北極星大氣網(wǎng)訊:“碳中和”是環(huán)境問(wèn)題，更是發(fā)展問(wèn)題。在“碳中和”的大背景下，化工行業(yè)路在何方？如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與能源轉(zhuǎn)型？

《環(huán)境與生活》記者專(zhuān)訪中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)化工科學(xué)與技術(shù)研究院院長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師金涌教授，請(qǐng)他分享一個(gè)資深化工科學(xué)家對(duì)“碳中和”的理解與思考。金涌院士認(rèn)為，化工行業(yè)未來(lái)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型，變“化石燃料”為“化石材料”——

“碳中和”是中國(guó)發(fā)展的必然需求

《環(huán)境與生活》：在我國(guó)提出了2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和的“雙碳”目標(biāo)之后，各行各業(yè)對(duì)此都極為重視。作為化學(xué)工程科研領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，您深耕化工行業(yè)數(shù)十年，對(duì)“雙碳”目標(biāo)和化工行業(yè)的未來(lái)有著遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越這個(gè)時(shí)代的理解和認(rèn)識(shí)，請(qǐng)問(wèn)在邁向碳中和的大背景下，化工行業(yè)應(yīng)該如何轉(zhuǎn)型？化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的路該怎么走？

金涌：咱們就說(shuō)說(shuō)碳中和，去年聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，有121個(gè)國(guó)家提出要2050年達(dá)到碳中和，這當(dāng)然是對(duì)中國(guó)有壓力的。我國(guó)在提出構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體的前提下，也堅(jiān)持了自己的原則，也就是說(shuō)應(yīng)對(duì)氣候變化問(wèn)題，大家都有責(zé)任，責(zé)任是共同但有區(qū)別的。所以，我國(guó)提出了“爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)。

那么，我國(guó)為什么要做這個(gè)事，并且作為全國(guó)的一個(gè)重大發(fā)展目標(biāo)呢？事實(shí)上這和我國(guó)自身的發(fā)展需求也有關(guān)系。我覺(jué)得，我國(guó)制定“雙碳”目標(biāo)，一方面是應(yīng)對(duì)來(lái)自西方國(guó)家的壓力，另一方面也是我國(guó)發(fā)展到了目前的階段，不得不做的。中國(guó)現(xiàn)在發(fā)展最大的矛盾就是能源短缺，資源不夠，加上環(huán)境惡化。我國(guó)現(xiàn)在74%的石油是從國(guó)外進(jìn)口，差不多40%至50%的天然氣進(jìn)口，鐵礦石80%進(jìn)口。我國(guó)在資源和能源上，如果還想進(jìn)一步發(fā)展，就會(huì)受到這些方面的制約。

“碳中和”是環(huán)境問(wèn)題，更是發(fā)展問(wèn)題

《環(huán)境與生活》：對(duì)于碳中和目標(biāo)，目前似乎存在著兩派觀點(diǎn)，其中一派認(rèn)為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)需要消耗大量的財(cái)力物力，這將會(huì)是十分困難的；另一派認(rèn)為，我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)具有足夠的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，因此實(shí)現(xiàn)碳中和將是水到渠成。那么，您認(rèn)為我國(guó)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的難度如何？

金涌：我國(guó)現(xiàn)在要從工業(yè)化社會(huì)變成信息化社會(huì)，就必須解決我國(guó)的資源問(wèn)題、能源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題。在這種情況下，我國(guó)正好以碳中和作為一個(gè)巨大的驅(qū)動(dòng)力，來(lái)驅(qū)動(dòng)中國(guó)的轉(zhuǎn)型。所以說(shuō)，碳中和是中國(guó)必須做的，我覺(jué)得我國(guó)通過(guò)中國(guó)人的財(cái)富、才能，是完全可以做到的，是可以解決這些問(wèn)題的，我國(guó)是有自己的發(fā)展目標(biāo)和任務(wù)的。

因此我國(guó)提出碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)，要知道我國(guó)現(xiàn)在是全世界碳排放量最大的國(guó)家，排放全球近1/3的二氧化碳。我國(guó)從碳達(dá)峰到碳中和只有30年時(shí)間，這是非常短的時(shí)間。世界上其他一些國(guó)家，從碳達(dá)峰到2050年碳中和，像英國(guó)是接近80年，美國(guó)也有40多年。我國(guó)要想很快地把這么大的二氧化碳排放量，降到碳中和的目標(biāo)，困難還是很大的。

與此同時(shí)，我國(guó)還承諾到2050年，中國(guó)要從小康達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平，要進(jìn)入發(fā)達(dá)國(guó)家行列。發(fā)達(dá)國(guó)家最大的指標(biāo)，就是人均GDP。像美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，人均GDP能到四五萬(wàn)美元，我國(guó)目前的人均GDP是一萬(wàn)美元。在這個(gè)過(guò)程中，我國(guó)不光需要減少排放，還要提高GDP，中高速經(jīng)濟(jì)發(fā)展同步進(jìn)行，這就比較困難了?？墒沁€不能不做。碳中和絕對(duì)不是一個(gè)單純的能源問(wèn)題或氣候變化問(wèn)題，而是一個(gè)深刻、廣泛的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)變革，是涉及全社會(huì)的事，是一個(gè)非常非常大的目標(biāo)。也可以說(shuō)，碳中和將會(huì)是主導(dǎo)中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和轉(zhuǎn)型的最大驅(qū)動(dòng)力，也是我國(guó)以后經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最核心的部分之一。將來(lái)，我國(guó)無(wú)論科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、投資、生產(chǎn)、消費(fèi)，一直到物流、循環(huán)利用，全部決策都需要以此作為依據(jù)。因此我覺(jué)得，我國(guó)對(duì)碳中和的目標(biāo)，要從一個(gè)比較高的角度來(lái)認(rèn)識(shí)，不要以為就是解決一點(diǎn)環(huán)境問(wèn)題，不是這樣的。我國(guó)和美國(guó)人的想法是完全不同的。

《環(huán)境與生活》：也有觀點(diǎn)認(rèn)為，中央是想以此為抓手，統(tǒng)籌整個(gè)社會(huì)的變革

金涌：對(duì)，因?yàn)槭且粋€(gè)整體的社會(huì)變革，如果達(dá)成目標(biāo)，我國(guó)就真正做到了可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)就不會(huì)再有對(duì)國(guó)外的能源的依賴(lài)。大部分資源我國(guó)能通過(guò)循環(huán)經(jīng)濟(jì)解決，這樣的話(huà)，中國(guó)就真正做到了可持續(xù)發(fā)展，相應(yīng)的，污染也減少了。

《環(huán)境與生活》：通過(guò)您的介紹，我國(guó)對(duì)“雙碳”目標(biāo)也有了一個(gè)更加深刻的認(rèn)識(shí)。您認(rèn)為，我國(guó)后續(xù)將需要在哪些方向做出更多努力？

金涌：我覺(jué)得首先我國(guó)需要對(duì)碳達(dá)峰、碳中和的真正的內(nèi)涵、高度，有正確的認(rèn)識(shí)。不能一上來(lái)就說(shuō)是應(yīng)對(duì)氣候變化的問(wèn)題。

相應(yīng)的，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)還想繼續(xù)發(fā)展，就必須找到可再生能源代替化石能源。這是我想說(shuō)的第一點(diǎn)，也就是高度的問(wèn)題。我想談的第二點(diǎn)，是我國(guó)需要怎么做。按人口學(xué)家的統(tǒng)計(jì)，到2060年，我國(guó)的人口預(yù)計(jì)還會(huì)穩(wěn)定在14億左右。也許有可能會(huì)變少，但是可以肯定不會(huì)出現(xiàn)大幅度增加了。我國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家的水平差在哪里？我想就是萬(wàn)元GDP能耗，也就是每生產(chǎn)1萬(wàn)元的產(chǎn)值消耗多少能量。這是目前我國(guó)和外國(guó)相比，存在的最大問(wèn)題。日本和美國(guó)這些發(fā)達(dá)國(guó)家，每生產(chǎn)1萬(wàn)元產(chǎn)值，大概需要消耗不到0.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)目前是接近0.5噸。我國(guó)每生產(chǎn)1萬(wàn)元GDP，消耗的能源太多。所以，我國(guó)必須把每萬(wàn)元GDP能耗降下來(lái)，也要降到0.1噸這個(gè)級(jí)別。

產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與能源轉(zhuǎn)型，是目前最大需求

《環(huán)境與生活》：的確如您所說(shuō)，2020年，我國(guó)的GDP首次突破百萬(wàn)億元人民幣，位列世界第二。但是，我國(guó)的人均GDP水平還是相對(duì)較低。

金涌：為什么我國(guó)的每萬(wàn)元GDP能耗和發(fā)達(dá)國(guó)家有如此大的差距？根本問(wèn)題在于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，當(dāng)然服務(wù)業(yè)少也是原因之一。改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)非常重要，但是，我國(guó)也不會(huì)因此放棄制造業(yè)，因?yàn)橹袊?guó)是世界制造業(yè)第一大國(guó)。因此我國(guó)要發(fā)展高端制造業(yè)，向著高質(zhì)量發(fā)展。

我國(guó)現(xiàn)在存在很多產(chǎn)品價(jià)值低，但二氧化碳排放量大，并且能耗很大的產(chǎn)業(yè)。比如鋼鐵，我國(guó)2019年生產(chǎn)了12億噸鋼，占全球鋼年產(chǎn)量的一半。按人均產(chǎn)量來(lái)算，是美國(guó)的3倍。水泥就更是如此了，我國(guó)的水泥產(chǎn)量占全世界70%，人均水泥生產(chǎn)量是美國(guó)的6倍。但是問(wèn)題就來(lái)了，我國(guó)未來(lái)還會(huì)再建這么多高速公路或樓房嗎？我國(guó)進(jìn)入了信息化社會(huì)，產(chǎn)業(yè)就要發(fā)生很大變化，所以在這40年之內(nèi)，可能我國(guó)會(huì)逐漸將一些產(chǎn)業(yè)淘汰，尤其是一些高耗能低產(chǎn)出的行業(yè)，要有序地退出，然后用先進(jìn)的、高端的、耗能少、產(chǎn)值高的行業(yè)代替。這樣就有機(jī)會(huì)把我國(guó)的每萬(wàn)元GDP能耗也降到0.1噸左右，這是完全可能實(shí)現(xiàn)的。所以，這將會(huì)是全行業(yè)要面臨的情況。我國(guó)要從工業(yè)化社會(huì)，變成信息化社會(huì)，這樣才有可能真正實(shí)現(xiàn)碳中和。要想經(jīng)濟(jì)發(fā)展和減少碳排放同時(shí)實(shí)現(xiàn)，就需要全社會(huì)的共同努力。

我國(guó)還需要消費(fèi)拉動(dòng)，比如說(shuō)現(xiàn)在中國(guó)的高端化妝品大多數(shù)依靠進(jìn)口，其實(shí)化妝品就是我剛才提到的高附加值、低能耗產(chǎn)品。那我國(guó)為什么不可以打造我們自己的高端化妝品？現(xiàn)在，我國(guó)每年進(jìn)口的化妝品約有4000億元，要是再算上那些在國(guó)外旅游購(gòu)買(mǎi)或者代購(gòu)的，幾年以后很快就會(huì)達(dá)到1萬(wàn)億元。相比起來(lái)，我國(guó)每年進(jìn)口石油也就只有兩三萬(wàn)億元。隨著我國(guó)加大在化妝品方面的研究力度，會(huì)慢慢擁有自己的高端化妝品，擁有一定的話(huà)語(yǔ)權(quán)，我國(guó)就會(huì)把這一部分市場(chǎng)慢慢奪回來(lái)。

接著就是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，現(xiàn)在我國(guó)的能源，基本都是把煤、油、天然氣直接燒掉，燃燒就會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。不燒不就沒(méi)有二氧化碳了嗎？可就目前的情況來(lái)看，不燒就沒(méi)有能源了?；茉词峭苿?dòng)此前三次工業(yè)革命的主要力量，現(xiàn)在我國(guó)需要讓化石能源逐漸退出，如果不燒，自然就不會(huì)有二氧化碳排放。

那么，能源問(wèn)題怎么解決？我國(guó)提出碳中和目標(biāo)的一個(gè)先決條件，就是我國(guó)的光伏發(fā)電和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展很好。在光伏發(fā)電和風(fēng)電發(fā)展了十多年后的今天，其發(fā)電成本已經(jīng)大幅下降?，F(xiàn)在光電、風(fēng)電與火電相比，每發(fā)一度電的經(jīng)濟(jì)成本，已經(jīng)基本相近。我國(guó)的技術(shù)已經(jīng)到了這種程度，并且在這方面是領(lǐng)先的。我國(guó)的光電、風(fēng)電發(fā)展非常好，而且現(xiàn)在產(chǎn)量、產(chǎn)值都是世界第一。我國(guó)完全可以建設(shè)光電風(fēng)電的發(fā)電裝置來(lái)代替火力發(fā)電，也就是不用燒（燃料）了。中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電占全世界的1/3到1/4。中國(guó)出口的光電用硅板，產(chǎn)量占全世界70%。

另外就是電動(dòng)車(chē)，我國(guó)電動(dòng)車(chē)保有量約為500多萬(wàn)輛，也是全世界第一，當(dāng)然占比還很小。電動(dòng)車(chē)在未來(lái)也會(huì)成為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)的重要力量。美國(guó)就很害怕，6月初美國(guó)總統(tǒng)拜登在“汽車(chē)城”底特律市發(fā)表演講，說(shuō)中國(guó)在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域超過(guò)了美國(guó)，無(wú)論產(chǎn)量、市場(chǎng)和電池，都比美國(guó)做得好。為了趕上中國(guó)，拜登公開(kāi)承諾將會(huì)投入1700億美元補(bǔ)貼美國(guó)的電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)。

我國(guó)現(xiàn)在是有條件利用新的可再生能源代替火電了，技術(shù)問(wèn)題都解決了，經(jīng)濟(jì)問(wèn)題也接近解決，那么我國(guó)的環(huán)境當(dāng)然會(huì)更好。以后，我國(guó)發(fā)展經(jīng)濟(jì)就需要考慮技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合算、二氧化碳排放量低，這是與今后的發(fā)展吻合的。這些都是先決條件，如果沒(méi)有這些條件，碳中和自然不可能實(shí)現(xiàn)，我國(guó)正是因?yàn)橛辛诉@些良好的基礎(chǔ)，才有了現(xiàn)在的目標(biāo)。

從“化石燃料”到“化石材料”

《環(huán)境與生活》：作為深耕化工行業(yè)幾十年的專(zhuān)家，您對(duì)我國(guó)化工行業(yè)現(xiàn)狀有著準(zhǔn)確、全面、清醒、超前的認(rèn)識(shí)。您認(rèn)為在“雙碳”目標(biāo)提出后，我國(guó)的化工領(lǐng)域會(huì)受到哪些影響？同時(shí)基于您剛剛提到的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，您認(rèn)為化工行業(yè)后續(xù)的發(fā)展方向是什么？

金涌：回到化工行業(yè)的話(huà)題，既然我國(guó)未來(lái)不燒化石燃料了，那用它做什么？首先就是石油，將來(lái)我國(guó)的汽車(chē)絕大多數(shù)會(huì)被電動(dòng)車(chē)代替。這不會(huì)是十分遙遠(yuǎn)的未來(lái)，現(xiàn)在歐盟一些國(guó)家已經(jīng)計(jì)劃2030年后不再生產(chǎn)汽油車(chē)，而是全部變?yōu)殡妱?dòng)車(chē)，那么傳統(tǒng)煉油產(chǎn)業(yè)肯定要逐漸退出市場(chǎng)。相應(yīng)的，要把石油做成材料，而不是變成汽油、柴油、煤油。現(xiàn)在，我國(guó)的傳統(tǒng)煉油技術(shù)，80%的石油都變成了汽油、柴油、煤油，20%是石腦油。石腦油裂解再制成烯烴、芳烴。

我認(rèn)為，今后這種技術(shù)路線將會(huì)改變，石油化工企業(yè)將會(huì)改變結(jié)構(gòu)，不再生產(chǎn)燃料，而是生產(chǎn)材料，比如說(shuō)橡膠、纖維或其他高端材料、涂料。這種轉(zhuǎn)型就是石油化工的發(fā)展方向，現(xiàn)在已經(jīng)成為全球共識(shí)。國(guó)外的一些企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始著手布局這種轉(zhuǎn)型，比如歐洲的道達(dá)爾公司，就要把石油的利潤(rùn)占比逐漸減少，現(xiàn)在占50%，將來(lái)要減少到30%，同時(shí)要大量發(fā)展新產(chǎn)業(yè)，也就是石油材料。這也是我們清華大學(xué)化工系目前的主要任務(wù)之一，現(xiàn)在我們的實(shí)驗(yàn)室在研究把石油制成材料，我們也有相關(guān)的研究基礎(chǔ)，在十多年前就開(kāi)展了這方面的研究。

《環(huán)境與生活》：您當(dāng)時(shí)為什么會(huì)想到以此作為研究方向？

金涌：當(dāng)時(shí)的環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題并不像現(xiàn)在這么尖銳，但是我們作為科學(xué)研究者，意識(shí)到了煉油技術(shù)存在的問(wèn)題。煉油最重要的第一步就是催化裂化，這個(gè)步驟決定了汽油、柴油、煤油和石腦油的占比?，F(xiàn)在使用的反應(yīng)器，是催化劑和石油氣從下向上走，也就是上行床。我們研究的反應(yīng)器與之相反，是下行床，也就是從上往下走，我們?cè)?0年前就已經(jīng)做了年產(chǎn)15萬(wàn)噸的實(shí)驗(yàn)，證明了下行床可以大幅度提高石腦油的占比。我們?cè)跐?jì)南煉油廠利用廠區(qū)廢棄的設(shè)備進(jìn)行改造，完成了實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)的下行床可以把石腦油的占比提高到70%。

有了石腦油，我們就可以生產(chǎn)三烯三苯，也就是乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯。就可以生產(chǎn)非常多的化工產(chǎn)品，可以說(shuō)所有的石化產(chǎn)品，原料都是三烯三苯。有了這些，我們就可以生產(chǎn)各種高分子材料。我們不再把石油燒掉，而是把碳都留在了材料中，碳對(duì)人類(lèi)是非常重要的物質(zhì)，碳并不壞，只是不應(yīng)該讓它變成溫室氣體跑到天上去。所以石油總的發(fā)展方向，就是從燃料變成材料，這也是我國(guó)化工企業(yè)今后的發(fā)展方向，一方面我國(guó)不再燒石油了，減少二氧化碳排放；另一方面，企業(yè)轉(zhuǎn)型為石油材料制造商，也避免了企業(yè)的損失。

《環(huán)境與生活》：那煤炭何去何從？煤炭最好的出路是什么？

金涌：最難的就是煤，煤燃燒是現(xiàn)在二氧化碳排放的大戶(hù)。如果我們不燒煤，用它做什么？煤化工顯然不是最好的選擇，我國(guó)之前從事了很多年的MTO（醇制烯烴）和“煤變油”研究，我國(guó)的煤化工產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到千萬(wàn)噸級(jí)了，過(guò)去因?yàn)橛蛢r(jià)很高，所以還有價(jià)值。但是繼續(xù)發(fā)展下去，隨著全球?qū)κ偷男枨罅吭絹?lái)越小，煤化工的問(wèn)題也就凸顯出來(lái)，一是經(jīng)濟(jì)效益差，二是二氧化碳排放高，因此我認(rèn)為傳統(tǒng)的煤化工技術(shù)，都將慢慢淡出市場(chǎng)。

那么，煤最好的出路是什么？我國(guó)需要在這方面研發(fā)出具有顛覆性的技術(shù)。事實(shí)上中國(guó)的煤資源并不多，煤儲(chǔ)量只有美國(guó)的一半，而人口數(shù)是美國(guó)的4倍，這樣算下來(lái)，美國(guó)的人均煤儲(chǔ)量是中國(guó)的8倍。中國(guó)的煤儲(chǔ)量只占全世界的12%，因此我國(guó)其實(shí)也不能大肆浪費(fèi)煤資源。

除了需要在未來(lái)探尋顛覆性的技術(shù)外，目前我們已知的最佳利用途徑，也就是煤的分質(zhì)利用。煤不是單純的碳，煤中的碳?xì)浔仁?比0.8，也就是每10個(gè)碳原子，伴有8個(gè)氫分子，如果用煤當(dāng)燃料，就相當(dāng)于把氫也一起燒掉了。

如果我們?cè)跓?，就先把碳、氫分開(kāi)，也就是所謂的藍(lán)碳技術(shù)，現(xiàn)在我國(guó)在這方面做得很好，但也有一些最終的技術(shù)問(wèn)題沒(méi)解決。這不是單純的煤制氫技術(shù)，煤制氫技術(shù)每制造1噸氫氣需要排放11噸二氧化碳，從碳中和的角度來(lái)看，煤制氫技術(shù)是要被淘汰的。

煤的分質(zhì)利用，是把煤所含的碳變成焦炭或半焦，把氫拿出來(lái)利用。這些比煤熱值還高的半焦，可以用于火力發(fā)電，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)，同時(shí)利用分出來(lái)的碳?xì)浠衔飺]發(fā)部分，噴在半焦發(fā)電煙道氣中，再點(diǎn)燃一次，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，這個(gè)技術(shù)就是燃?xì)廨啓C(jī)-蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，這種技術(shù)的能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到60%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)火力發(fā)電的45%。這樣一來(lái)，煤的利用率就提高了，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值也提高了。同時(shí)，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中的燃?xì)廨啓C(jī)可以隨時(shí)啟停，因此也可用于調(diào)峰發(fā)電。我認(rèn)為，在未來(lái)大量使用光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電之后，火電的生存空間，就是用于調(diào)峰發(fā)電。

那下一個(gè)問(wèn)題就是，我們將煤分質(zhì)利用后，這些半焦要如何處理？如果用來(lái)燒，還是會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，所以我們也為半焦找到了出路。碳本身也是還原劑，如果把半焦加熱到一定溫度，碰到二氧化碳，就會(huì)把二氧化碳還原成一氧化碳。這是我們目前正在研究的項(xiàng)目之一，通過(guò)這種還原，半焦就不再產(chǎn)生二氧化碳，反而是能將二氧化碳還原為一氧化碳的還原劑，這就成為二氧化碳減排的物質(zhì)了。二氧化碳還原是吸熱的，那我們同時(shí)再將一部分半焦燒掉，加入少量氧氣使燃燒放熱的同時(shí)，生成一氧化碳。一氧化碳可以用來(lái)制造很多的化工產(chǎn)品。我想這就是煤今后的出路。

《環(huán)境與生活》：再就是天然氣，我國(guó)要如何處理天然氣才能與碳中和的目標(biāo)相吻合？

金涌：目前，我們對(duì)天然氣的利用存在問(wèn)題，我們把天然氣用來(lái)做飯，也就是民用。舉例來(lái)說(shuō)，我們把一壺水放在燃?xì)庠钌蠠?，天然氣中的熱量有多少進(jìn)入水壺了？其實(shí)只有30%至40%，其他的熱能都加熱空氣了，這個(gè)利用率是很低的。如果用電加熱水壺?zé)?，熱能的利用率可以達(dá)到90%以上。所以，我認(rèn)為以后的家庭將會(huì)電氣化，應(yīng)該把天然氣用于工業(yè)。現(xiàn)在，我國(guó)的情況正好相反，禁止工業(yè)使用天然氣，這是不符合碳中和原則的。美國(guó)電氣化的家庭約占50%，歐洲一些國(guó)家已經(jīng)逐漸開(kāi)始禁止天然氣入戶(hù)了。天然氣更適合用于工業(yè)生產(chǎn)，天然氣（CH4）中每有1個(gè)碳原子，就有4個(gè)氫原子，是最好的制氫原料。很多國(guó)家都利用天然氣制氫，只有中國(guó)是煤制氫，當(dāng)然這也是因?yàn)槲覈?guó)的天然氣儲(chǔ)量很小?？偟膩?lái)說(shuō)，未來(lái)的天然氣將與工業(yè)結(jié)合，要把煤分質(zhì)利用產(chǎn)生的一氧化碳與天然氣結(jié)合，也將大幅度減少二氧化碳排放。

總而言之，我國(guó)化石能源的煤、石油、天然氣，都需要其相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)慢慢轉(zhuǎn)型，這種轉(zhuǎn)型將會(huì)為二氧化碳減排做出巨大貢獻(xiàn)。除了化石能源轉(zhuǎn)型之外，利用其他的可再生能源也有助于減排。首先是生物技術(shù)，生物是利用太陽(yáng)能最好的方法之一，目前比較有機(jī)會(huì)產(chǎn)業(yè)化的就是微藻利用，微藻在干燥后，以甘油三酯的形式固定光合作用產(chǎn)物，含油率可達(dá)50%至60%，并且藻類(lèi)可以在海水中生長(zhǎng)，生長(zhǎng)速度和陽(yáng)光利用率是陸生植物的4至5倍，這是生物代替化石能源的重要途徑。

《環(huán)境與生活》：目前，我國(guó)有藻類(lèi)制油的項(xiàng)目落地嗎？

金涌：我國(guó)的新奧集團(tuán)就有這種陽(yáng)光微藻轉(zhuǎn)化器，在溫室中搭建玻璃管道，管道內(nèi)通入海水，加入二氧化碳和藻類(lèi)，在流動(dòng)過(guò)程中藻類(lèi)就會(huì)快速生長(zhǎng)，成品的藻類(lèi)形態(tài)就像黃醬一樣。不過(guò)，目前產(chǎn)業(yè)化還存在一定困難，因?yàn)槌善吩孱?lèi)的含水率在90%以上，干燥需要大量熱量，如果用燒煤干燥，消耗的熱能比藻類(lèi)產(chǎn)生的能量要高出很多?，F(xiàn)在也在研究如何不經(jīng)過(guò)干燥，直接將藻類(lèi)生成的能量提取出來(lái)，也就是不干燥直接把油拿出來(lái)，但是目前這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有打通。日曬是不行的，因?yàn)槿绻龅疥幪?，藻?lèi)很容易變質(zhì)腐爛，所以這方面的技術(shù)還得繼續(xù)探索。

《環(huán)境與生活》：沼氣、生物乙醇這些還有生存空間嗎？

金涌：我國(guó)有很多的秸稈、人畜糞便可以進(jìn)一步利用，也就是生產(chǎn)沼氣。關(guān)于沼氣，我認(rèn)為沼氣不能一家一戶(hù)去做，而是要以村為單位，一個(gè)村設(shè)置一兩個(gè)沼氣站，由專(zhuān)人或公司負(fù)責(zé)，維持沼氣的高產(chǎn)。這可以解決農(nóng)村的能源使用問(wèn)題，并且制沼氣的副產(chǎn)物——沼渣沼液可以用做肥料。

另外，有人說(shuō)種樹(shù)可以解決二氧化碳排放問(wèn)題，其實(shí)并非如此。首先，如果要通過(guò)植樹(shù)吸收人類(lèi)活動(dòng)排放的二氧化碳，需要的植被數(shù)量是非常大的。其次，植物在白天通過(guò)光合作用吸收二氧化碳，固定碳元素，到夜間還要排放二氧化碳。同時(shí)，樹(shù)木落葉腐爛會(huì)產(chǎn)生大量甲烷，其溫室效應(yīng)比二氧化碳還要高得多。對(duì)于這些落葉、農(nóng)作物秸稈，我們也要將其碳化，做成生物炭。有一個(gè)企業(yè)叫三聚環(huán)保，他們把秸稈制成了具有多孔結(jié)構(gòu)的生物炭，將這種生物炭投入土地可以保水、改良土壤，或使化肥緩釋。

另外就是生物乙醇。美國(guó)的乙醇汽油技術(shù)比較成熟，因?yàn)樗麄兊募Z食有富余，在糧價(jià)下跌時(shí)，為了穩(wěn)定糧價(jià)，就把糧食做成乙醇。美國(guó)的乙醇產(chǎn)量可以達(dá)到4000萬(wàn)噸/年，全部用于代替石油。巴西的乙醇產(chǎn)量是2000萬(wàn)噸/年。巴西有很多制糖副產(chǎn)物，也就是糖蜜，是不可以食用的，但它是非常好的發(fā)酵原料。

我國(guó)沒(méi)有那么多富余的糧食用來(lái)制乙醇，我國(guó)目前主要是利用廢糧制乙醇，乙醇產(chǎn)量為300萬(wàn)噸/年。事實(shí)上，我國(guó)的乙醇需求量是每年1500萬(wàn)至2000萬(wàn)噸。我國(guó)沒(méi)有多余的糧食，用什么來(lái)做？煤可以制醇，但是工藝路線很長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益一般。

目前，在首鋼曹妃甸地區(qū)還有一個(gè)乙醇生產(chǎn)線，是利用一氧化碳作為碳源，來(lái)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。目前，已經(jīng)建成了4.5萬(wàn)噸/年的裝置，同時(shí)副產(chǎn)5000噸/年的生物蛋白飼料，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。這樣的話(huà)，我國(guó)不用糧食，不排放二氧化碳，就可以生產(chǎn)乙醇，所需要的一氧化碳，可以通過(guò)煤來(lái)生產(chǎn)。

這樣的話(huà)，整個(gè)過(guò)程就接上了，形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，這一套產(chǎn)業(yè)鏈中的二氧化碳排放量非常低。

煤，我們把它分質(zhì)利用制成半焦和氫氣。

焦炭，我國(guó)把它作為還原劑，將二氧化碳還原成一氧化碳。

一氧化碳，我們用它來(lái)制乙醇。

乙醇，脫水后就是乙烯，再聚合后就是丁二烯。

這樣的話(huà)，作為我國(guó)儲(chǔ)量最高的化石能源，煤就有了新的利用方式，在不排二氧化碳的同時(shí)，產(chǎn)生了可用于制作材料的新資源。這就是我們對(duì)于煤、石油、天然氣、生物技術(shù)的整體規(guī)劃，在實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的過(guò)程中，這些都是十分重要的，既解決了二氧化碳的排放，同時(shí)也為它們找到了新的用途。

能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整需要因性而謀、因勢(shì)而定

《環(huán)境與生活》：關(guān)于可再生能源的問(wèn)題，我們注意到您也曾提出生物質(zhì)能和微藻產(chǎn)油等新能源技術(shù)，能否請(qǐng)您向大家詳細(xì)介紹這些新技術(shù)目前的發(fā)展?fàn)顩r？

金涌：我們先從電力說(shuō)起，現(xiàn)在我們的技術(shù)已經(jīng)可以讓光電風(fēng)電的成本與火電持平了，但光電、風(fēng)電仍然存在一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是不穩(wěn)定性，所以必須有儲(chǔ)能裝置。只有讓光電、風(fēng)電平穩(wěn)，不波動(dòng)，才能組成智能電網(wǎng)，儲(chǔ)能裝置的作用就在于此。因此現(xiàn)在電力發(fā)展的關(guān)鍵，就是解決儲(chǔ)能問(wèn)題。太陽(yáng)輻射到地球的能量，是目前人類(lèi)所需總能量的3000倍，中國(guó)有很好的條件，很多地區(qū)都適宜發(fā)展光電和風(fēng)電。對(duì)于光電和風(fēng)電來(lái)說(shuō)，技術(shù)有了，條件也有了，關(guān)鍵就是蓄電設(shè)備。目前，使用最多的蓄電設(shè)施，約占70%以上，就是利用水建立水庫(kù)，用多余的電把水抽到上游，需要電力時(shí)放水推動(dòng)發(fā)電。但是，僅靠這一種方式顯然是不行的，我們還需要開(kāi)發(fā)更多的方式儲(chǔ)電。

目前，清華大學(xué)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的主要攻關(guān)方向是電動(dòng)車(chē)，電動(dòng)車(chē)需要電池，現(xiàn)在的鋰電池大部分問(wèn)題都已經(jīng)解決，剩下的小問(wèn)題我相信慢慢都會(huì)解決，比如說(shuō)儲(chǔ)電能力不夠，充一次電只能跑兩三百公里。隨著鋰硫電池的發(fā)展，國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化，充一次電可以跑800公里，續(xù)航問(wèn)題解決了。有的人說(shuō)鋰硫電池容易著火，現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題也已經(jīng)解決。將來(lái)，我國(guó)的所有交通都可以電氣化，不用燒油了，因此就需要大量的儲(chǔ)電設(shè)備。當(dāng)然，制造電池的門(mén)檻很高，我們做化工的人不做電池，但我們可以為電池提供材料，有了更好的材料，才能做出更好的電池。我們現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的，一個(gè)是納米碳管材料，將石墨烯與納米碳管結(jié)合，形成立體的結(jié)構(gòu)，我們稱(chēng)為石墨烯和納米碳管的雜化，這種碳材料是非常好的鋰電池正極材料。我們把產(chǎn)品出售給其他國(guó)家，并弄清楚其用途。他們將這種材料和離子液體混合，壓入多孔的泡沫鋁中，就做成了鋰電池的正極材料。于是，我們也研究制作出多孔的泡沫鋁材料，用于生產(chǎn)電池。比起傳統(tǒng)材料，我們的材料擁有更好的儲(chǔ)電能力。現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)也正在產(chǎn)業(yè)化，相信很快就能看到這種材料最終的效益。這是比較成功的，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的材料。同時(shí)，我們也在著手研發(fā)一些新的技術(shù)，比如說(shuō)固體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)制成電池的安全性很高，因?yàn)槠鋬?nèi)部不存在有機(jī)材料，不會(huì)著火。

我們非常看好鋰電池的發(fā)展，一方面是電動(dòng)車(chē)可以代替燃油車(chē)減少碳排放。另一方面，電池本身就是儲(chǔ)電設(shè)備。我國(guó)現(xiàn)在機(jī)動(dòng)車(chē)保有量是2.5億輛，假設(shè)在未來(lái)，其中的1億輛變成了電動(dòng)車(chē)，在夜間不使用時(shí)充電，那這1億輛電動(dòng)車(chē)就成了儲(chǔ)電設(shè)備，充當(dāng)了調(diào)峰的角色。所以，我也設(shè)想，今后的電動(dòng)車(chē)不再搭配銷(xiāo)售電池，而是將電池出租，或變?yōu)閾Q電池的形式。電動(dòng)車(chē)沒(méi)電了，可以直接到電站充電或換電池。同時(shí)，電站與電網(wǎng)相結(jié)合，集中給電池充電，這就起到了儲(chǔ)能和調(diào)峰的作用?，F(xiàn)在，國(guó)家也正在積極策劃這方面的行動(dòng)，當(dāng)然對(duì)于目前的電動(dòng)車(chē)保有量來(lái)說(shuō)，還不足以實(shí)現(xiàn)，但就發(fā)展而言，這絕對(duì)是一個(gè)一舉兩得的措施。如果是建立大量大型的調(diào)峰電廠，將會(huì)耗費(fèi)巨大的經(jīng)濟(jì)成本。

《環(huán)境與生活》：有人說(shuō)現(xiàn)在的鋰電池雖然有調(diào)峰的作用，但經(jīng)過(guò)多次的充放電后，電池的儲(chǔ)電能力會(huì)明顯下降。同時(shí)，全球鋰礦的儲(chǔ)量是否能支持如此大量的鋰電池生產(chǎn)？

金涌：鋰電池需要經(jīng)過(guò)幾萬(wàn)次的充放電才會(huì)有顯著的影響，并且現(xiàn)在鋰電池可以回收，這方面的技術(shù)也已經(jīng)解決了。廢舊的鋰電池可以用于制造新的電池。

至于全球鋰礦的儲(chǔ)量是否能支持如此大量的鋰電池生產(chǎn)，我認(rèn)為現(xiàn)在還不需要把這些因素作為顧慮。除了鋰電池之外，現(xiàn)在研究人員還在研究鈉電池，還有空氣電池。電池的發(fā)展有很多渠道，鋰電池僅僅是第一個(gè)突破。后續(xù)肯定會(huì)有很多新的技術(shù)投入使用。

《環(huán)境與生活》：關(guān)于氫能，以及相對(duì)應(yīng)的氫燃料電池，我們也注意到您一直都持有保留態(tài)度，能否請(qǐng)您詳細(xì)說(shuō)明一下？

金涌：我們做化工的人，舍不得把氫拿來(lái)燒掉。氫燃料電池本質(zhì)上不是儲(chǔ)電設(shè)備，而是燒氫氣的，它是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，把氫和氧燒成水，同時(shí)產(chǎn)生電能。我們好不容易得到了氫，它有很多種用途來(lái)降低二氧化碳排放，為什么要把它燒掉？

更關(guān)鍵的問(wèn)題在于，現(xiàn)在全世界還沒(méi)有電解水制氫的大型工廠，因?yàn)闆](méi)有任何的經(jīng)濟(jì)效益。電解水制氫，能源的利用率只有30%左右，即使今后利用率可以提高，也不會(huì)超過(guò)60%。同時(shí)，氫到了燃料電池中再重新轉(zhuǎn)化為電能，目前轉(zhuǎn)化率的目標(biāo)是50%，我想以后最多也就是60%。也就是說(shuō)，用電制氫氣，能量就先少了一半，再把氫轉(zhuǎn)化成電，就又少了一半，即使是理想狀態(tài)下，60%乘60%，最終的利用率只有36%。電網(wǎng)中的一度電，最后到氫燃料電池釋放出來(lái)，就只剩下1/3，這樣的利用率太低了。有的人可能會(huì)說(shuō)沒(méi)關(guān)系，因?yàn)樘?yáng)能是取之不盡的。但我們還要考慮設(shè)備投入的成本，以及使用的成本。

事實(shí)上，我們非常需要?dú)?，非常愿意生產(chǎn)氫，因?yàn)槲覀兛梢杂脷浒讯趸歼€原回來(lái)。氫氣是一個(gè)好東西，比如美國(guó)人就提出了“氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代”的概念，而不是“氫燃料時(shí)代”。氫是非常重要的，但不是用來(lái)燒的，這是兩個(gè)不同的概念。氫太寶貴了，它可以解決碳排放的問(wèn)題，可以用來(lái)做很多合成。氫氣對(duì)化學(xué)家非常寶貴，我們不愿意把它燒掉，從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，氫燒掉的利用率太低，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益。日本人愿意燒氫，是因?yàn)樗麄冞M(jìn)口的天然氣多，天然氣中每有1個(gè)碳原子就有4個(gè)氫原子，他們的氫是富余的。同樣，美國(guó)也不愿意，他們很早就不做氫燃料電池了，因?yàn)槊绹?guó)的能源結(jié)構(gòu)和中國(guó)類(lèi)似。所以，現(xiàn)在炒作氫燃料電池概念的只有日本，因?yàn)樗麄冄芯康臅r(shí)間很長(zhǎng)，想把這個(gè)技術(shù)賣(mài)給中國(guó)，但我認(rèn)為這是個(gè)大坑。

從我的認(rèn)知看來(lái)，氫燃料電池汽車(chē)是沒(méi)有出路的。氫氣不好儲(chǔ)存，不便于運(yùn)輸，容易泄漏，還有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。如果說(shuō)有一個(gè)地下停車(chē)場(chǎng)，幾百輛氫燃料汽車(chē)在里面停著，有一輛車(chē)的氫漏了，積累到一定濃度會(huì)發(fā)生爆炸，那這幾百輛車(chē)就全都要爆炸了?，F(xiàn)在有800公斤的壓力瓶放在車(chē)?yán)飪?chǔ)存氫氣，如果全中國(guó)幾億輛車(chē)都帶著壓力瓶到處跑，你害怕不害怕？即使有一個(gè)爆炸，都是很大的事故，要是遇到連環(huán)交通事故，那更是不得了。所以，我認(rèn)為這是不可靠的，不安全的。從能量上來(lái)看，利用率低沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益，從安全性上看，缺乏可靠性。我們不談氫氣的性質(zhì)，單說(shuō)壓力罐如果出現(xiàn)問(wèn)題，氣體膨脹發(fā)生爆炸也十分危險(xiǎn)。

當(dāng)然，氫燃料電池真的就完全沒(méi)用嗎？我想也并非如此。比如說(shuō)潛艇、輪船、飛機(jī)，這些大型運(yùn)輸工具想用鋰電池顯然是不可能的，因?yàn)殇囯姵睾苤亍＿@些大型運(yùn)輸工具的電氣化，我想還是要用氫燃料電池。還有就是煤礦中的礦車(chē)，因?yàn)橐b載大量的貨物，并且礦車(chē)本身較重，如果再使用鋰電池，就會(huì)存在很多問(wèn)題。因此我認(rèn)為，氫燃料電池在一些特殊情況下、特殊的場(chǎng)景中，比如說(shuō)需要長(zhǎng)距離或重載的交通運(yùn)輸中，有很好的應(yīng)用前景。目前，鋰電池與氫燃料電池相比，單位重量?jī)?chǔ)存的電量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如果進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，顯然不如氫有優(yōu)勢(shì)。我想在未來(lái)，一些大型車(chē)輛，或是輪船，都有機(jī)會(huì)變?yōu)闅淙剂想姵毓┠堋?/span>

“碳中和”需要全民參與

《環(huán)境與生活》：“碳中和”與我們的生活息息相關(guān)。那么，在普通人的生活中，碳中和除了帶來(lái)電動(dòng)車(chē)之類(lèi)的改變，還有哪些也會(huì)隨之改變？

金涌：到了碳中和的那一天，我們發(fā)電就不再使用火電了，交通也要做到零碳排放。那么，下一個(gè)大量消耗能源、排放二氧化碳的就是住房問(wèn)題?，F(xiàn)在的人們都追求舒適的居住環(huán)境，這就涉及供熱取暖的問(wèn)題，也就是建筑節(jié)能。中國(guó)的二氧化碳排放，有近20%是人居產(chǎn)生的，包括供熱、制冷，這也是未來(lái)需要解決的問(wèn)題。當(dāng)然，外國(guó)人在這方面也有很多成熟的技術(shù)，有一些建筑物已經(jīng)做到能源完全自供。前一陣我去萬(wàn)通地產(chǎn)，他們就在發(fā)展地源熱泵技術(shù)，利用地球本身的熱能取暖。另外，就是保溫建筑材料，還有利用工廠的廢熱供暖，這些技術(shù)目前整體發(fā)展都比較完善，在國(guó)際上也有先例。德國(guó)人在這方面做得最好，在建筑節(jié)能方面有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，也就是房子要達(dá)到居住舒適的標(biāo)準(zhǔn)，冬天取暖夏天制冷，每平方米建筑面積的耗能不能超過(guò)7升柴油/年，他們把這個(gè)叫做“7升房”。目前，德國(guó)的建筑水平可以達(dá)到3升柴油/年。中國(guó)的一些老房子，可能每平方米20升柴油/年都不止。因此，我國(guó)在這方面如果能有所進(jìn)步，相應(yīng)的二氧化碳排放量就可以有很大的下降。這方面的市場(chǎng)商機(jī)也很大，萬(wàn)通就在生產(chǎn)泡沫材料，之后新建的建筑將會(huì)使用泡沫材料作為隔熱層。因?yàn)榕菽牧喜粚?dǎo)熱，室內(nèi)的溫度不容易受到室外影響，也就是冬暖夏涼。未來(lái)的建筑表面還可以設(shè)置光伏發(fā)電材料，真正實(shí)現(xiàn)建筑物的用電自給自足。在這方面國(guó)外的一些成功經(jīng)驗(yàn)，我們都可以參考學(xué)習(xí)。

最后一點(diǎn)就是全民參與。聯(lián)合國(guó)早就提出了全民參與的概念，環(huán)境與我們每個(gè)人都有關(guān)系，因此大家都需要節(jié)能。聯(lián)合國(guó)發(fā)布過(guò)一個(gè)核算表，里面列出的很多數(shù)據(jù)很有意思，比如洗完衣服不甩干，而是自然晾干，每人每天就可以少排放2.3公斤的二氧化碳；不使用白熾燈，而使用熒光燈或LED燈；到室外慢跑而不使用跑步機(jī)……我說(shuō)這些就是想說(shuō)明，低碳環(huán)保需要全民參與，我們生活中每一個(gè)細(xì)節(jié)的改變都有助于減排。

所以，將來(lái)中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和，會(huì)有幾個(gè)時(shí)代的變化。

第一，我國(guó)要把工業(yè)化時(shí)代，變成信息化時(shí)代，這是需要全民參加的。信息化時(shí)代、智能化時(shí)代、數(shù)字化時(shí)代，這種時(shí)代的變革會(huì)同時(shí)發(fā)生。

第二，目前的“化石能源時(shí)代”，將會(huì)變成“可再生能源時(shí)代”，這不是說(shuō)我們的化石能源已經(jīng)用完了，而是發(fā)展帶來(lái)的變化，就好像石器時(shí)代發(fā)展到青銅時(shí)代，也不是因?yàn)槭^用完了，而是因?yàn)橛辛藷掋~技術(shù)。我們現(xiàn)在已經(jīng)擁有了技術(shù)，那么時(shí)代的更迭就是必然的，這是很了不起的變化。當(dāng)然，我還沒(méi)提到核能，如果核聚變能源能投入使用，那我們之前說(shuō)的那些新能源都不算什么了，就要完全變成“核能時(shí)代”了。

第三，“化石燃料時(shí)代”變成“化石材料時(shí)代”，我國(guó)要把這些化石資源進(jìn)行更加科學(xué)合理的應(yīng)用。

第四，就是進(jìn)入到“循環(huán)經(jīng)濟(jì)時(shí)代”。

只有真正實(shí)現(xiàn)了這四個(gè)時(shí)代的變遷，才能真正做到碳中和。

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