【院士PPT】郭正晓：碳利用的再思考

2021年，全球温室气体排放量54 GtCO2e。比1990年涨了50%。人均6.5吨，要降到2吨才够得上《巴黎协定》1.5°C的目标。减碳这事儿，减盐减糖减碳，逻辑一样——你不想减，但身体（地球）不允许你不减。

香港大学郭正晓院士在2021全球绿色发展高峰论坛上，做了一个很"反直觉"的报告：碳利用的再思考。不是简单粗暴地把CO2封起来，而是重新想——碳能不能变成"低碳资源"？

碳不是废物，是原料

大部分人一听到"碳"，第一反应是排放、是污染、是要减掉的东西。但郭正晓提醒了一个事实：碳是很多产品的关键原料。塑料、化学品，离了碳根本做不了。钢铁、水泥这些高耗能行业，以及商业航空，脱碳难度极高。

▲ 第4页，需求侧行为改变与供给侧技术进步的双重路径框架

那怎么办？两条路。需求侧，改行为——少用、换用。供给侧，靠技术——提效、换能、碳捕集。

但这里有个矛盾：有些碳的用途是刚需，你减不掉。与其硬减，不如换个思路——把CO2变成可用的原料。这就引出了CCUS（碳捕集、利用与封存）。

▲ 第6页，CCUS技术路线图，从碳捕集到化学利用、燃料、矿物化等多条转化路径

CCUS不是新鲜词，但郭正晓的点在于——CCUS里面，U（Utilization，利用）才是最值得重新想的部分。传统的CCUS重"封存"，轻"利用"。封存是把CO2埋到地下，花钱、有风险、没有回报。利用是让CO2变成化学品、燃料、建材——有经济价值。

能源的三难困境

谈碳利用绕不开一个问题：能源。

能源有三个要求——安全可靠、价格可负担、清洁低碳。这三个同时满足，叫"能源三难困境"。任何一个能源体系，同时做到三件事极难。化石能源安全便宜但不清洁，风光清洁但不够可靠，核电清洁可靠但贵且争议大。

▲ 第9页，能源三难困境三角关系与中国南方电网绿色化学与能源载体方案

郭正晓的切入点很巧：与其在"三难"里打转，不如把这个困境变成"三机"——Tri-portunity。他提出的路径是：用清洁电力（风光谷电）驱动CO2转化，生成绿色化学品和能源载体。

中国南方电网的弃风电量约100 GWh（香港3.4 GWh），美国约250 GWh。这些"废电"如果用来驱动CO2转化，就同时解决了三个问题——消纳了弃电、利用了CO2、产出了有价值的化学品。

甲醇和氨：两个被低估的绿色载体

全球甲醇需求超过1亿吨/年，年增速6%。全球氨需求超过1.5亿吨/年，年增速超过4%。这两个数字，很多人没注意到。

为什么是甲醇和氨？

甲醇（CH3OH）是碳一化学的枢纽。CO2加氢就能合成甲醇。传统工艺用铜锌铝催化剂，290°C、78 bar条件，选择性79%，产率10-20%。郭正晓团队的目标是用光催化/电催化，室温常压，选择性接近100%。

▲ 第10页，光催化与电催化CO2转化路径——从"三难困境"到"绿色载体"的技术路线

氨（NH3）是另一个方向。氨不只是化肥原料，它是氢的载体。液氨的储运比液氢简单得多——不需要-253°C，-33°C就行。这意味着用绿色电力制氢，再合成氨，就能把不稳定的可再生能源"固化"成可运输、可储存的能源载体。

但这两条路都不好走。催化剂中毒、反应条件苛刻、产率和选择性之间的权衡——都是技术瓶颈。PPT里提到传统甲醇合成催化剂在约8000小时运行后会出现中毒问题，而固体氧化物燃料电池（SOFCs）在250°C下运行也需要更稳定的催化剂体系。

碳利用的市场到底有多大？

这才是很多人关心的数字。

▲ 第16页，碳利用各领域潜在规模与市场价值汇总表

根据PPT的数据，碳利用各领域的潜在规模如下：

- 液体燃料：年利用量4.8 Gt CO2e，市场价值5870亿美元

- 化学品：2.3 Gt，5700亿美元

- 塑料：0.4 Gt，590亿美元

- 肥料：0.2 Gt，12亿美元

- 活性炭：0.003 Gt，0.6亿美元

- 碳纤维：0.01 Gt，84亿美元

- 新型碳材料：潜力4-10 Gt，666亿美元

- 建材/矿物：1 Gt，1000亿美元

全部加起来，潜在碳利用规模约2 Gt CO2e/年，总市场价值接近1.8万亿美元。

这不是小生意。但也别太乐观——当前全球CCUS项目封存量加起来也不到1亿吨/年，距离Gt级别还有两个数量级的差距。美国累计封存5800万吨（1972-2019），中国约200万吨（2007-2019），挪威2200万吨（1996-2019）。

路线图：从"封存优先"到"利用优先"

澳大利亚在2020年发布了CO2利用路线图，把碳利用分为近短期和长期。近短期聚焦矿物碳化（建材）和化学利用（甲醇等），长期看向电催化和光催化合成燃料。

日本的策略更激进——碳循环被明确写进国家战略。到2030年，碳循环技术成本要降到与化石能源持平；到2050年，化学品和燃料中的碳主要来自循环碳源。

郭正晓的观点更直接：做更多的"联合决策"——在开发减碳工具时就系统性地考虑低碳资源路径；进一步推动CO2转化技术创新，让甲醇、氨、氢这些绿色载体真正走向产业化，支撑碳中和。

碳利用不是一个环保议题。它是一个产业问题——CO2到底是废弃物还是原料，取决于技术能不能把它变得比化石原料更便宜。到那一天，"减碳"这个词也许就不那么痛苦了。

> 来源：【院士PPT】郭正晓：碳利用的再思考.pdf

来源文件：【院士PPT】郭正晓：碳利用的再思考.pdf