薛其坤：下一个颠覆性技术将是太阳能的高效和可持续循环利用
发布日期：2021/3/24
中国发展高层论坛2021年会将于3月20至22日在北京钓鱼台国宾馆线上线下同步举行。本届论坛主题为“迈上现代化新征程的中国”。
2021年3月20日，中国发展高层论坛经济峰会全体会上，薛其坤在“下一个颠覆性创新”环节发表演讲，以下为演讲全文。
南方科技大学校长 中国科学院院士薛其坤
今天我想跟大家分享一个我作为物理学家长期思考的问题、一个关于未来的问题——太阳能的高效利用和可持续循环是不是一个可能的、终极性的颠覆性技术？这是一个非常宏大的问题，我用了一个不恰当的问号。
化石能源或将在50年内耗尽
我们生活的太阳系大家都很熟悉，太阳上发生了什么？太阳上每天每时每刻都在进行氢的同位素氘和氚的聚变，这一聚变产生了巨大的能量，每一公斤的氢产生的能量相当于一万吨煤，每天照到我们地球表面上的太阳能达到了每秒五六万吨煤的水平。
马斯克先生未来要“登火星”，火星从太阳上得到的能量可能不到地球的一半，所以从这个角度说，未来的地球人比未来的火星人更加幸福。这些太阳能造就了地球上的万物，植物、动物经过长达几亿年的演化又造就了我们今天的化石能源，如煤、天然气、石油等。
以石油为例，石油成期的年龄是3亿—4亿年，这是一种不可再生能源，用完了就没了。人类在过去250多年的时间里经历了三次工业革命，这三次工业革命的共同特点就是这些来自太阳的化石能源的开采和利用。如果没有这些化石能源，我们今天看到的所有高新技术都不存在，所以我们应该感谢地球。
根据BP去年的统计数据，经过三次工业革命，我们地球上既成的能源已经寥寥无几。可以预计，按照目前的发展水平和用量，石油和天然气在五十年以内将会用光。
也就是说，尽管三次工业革命为我们造就了巨大的现代化产业，给我们创造了美好的生活，但是我们把祖宗留下来的东西几乎快用光了，半个世纪后可能就没了。所以，50年以后，如果这些化石能源用光了，我们现在的技术还存在吗？没有油飞机还能飞吗？轮船还能行驶吗？
基于太阳能高效利用实现“可持续循环”
对上述问题，马斯克先生提供了部分答案，那就是电动汽车的发展，中国也有很多像比亚迪这样的企业在做这些事，这是解决问题的方案之一。
我们再想象更远一点的一百年之后，我们这几代不能把地球上所有的化石能源用光，应该给子孙后代留一部分，但是为了保持目前的工业发展水平和高科技，唯一的答案就是开发用之不竭的太阳能，所以下一个颠覆性技术，就是基于太阳能光电效应的太阳能高效利用和可持续循环。
什么叫可持续循环？
我的定义就是在基本不使用化石能源的情况下，包括太阳能电池在内的清洁能源能保证三次工业革命造就的主要核心技术能被持续运用，飞机还能继续飞，汽车还能继续跑。
为了做到这一点，我们不仅要有利用太阳能的太阳能电池，还需要能把能量储存起来的配套技术，使其使用像化石能源一样方便，我们想用的时候就可以到电池或储能器取，就像我们想用煤的时候就挖一样。
未来能源是氢能
还有一个问题，生产水泥、钢铁需要大量的电，建造大楼、高速公路、飞机、轮船也需要大功率的电。当50年以后我们不使用石油天然气了，这些电从哪里来？也是用太阳能电池吗？发动机用的燃料是什么？
一个最科学的回答是氢气，用氢气代替煤、石油、天然气，将来的飞机就是氢气飞机，天然气管道全换成氢气管道，氢气和氧气生成水，既高效又干净、清洁。
那么如何得到氢气呢？
还是要回到太阳，把光用最高效率的太阳能电池收集起来变成电，用最好的储能技术变成像化石能源一样随时可用的方便技术，然后用这些电源源不断地把水分解变成氢气。
电池材料中，现在转化率最高的砷化镓达到了47%。人类能制造出价格、寿命能与镍、锂、硅电池匹敌但效率能与砷化镓电池匹敌的太阳能电池吗？要使其从目前27%的转化率提升到40%甚至更高，需要材料科学、量子科学等方面通过长期科学研究来回答这个问题。
下一次工业革命——也许是下下一次工业革命——将是什么？就是在基本上不消耗化学能源的前提下，把我们前三次工业革命主要的技术进一步完善并全球普及。
这个判断是基于一个科学家和物理学家的判断，因为现在的科学规律只能这样，除非有像量子力学这样的技术产生以后打破现有的科学框架，我们才可能有新的答案。因此我想这是基于现在的科学认知水平，我们能想象到的下一次工业革命的样子。
大家知道，自然界的基本规律是大道至简，人类社会的发展也是大道至简，按照热力学的物理学规律，任何能源的使用过程都会造成浪费和二氧化碳的污染，所以我们还是要回归初心，从最基本的爱因斯坦的质能关系出发，从核聚变出发，回到太阳，利用地球上最简单的元素氢发展最清洁、最有效、最长久的太阳能光电制氢氢能技术。
人类社会能花两百年的时间搞三次工业革命，为什么不能花一百年的时间把这个路线彻底走通？我希望全球的科学家、工程师、企业家联合起来，通过30—50年，甚至100年的科技创新，在化石能源彻底消耗殆尽之前完成这一使命，保障地球的美好发展。
习近平总书记在去年9月份代表中国做出了一个承诺——2060年实现碳中和。拜登总统上任以后也代表美国宣布在2050年实现碳中和。
我想今天提到这样一个大家可能都知道的颠覆性技术，有可能为实现这些目标提供最佳的答案，有了这个答案我们人类就会构建一个非常美好的命运共同体。
让我们全世界的政府、科学家，以及像埃隆·马斯克这样的著名企业家一起努力，让Space X未来的火箭用上最干净的氢能，把我们送到地球之外甚至更遥远的地方。
谢谢大家！
来源：中国发展高层论坛
