包信和 中国科学院院士、中国科学技术大学校长
近期，以“构建新发展格局，推进高质量发展”为主题的2024亚布力中国企业家论坛年会在黑龙江亚布力召开。中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和受邀参加年会【开幕式】并发表演讲。
以下为演讲全文：
以前谈论能源，一定与资源联系在一起，比如中东、俄罗斯丰富的资源禀赋。但是，这一轮能源革命，不再是资源属性的革命，而是制造属性的革命。在这种情况下，即便企业家没有资源，也可以做能源，而且可以做得非常好。
与欧美相比，我国实现碳中和是一场硬仗。欧盟和美国分别在1980年、2000年实现了碳达峰，它们距离2050年实现碳中和的时间分别还有70年和40年左右。中国要到2030年才能实现碳达峰，距离2060年碳中和目标只有30年，而且现在中国碳排放量非常大，占全球总排放量的十分之一。还有一个重要挑战在于，实现碳中和目标需要经济社会达到一定的条件和水平，发达经济体在人均GDP为2-2.5万美元时实现碳达峰，目前我国GDP仅1万美元，能源消费仍处于上升通道，没有时间重复发达国家“人均能源消费先快速增长、长时间饱和、逐渐下降”的历程，技术创新需发挥更重要的作用。
太阳能是未来可再生能源规模化利用的核心。中国的太阳能资源丰富，从1975年到2022年，太阳能发电转化效率已经从6%提升到26%，但仍然有超过70%的能量没有被有效利用，未来应该通过不同材料将太阳能充分转化应用起来，使发电效率进一步提高。未来太阳能的发展趋势是叠层，有实验室已经实现了超50%的转化效率，因此叠层路线未来有很大发展机会。
叠层太阳能电池现在氢能也很热门。自然界本身没有氢能，它需要通过一次能源制取。制氢方法很多，最普遍的是煤气化制氢，这类氢的价格相对便宜，大约每公斤10元，但制取过程会排放大量二氧化碳。电解水制氢虽然低碳，但价格高，每制造一公斤氢大概需要40—50元。所以，当前国内国际的氢能，95%是通过化石燃料制取，只有不到5%的氢通过可再生能源制取。
电解水制氢也有不同路线，最早是通过碱性电解槽，但在特定应用场景（如车规级氢能、波动性可再生能源）中，质子交换膜（PEM）优势日渐明显，国际上许多新建项目已开始选用PEM电解槽，其市场渗透率预期会逐步扩大。
此外，固体氢化物电解池（SOEC）和阴离子交换膜（AEM）作为新兴技术都有巨大潜力，也是欧美研发的重点，但前者在规模量产前在耐久性、制造工艺上还有待提升，后者目前还处在基础材料研发阶段。
单台产能1000标方/小时的国际最先进高效碱性电解槽作为最新的电解水技术，阴离子交换膜（AEM）电解槽的潜力在于将碱性电解槽的低成本与PEM的简单、高效相结合。该技术能使用非贵金属催化剂、无钛部件，并和PEM一样能在压差下运行，但是目前AEM膜存在化学、机械稳定性的问题，影响寿命曲线。OH-离子的传导速度要比H+质子慢三倍，因此AEM将面临更大的挑战，需要研制更薄或具有更高电荷密度的膜，同时对BOP辅助系统也提出了较高的要求。
根据是否需要碱性电解质，目前国际上AEM的研发方向分为碱性电解质系统和纯水系统。前者的研发重点是提升电流密度和耐久性；后者是提升膜的稳定性，并使用先进的膜和无（或低）PGM催化剂来提升性能和耐久性。
固体氧化物（SOEC）电解槽在高温（700-850℃）下运行，动力学上的优势使其可使用廉价的镍电极，如利用工业生产中高品质的余热（比如能量输入为75%电能+25%水蒸气中的热能），SOEC的系统效率（LHV H2 to AC）近期内有望达到达85%，并在10年内达到欧盟的2030目标的90%。
SOEC电解槽进料为水蒸气，若添加二氧化碳后，则可生成合成气（Syngas，氢气和一氧化碳的混合物），再进一步生产合成燃料（e-fuels，如柴油、航空燃油）。
耐久性是SOEC目前的首要问题，热化学循环，特别是系统停、启时，都会加速老化，降低使用寿命。目前固体氧化物的材料包括通过添加8%氧化钇来提升稳定性的二氧化锆。提升固体氧化物的性能、耐久性和降低操作温度是目前欧美研发的重点。
我个人认为，最具挑战性的技术是质子导体固体氧化物电解器（SOPEM），目前全世界都在攻关，但进步不是很大。
总体而言，电解水制氢未来发展的关键问题有两个，一是提高效率，二是降低电价。现在电解水制氢的价格是50元/公斤左右，预计到2050年可降至13元/公斤左右，届时其经济性就会高于煤气化制氢。
实现双碳目标的技术路线有很多，其中蕴含着丰富的商业机遇。中国科技大学碳中和研究院正在开展叠层太阳能电池、高温高效制氢等多项研究，希望未来和中国企业家加强产学研合作。比如，根据我们的调查，氢能在工业流程降碳中可以马上发挥作用的，是水泥与钢铁生产的低碳耦合，有望大幅度降低碳排放，中国科技大学的一个研究团队正在攻克这项难关。
责编｜章伟升
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