產(chǎn)能增加到60 萬t 的計劃。氫氧化鋰是生產(chǎn)車載鋰電池的原料，2020 年全球生產(chǎn)的氫氧化鋰中，贛鋒鋰業(yè)占據(jù)24%的份額，僅次于美國雅寶公司的27%。

相比鈉電池的原料鈉，鋰在地殼中的儲量僅為0.006 5%，全球儲量8 600 萬t，而鈉在地殼中的儲量為2.74%，僅中國柴達(dá)木盆地的鈉儲量就達(dá)到3 216億t。從原料角度看，鋰電池肯定將讓位于鈉電池，只要解決一些技術(shù)問題，將來電動汽車將是鈉電池的天下。2021 年7 月底，全球最大的車載電池企業(yè)寧德時代新能源科技股份有限公司召開了在線發(fā)布會，推出該公司第一款鈉離子電池。這種電池15 min可充電80%以上，最大的優(yōu)點是不使用鋰、鈷等稀有金屬。

鈷可作為鋰電池的正極材料。來自國內(nèi)知名有色金屬產(chǎn)業(yè)咨詢研究機構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2025年鋰電池對于鈷的消費將增長至16.4 萬t。隨著5G 技術(shù)的普及，智能電子產(chǎn)品快速增長，同時新能源革命下電動汽車可持續(xù)發(fā)展，中國已經(jīng)成為全球最大的鈷消費國。2020 年全球鈷需求量達(dá)13.6 萬t，其中中國消費量達(dá)7.1 萬t，占全球消費量的52%；中國目前也是全球鈷精煉產(chǎn)能最大的國家。與高需求量成反比的是，中國自身的鈷資源富礦少而貧礦多，品位也比較低。中國鈷原材料嚴(yán)重依賴進口。數(shù)據(jù)顯示，2020 年中國鈷資源對外依存度高達(dá)97%，而到2025年這一數(shù)字預(yù)計高達(dá)99%。

據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計，2020 年全球鈷儲量721萬t，集中分布于剛果（金）、澳大利亞、古巴等國，其中剛果（金）最豐富。中國駐剛果（金）大使館經(jīng)濟商務(wù)處數(shù)據(jù)顯示，剛果（金）的鈷儲量達(dá)到450 萬t，占世界儲量50%以上，是世界上最重要的鈷生產(chǎn)國之一。

據(jù)悉，外資企業(yè)進入剛果（金）進行礦產(chǎn)資源開發(fā)時間早，早期開發(fā)的銅鈷礦品位高，大礦、富礦多，開采條件更好，基本上為露天開采，目前尚未進入系統(tǒng)性地下開采階段。相對而言，中資企業(yè)進入剛果（金）較晚，獲取銅鈷礦資源質(zhì)量不及外資企業(yè)。

2.3 鈾——核燃料

目前，我國核電站發(fā)電量只占發(fā)電總量的5%，而美國這一占比達(dá)20%，我國發(fā)展核電空間很大，建造安全核電站的技術(shù)已獲自主創(chuàng)新專利，核燃料鈾是關(guān)鍵原料。鈾是錒系第Ⅲ族元素之一，符號U，原子序數(shù)92，具有放射性，化學(xué)性質(zhì)活潑。鈾以質(zhì)量數(shù)為234、235 及238 3 種同位素存在于鈾礦中，瀝青鈾礦中含量最多，少量存在于獨居石等稀土礦石中，也微量存在于海水中。鈾238 的半衰期為4.49×109年。同位素235 可用作核燃料。鈾238 俘獲中子后轉(zhuǎn)變?yōu)殁?39，也是核燃料。

隨著全球核能需求增加，對鈾的需求也在增加。鈾是一種有限資源。據(jù)估計，海洋中蘊藏著超過45 億t 鈾，大約是陸地儲量的1 000 倍，從海洋中提煉鈾可能是一種更具可持續(xù)性的方式。然而，海水中的鈾濃度極低，據(jù)估測，每升海水中含有3.3 μg鈾，使得從海水中提取鈾要比從地下提煉鈾困難得多，成本也昂貴得多。20世紀(jì)50年代，科學(xué)家們就看到了從海水中提取鈾作為核燃料的可能性，但一直到20 世紀(jì)80 年代，日本科研人員才找到一種提取海水中鈾的方法，即利用一種名為偕胺肟的化合物來吸附鈾。由中國科學(xué)院牽頭的新研究項目，聚焦于這種化合物的吸附能力，研究成果發(fā)表在2021 年11 月底出版的英國雜志《自然·可持續(xù)發(fā)展》上。

科學(xué)家們以自然界中發(fā)現(xiàn)的分形（例如血管）為模板設(shè)計了一種多孔膜。研究發(fā)現(xiàn)，較以前使用的材料，含有偕胺肟的膜提取鈾的效果要高得多，吸附能力是以前的20 倍。研究報告的主要作者稱：“血管等分形在生物系統(tǒng)中無處不在。它們使物質(zhì)的優(yōu)化交換和轉(zhuǎn)化成為可能?！边@啟發(fā)了新吸附劑的設(shè)計。研究發(fā)現(xiàn)，在4 周時間里，1 g 這種膜從天然海水中提取出9.3 mg鈾，是使用薄膜提取鈾的最高水平。

美國佐治亞理工學(xué)院及橡樹嶺國家實驗室的科學(xué)家發(fā)表文章稱，中國團隊開發(fā)的這種材料比許多同時代的吸附劑更好。他們還指出，還可從海水中吸附其他分子，比如釩、鐵、鋅、銅等，因此需要一種方法來進行分離。目前的進展加上其他國家研究人員的努力，讓我們距離開發(fā)一種實用、有效的吸附劑越來越近。

2.4 氫能

氫能既能用來發(fā)電，還能作為汽車的動力。氫是宇宙中最輕也是最豐富的元素。從理論上講，氫作為燃料有很多好處，盡管其在地球上很少單獨存在，但可以利用清潔電力分解淡水來生產(chǎn)氫。

氫一旦被制成，就可以像石油和天然氣一樣充當(dāng)化學(xué)能量載體，通過管道或經(jīng)壓縮送到需要的地方。每單位質(zhì)量氫儲存的能量是汽油的3 倍。氫氣燃燒時會釋放出儲存的能量，而這一過程實質(zhì)上是氫氣和氧氣結(jié)合生成水，所以，氫是綠色燃料。

在2021 年11 月結(jié)束的COP26 上，政府作出氣候承諾，表明我國要在21 世紀(jì)中葉實現(xiàn)碳凈零排放的目標(biāo)。傳統(tǒng)的化石、石油、天然氣和甲烷能源必須轉(zhuǎn)型，太陽能、風(fēng)能的成本將隨著技術(shù)進步而下降，使得利用清潔能源大規(guī)模生產(chǎn)氫成為可能。

目前，世界每年生產(chǎn)約7 000 萬t 氫，主要用于制造氮肥和甲醇等化學(xué)品，以及煉油去雜。電解水制取氫氣所用電力，大約96%來自天然氣、石油和煤炭，這種生產(chǎn)過程得到的氫被稱為“灰氫”。而用甲烷產(chǎn)生的電力生產(chǎn)得到的氫被稱為“藍(lán)氫”。而“綠氫”是由可靠的可再生電力電解水產(chǎn)生的。在當(dāng)前，可再生能源在全球還處于不發(fā)達(dá)階段，綠氫成本高于藍(lán)氫，更高于灰氫。

那么，綠氫的前景如何？目前，歐盟綠氫行業(yè)的電解槽總?cè)萘坎坏? GW，但在2020 年7 月，該行業(yè)設(shè)下了到2024 年電解槽容量達(dá)到6 GW、2030 年達(dá)到40 GW 的目標(biāo)?？s小綠氫和灰氫價格之間的差距需要時間，生產(chǎn)1 kg 氫需要50～55 Wh 的電力和9～10 L淡水。高達(dá)86%的綠氫成本花在了電解槽供電上。而風(fēng)能和太陽能的成本在過去10 年快速下降，預(yù)計還會進一步下降，對生產(chǎn)綠氫是一個好消息。中國的風(fēng)電、太陽能發(fā)電已處于全球第一，成本也最低，為生產(chǎn)綠氫打下堅實的基礎(chǔ)，綠氫也將成為中國新能源之一，將大規(guī)模生產(chǎn)。

電解槽本身占據(jù)了其他成本。目前，1 臺10 MW電解槽成本是3 年前的1/2，而且價格還會進一步下降，原因是這些設(shè)備的制造商正在持續(xù)發(fā)展。最后，有些技術(shù)難題遠(yuǎn)未解決，尤其是氫能從產(chǎn)地到消費地點的運輸問題。氫是一種很難大體量運輸?shù)臍怏w，要壓縮、液化，并需要特殊的設(shè)備，導(dǎo)致成本昂貴。相比天然氣壓縮后運輸，氫的運輸要求更高，這無疑也增加了成本。

全世界將氫視作大機遇，根據(jù)研究估計，到2050年，綠氫市場規(guī)模可能增長到1 萬億美元，許多企業(yè)希望從中獲益。中國為了在2060 年前實現(xiàn)碳中和，在尋求替代能源過程中發(fā)現(xiàn)氫的潛力，正在制定一項詳細(xì)的試點計劃，將山東省改造成一個“氫能中心”。為了減少碳的影響，考慮的選項之一就是氫能。氫能因蘊藏量豐富和零排放而被盛贊為未來能源。在世界最大碳排放量的中國力圖發(fā)展綠色能源時，中國的“十四五”規(guī)劃也描繪出一條從碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)向氫的路徑。中國的太陽能、風(fēng)能發(fā)電已居全球第一，完全有條件發(fā)展綠氫。

山東省擬建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施項目中，首先要建設(shè)一條總長度180 km 的氫氣輸送管道，將氫從上游生產(chǎn)廠輸送給分布在全省商業(yè)和工業(yè)中心的終端用戶。該管網(wǎng)的干線架設(shè)在省會濟南和青島之間，支線將擴展到濰坊和淄博的周邊工業(yè)區(qū)。所有地區(qū)都將100%使用氫能，并為燃料電池汽車提供加氫站。氫氣密度很小，1 輛載重30～40 t 的運輸車只能運輸300～500 kg 的氫氣。且氫氣必須在低于-253 ℃才能液化，又會提高氫能的使用成本，所以管道化是最佳運輸方案，其維護和運輸成本將是最低的。

山東以制造氫氣到運輸所取得的試點經(jīng)驗，將延伸到廣東、江蘇和浙江等用電重點省份。山東計劃利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電生產(chǎn)綠氫，但考慮到山東省風(fēng)能和太陽能資源的季節(jié)性波動，我國風(fēng)能和太陽能發(fā)電生產(chǎn)重點地區(qū)在大西北，不可避免將建設(shè)一個輸送可再生能源電能的全國電網(wǎng)，以便全國各地生產(chǎn)綠氫。

3 清潔能源的廢金屬處理問題

國際能源署的一份報告稱：礦物是未來清潔能源系統(tǒng)中必不可少的原料。未來的能源系統(tǒng)中，數(shù)以千萬計的風(fēng)力渦輪發(fā)電機、太陽能光伏板、電動汽車都需要礦物來制造。報告顯示，全世界要想在2050 年前實現(xiàn)碳的凈零排放，對于關(guān)鍵礦物的整體需求量就要增至目前的6 倍。這些關(guān)鍵礦物包括鋰、鈷、銅、鎳和稀土元素。這對實現(xiàn)清潔能源構(gòu)成重大挑戰(zhàn)。

首先是采礦。人類歷史上采礦技術(shù)取得的進步難以勝數(shù)，但99%的金屬開采仍然依靠挖掘礦石，而在此之前往往還要清除大量覆巖，然后被開采出來的礦石經(jīng)過加工，由此產(chǎn)生了大量的廢棄物，每年約1 000 億t，超過其他任何人造廢物。礦物開采和加工還要耗費大量能源，采礦業(yè)是溫室氣體排放的最大主體之一。2018 年，采礦業(yè)在全球排放的二氧化碳多達(dá)36億t，約為溫室氣體排放總量的10%。

清潔能源相比化石能源需要多得多的礦物，無論風(fēng)力渦輪機、太陽能光伏板、電池和輸送電力設(shè)備，都要以礦物作為零部件，包括輸電網(wǎng)的鐵塔和電纜線。

國際能源署估算，2030—2040 年，從供應(yīng)鏈中回收的礦物，主要是廢電池中的銅、鈷、鎳和鋰，總量要從每年10 萬t 左右增至每年120 萬t。巨大的電動車市場將催生一個新的回收行業(yè)。目前還不清楚鋰電池的回收率，權(quán)威人士認(rèn)為在5%左右。