中國已全面確立2030年前碳達峯、2060年前碳中和的目標，作為國家批准的低碳試點城市之一，成都市委十三屆八次全會就提出要構建綠色低碳生活圈，力爭在全國率先建成碳達峯碳中和示範城市。
什麼是碳中和？
從大的層面來講，碳中和指所排放的二氧化碳和吸收利用的二氧化碳達到平衡，涉及碳減排、碳零排和碳負排技術。碳減排即以提高效率的方式來減少對傳統化石資源的消耗，從而減少排放；碳零排即採用風能、水能、光能、生物質能源等沒有排放的一次能源。然而，現實是，我們不可能完全杜絕使用地下化石資源，因此就需要碳負排技術，將已經產生的二氧化碳加以轉化利用。
“實現‘雙碳’目標，碳零排和碳負排是關鍵。”中國科學院成都生物研究所生物質能源項目組李東博士表示。其團隊歷時五年研發的POWER TO GAS（可再生電轉生物天然氣）技術，可捕獲工廠和沼氣池產生的二氧化碳，利用可再生電水解制氫，再將氫氣用於還原沼氣中的二氧化碳，使二氧化碳變為甲烷，“完全可以替代天然氣使用”。
▲李東博士
從碳零排技術到負排放技術
“碳中和並不是一個新鮮的詞。”李東介紹，早在2008年，其團隊就已從事碳減排領域的技術研發。一開始，團隊研究方向是“城鄉有機廢棄物資源化利用”，這是一種碳零排技術。後來他們發現，僅僅是零排放還不夠，必須抵消已經產生的二氧化碳，因此就開始鑽研負排放技術。
“生物質能源+二氧化碳捕獲和儲存(Bioenergy with CO2 capture and storage)是重要的碳中和技術之一。歐洲國家的經驗表明，生物甲烷和氫氣是實現長期氣候目標的重要技術。”李東提到，從我國的情況來看，我國是人口大國和農業大國，對能源供應和環境保護有着極大的需求。雖然我國擁有極其豐富的各類生產生活有機廢棄物等生物天然氣資源，但對天然氣進口的依賴程度仍日益擴大。
2019年12月4日，國家能源局印發《關於促進生物天然氣產業化發展的指導意見》，提出到2025年，國內生物天然氣具備一定規模，形成綠色低碳清潔可再生燃氣新興產業；到2030年，生物天然氣實現穩步發展，規模位居世界前列。“然而，目前的生物天然氣主要是通過沼氣提純獲得，即將沼氣中40%左右的二氧化碳分離排放到大氣中，這不僅造成大量温室氣體排放，還嚴重浪費碳資源。”李東説。
另一方面，我國是電力大國，擁有豐富的水電、光伏電、風電等電力資源，但電力的大規模儲存較為困難，通過電解水制氫可以實現電能的大規模儲存。氫氣雖然是一種清潔能源，然而，與已經建立起完善的輸配管網和終端利用設施的天然氣相比，我國氫利用尚處於分佈式小規模試點，輸配管網未建立、終端利用設施不完善。
同時，他提到，我們的社會是一個碳基社會，人們的吃、穿、住、用、行，乃至人類生命體均離不開碳。
▲POWER TO GAS試驗裝置圖
“可再生電轉生物天然氣”技術處於中試階段
正是基於上述温室氣體減排、缺氣富電的能源結構、氫氣利用體系尚不完善、碳基社會屬性的背景，2016年，李東提出可再生電能轉碳基資源耦合CO2捕獲利用技術，即POWER TO X技術，X可以是碳基能源、化學品、食品和材料等。通俗來講，就是通過可再生電能，將CO2轉化成新的可利用碳基資源。
在POWER TO X技術體系下，以POWER TO GAS（可再生電轉生物天然氣）為例，利用可再生電水解制氫，再將氫氣用於還原沼氣中的二氧化碳，使二氧化碳變為甲烷，“完全可以替代天然氣使用”，不僅省去生物天然氣生產所需的二氧化碳分離設備，還減少二氧化碳排放、增加生物天然氣產量。通過該技術，將不方便輸配和利用的氫轉化為方便輸配和利用的天然氣，將無法大規模儲存的電能轉化為可以大規模儲存的天然氣，將可再生電轉化為碳基資源並實現温室氣體二氧化碳的生物固定利用。
當然，該技術應用場景是在有二氧化碳排放源的地方，比如有二氧化碳排放的工廠、有大型沼氣工程的地方。
李東透露，目前，該技術正處於中試階段，團隊正與相關企業接洽推進示範，未來或將進行大規模推廣。“該技術最終成本取決於電價。”李東説，四川80%的電能為水電，優勢就在於有豐富的水電資源。
值得一提的是，除了POWER TO GAS，在POWER TO X技術體系下，李東及其團隊還在研究POWER TO Protein（電轉蛋白質）等項目。未來，或將有更多成果出現。
紅星新聞記者 彭祥萍
編輯 官莉
圖據受訪者