近年来，伴随着全球气候变化的加剧，碳减排与绿色转型已成为各国政府和企业的重要关注点。在此背景下，中国科学院院士包信和在“上证·院士说”系列讲座中深刻剖析了应对“双碳”目标的产业变革逻辑与技术需求，揭示了能源大变革给中国经济带来的新机遇。
能源结构转型的迫切性
包信和院士指出，当前中国的环境和资源压力愈发显著，特别是在实现碳中和这一目标的过程中，国家必须面对重大的挑战。与欧美国家相比，中国实现碳中和的路径更为艰难，但这一目标的达成并非单纯是外部压力的体现，而是内生需求的驱动，旨在以此解决资源与环境约束问题、推动经济结构的转型升级及实现可持续发展。
包院士提到，为了应对这一挑战，关键在于调整我国的产业结构和能源结构。通过探索在绿色经济中实现电气化与可再生能源的全面使用，可推动我国向低碳转型。
发展可再生能源的重要性
随着全球对温室气体的掌控愈发严格，尤其是二氧化碳与甲烷排放的控制，我国也需要在可再生能源的开发上加大力度。包信和认为，发展可再生能源是构建以电气化为核心的未来能源体系的必由之路。
他进一步分析，即使到2050年，我们仍然面临40%的领域无法完成电气化替代，因此氢能将逐渐成为重要的替代能源。从环保的角度来看，氢能的清洁属性使得绿氢的发展具备了基础。而绿氢的生产依赖于可再生能源的获取及氢制备技术的发展。
包信和总结了推动这一变革的三大核心特征：首先，能源资源需从化石能源转向可再生能源；其次，能源结构需从高碳转向低碳和无碳；最后，能源产业的属性需由资源依赖转向制造能力。
太阳能与氢能的未来
在可再生能源的发展展开上，太阳能因其丰富性及广泛的应用前景，将扮演重要角色。包信和强调，通过叠层技术可以大幅提升太阳能的转化效率。理论上，当前晶硅太阳能电池的转换效率极限为30%，而叠层电池则在太空应用中可以达到36%甚至更高。
关于氢能，包信和指出，电解水制氢技术正逐步成熟。目前，碱性电解器的电解效率约在75%，而质子交换膜（PEM）电解器的效率则可达到80%。尽管PEM的市场渗透率正在逐步增加，但由于高成本的贵金属催化剂，其普及依然面临挑战。
此外，新兴的阴离子交换膜（AEM）电解槽和固体氧化物（SOEC）电解槽也涌现出巨大的市场潜力，前者结合了低成本与高效的优点，后者的系统效率可高达90%。越过技术瓶颈，实现这类新技术的商业应用，将极大推动氢能市场的增长。
氢能技术的创新之路
包信和强调，氢能被寄予厚望，电解水制氢的经济性将主要受到设备投资与电价的影响。现在化石能源制氢的成本约为每公斤10-15元，而随着电池技术的进步及生产成本的降低，到2050年，电解水制氢的成本有望降低至12-13元，届时甚至可能通过碳税等方式提升其经济性。
然而，突破现在的技术瓶颈仍需努力。当前各类电解水制氢技术的开发仍处于基础材料研究阶段，像是SOEC与AEM的发展仍需进行大量研究工作，以解决耐久性以及稳定性等技术难题。
从学术前沿到产业应用
包信和院士在谈到自己在催化与表面科学领域成果时，表示，科技的进步始终需要产业的支撑，反之更需要科研的创新助力。纳米限域催化的理念以及其在氢能产业化的应用，充分体现了科技与经济结合、创新和实践的绝妙配合。
包信和的演讲不仅为我们描述了“双碳”目标下的从宏观政策到企业实践的全面路径，更为我们明确了快速发展的新兴产业——可再生能源及氢能技术将如何在未来发展中发挥重要作用。
总结：开放未来，布局新机遇
最后，包信和呼吁，面临能源与环保的双重压力，各界应通过合作创新，积极推动在新能源与节能技术方面的深入发展。他表示，希望各行业能够共同努力，抓住这一历史性的机遇，推动绿色经济的全面发展。
包信和院士的深刻见解无疑为我们提供了一个宽广的视野，让我们开始思考，如何在大变革的浪潮中把握新机遇，助力我国可持续发展的未来。
