地球是我们赖以生存的家园，我们早已习惯了在日复一日的日子里享受阳光雨露、清风拂面，地球的温度、大气层、磁场等各种条件，好像为我们量身定做一般，我们在其中生存和发展，却很少会想到，地球，并不总是这么美好的样子。
46亿年前，地球刚刚形成，作为太阳附近的一颗新的星球，它没有海洋、没有陆地，只有地狱一般的岩浆洋。经过漫长的演化，在距今约五亿年前，地球的氧气和二氧化碳浓度逐渐稳定下来，变得宜居。地球将一切准备好，终于在百万年前，迎来了人类的出现。
人类文明向前发展，但对自然的影响一直很小。我们的祖先春种秋收：植物的光合作用将二氧化碳变成粮食和燃料，人们通过利用农作物进行必要的生产生活，再将二氧化碳还给自然界。可是，这种平衡在工业革命之后迅速被打破，大量埋于地下的化石燃料推动人类迅速进入工业文明，同时也令大气中的二氧化碳浓度几乎翻了一倍。由此引发的气候变化，已经不容人类视而不见了。
面对严重的情势，2015年，178个国家齐聚一堂，共同为减少碳排放、减缓气候变化付出努力。
作为负责任的大国，我国承担了什么使命？“碳达峰”和“碳中和”的意义在哪里？我国的科技水平和产业质量可以满足双碳的既定目标吗？针对这一系列问题，中国科学院大连化学物理研究所的李灿院士团队，突破了绿色氢能和液态阳光方案中的关键技术，为双碳目标贡献了中国科技的力量。
拉近科学、科学家与普通公众的距离，点亮青少年心中对科学的向往，虎年的第一场墨子沙龙开启了，让我们来听听李灿院士眼中的双碳目标和绿色方案。
双碳目标迫在眉睫
电影《流浪地球》，讲述了当太阳系已经不适合人类生存，人类带着地球去宇宙别处流浪的故事。故事很有想象力，但是李灿院士认为，如果地球本身的大气层被我们破坏，那是连流浪都不能挽回的悲剧。
众所周知，大气层就像一层厚度适中的棉被，太阳为地球带来能量，大部分能量会耗散出去。由于这层棉被的存在，会使得有一小部分能量不耗散出去，从而为人类生存提供适宜的温度。如果大气层成分发生改变，就会引起地球表面温度的变化，哪怕几度的温度上升，都将会带来生态、气候、环境的巨大破环。引起温室效应的气体有很多，其中首屈一指的就是二氧化碳。
近些年来，极端气候现象频发，随着人类对于温室气体研究的深入，减排二氧化碳的议题已经刻不容缓。2015年，巴黎气候大会提出目标——在21世纪末将全球地表温度相对于工业化前上升的幅度控制在2℃以内。而在2050年之前，各缔约方还应努力将这个数字控制在1.5℃之内。
2020年9月22日，中国向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。这体现了一个负责任的大国对于人类命运的担当。
此外，多数发达国家也已经给出了各自碳达峰和碳中和的时间表。
绿色方案，道法自然
双碳目标的实现，对于我国来说，存在不小的压力。我国是发展中国家，单位GDP的能耗和单位GDP的碳排放均高于主要发达国家，要想实现双碳，必须对工业技术进行根本性升级改造，告别粗犷式生产，走高质量发展道路。对于我国来说，双碳目标既是压力，也是机遇。
解决碳排放问题，世界上有一些公认的方法，例如，发展光伏、风电等清洁能源，逐步替代火电；发展氢燃料电池，电动车新能源车逐步替代燃油汽车；利用碳捕获和封存技术，将二氧化碳封存于深海底、废弃矿井等。
此外，有一些科学家将目光转移到了绿氢+液态阳光这套组合拳上。这套组合拳的方法是，由太阳能等清洁能源分解水制氢，也就是绿氢，再由绿氢和二氧化碳反应，生成甲醇或其它燃料和化学品。这一整套循环下来，本质上是利用太阳光等可再生能源，将水和二氧化碳转化为液体燃料，不仅把二氧化碳作为资源加以利用，还具备储能调峰功能，兼顾了经济发展和减碳目标。液态阳光这个名字，很形象地描述了这个过程——将太阳能用甲醇的形式储存、运输、利用。
中国科学院大连化学物理研究所的李灿院士团队，研发了国际上性能最好的规模化电解水制氢的技术，发展了高活性的固溶体催化剂，可以高选择性、高活性的生成甲醇。目前已经在我国兰州建成了全球首套千吨级液态阳光合成的规模化示范工程，并于2020年试车成功并完成成果鉴定，目前，正在开展十万吨级的液态阳光工业化。
科学应对巨大挑战
绿氢及液态阳光策略可实现数10亿吨级减碳，形成万亿级以上新兴产业。但是，科学和技术上的挑战同样不小。
就拿最基本的光催化分解水制氢来说，相关研究开始于上世纪70年代，国际上只有少数研究组在摸索，90年代之前，国内也鲜有工作报道。2000年前后，中国科学家抓住机遇，决定从基础科学入手，深入研究，提高效率。
研究发现，这个过程之所以效率很低，是由于光激发产生的光生电子和空穴，但是光生电子和空穴的寿命非常短，很容易复合，真正能够发生反应的量非常少。李灿院士团队发展了针对光电催化、光催化的超快光谱和成像光谱，能够在光激发以后，对电子和空穴的分布进行观测，再在微纳尺度上把针对电子和空穴的不同催化剂设计组装到不同的层面上去，大幅的提高了催化效率。
另外，在生成氢气的时候，还会遇到一个问题，氢气和氧气很容易发生逆反应生成水，导致效率非常低。利用催化剂的不同，他们将氢气和氧气在空间上隔离开，抑制了逆反应的发生。
液态太阳燃料合成工业化技术路线本质上是一种人工光合成反应，可以类比自然界中的光合作用，但是效率增加了数十倍，可达14%以上，工业化规模生产是可行的。这可能将是一场重大的能源革命，替代化石能源，最大程度减少碳排放，帮助人类实现可持续发展。
活动尾声，现场不同年龄和职业的观众纷纷就节能减排、气候变化、低碳产业等方面的问题向李灿院士进行提问，部分相关学科和产业背景的听众从专业的角度与李灿院士进行了精彩互动。青山绿水、蓝天白云的美丽生态，本就是所有人共同的向往，随着近些年的宣传普及，双碳目标早已逐渐跨越学科背景、年龄职业，深入人心，成为了我们日常生活的指南，也成为了很多年轻人职业选择的明灯。
（撰稿：林梅；审读：王佳）
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