9月23日，复旦大学EMBA前沿科学讲座在管理学院史带楼502教室举行，中科院院士、世界科学院院士、复旦大学先进材料室主任赵东元教授作为特邀嘉宾，引领EMBA同学们由纳米材料的微观世界，开启了一场展望未来能源的科技之旅。

赵东元教授是国家杰出青年基金获得者，国家自然科学基金委创新研究群体首席科学家，复旦大学先进材料实验室主任、复旦大学校学术委员会主席。主要从事介孔分子筛的合成和结构研究，发明了20余种以复旦大学命名的介孔材料。在Science、Nature等发表SCI论文600余篇，撰写专著2部，被ISI Web of Science列为近十年100名引用率最高的化学家之一，被汤森路透社列为全球2011-2016化学、材料两个领域高被引科学家；也被列为最具国际影响力的中国科学家。

以能源革新，“催化”美好世界

能源危机真的来了？

能源与人类社会发展息息相关。它是现代社会的动力和源泉，是人类活动的物质基础，更是现代社会经济发展的重要支柱。人们生活水平的提高以及人口扩张都伴随着能源的发展，能源的重要性可见一斑。

能源的历史发展悠久，经历了煤炭为主、油气为主的阶段，如今正逐步从化石能源为主向非化石能源转型。世界上主要的能源消耗由石油、煤炭、天然气、水能、核能以及其他可再生能源构成，其中石油、煤炭、天然气这些化石能源占80%左右，可再生能源的比例虽呈增长势头，但现阶段难以成为主体能源。因此能源消耗主要依赖的仍是化石能源，由此带来种种问题，引发危机。

能源带来的危机包括：一，供不应求，能源短缺。虽然化石能源的探明储量逐步增加，但世界各国分布不均、开采费用差异较大，社会对能源的需求却越来越高，不少国家为了争夺能源发动战争，带来极大破坏。二，全球变暖，冰川消融，污染横生。一方面，化石能源消耗产生碳排放，二氧化碳约80%都来源于能源消耗，二氧化碳排放量增加，致使全球变暖，使得北极冰川消融；另一方面，化石能源消耗生成其他气体，污染空气，并造成酸雨现象。这些危机对中国而言更为严峻。中国缺油少气，对煤炭的依存度非常高，但人均能源资源拥有量低下，因此能源主要来源于进口。由此带来石油进口量逐年增加、二氧化碳排放量世界第一、大范围雾霾污染严重等后果。

这些情况不禁令人开始担忧：是否能源危机的时代真的到来？

未来能源革命的方向是什么？

日益凸显的能源危机给人们敲响了警钟，一些人开始思考未来能源发展的方向，寻求更多可再生能源，在追求现代化的同时努力改变能源结构。

可再生能源，即被人类开发利用后可以继续利用的资源，或短时期内可以再生，或可以循环使用的自然资源，例如来自大自然的太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、潮汐能等，具有不影响环境、持续性的特征，是用以替代化石能源的新型能源。当前，可再生能源在能源结构中所占比例呈增长势头，说明人们越来越关注新能源及其技术的发现和使用。

未来世界能源的发展主要有三个趋势：

一，能源需求不断增加，但速率放缓。当需求上升到峰值之后就会进入缓慢发展期。

二，可再生能源比例增加。目前可再生能源占比较小，但未来其比重将越来越大。

三，碳排放不断降低。碳排放量主要来源于化石能源，若可再生能源替代了化石能源的消耗，那么碳的排放自然会减少。在整个大趋势下，各国有自己独特的能源发展侧重点，例如美国注重非常规油—天然气油，欧洲强调可再生能源，德国关闭核电、重点发展风和光能，法国以核电为主，巴西注重生物质能等等。

总体而言，未来能源革命将向着绿色、低碳、循环发展，其中能源消费革命将由粗放、低效转向节约、高效；能源生产革命则将由黑色、高碳转向绿色、低碳；能源体制革命提供保障；能源技术革命给予支撑，向着智能化、电气化、低碳化、高效化的方向发展。旨在最终建立一个由非化石能源引领的绿色、低碳能源体系，促进全球可持续发展。

让世界更美好的催化剂

可再生能源发展的过程并非一帆风顺，存在着一些问题需要借助科技手段予以解决，化学材料创制与利用就是有效途径之一。

一方面，利用化学新材料促进可再生能源的转化与利用，是一个重要的探索命题。例如太阳能将光热转化为电力的过程中，可使用纳米材料来提升热电转化系数；有的生物质能（如木质纤维素）难以转化，但新型纳米催化材料的开发，极大地提高其转化成燃料的效率。因此，使用化学科技手段，可提高能源转化的概率和效率。

另一方面，可再生能源仍处于发展初期，不能成为主体能源。我们将处于并长期处于对一次化石能源的依赖中，其高效清洁利用是必然的。所以我们需要借助科学技术的力量，研发新材料，主要包括催化材料以及纳米材料，提升化石能源的利用率。催化剂几乎遍及了整个化学反应的领域，其作用是加快化学反应的速率。催化剂可大幅度提高催化活动，提高石油的转化率，带动炼油工业的革命，并产生巨大的经济效益。

而纳米材料是指在任何一维方向上，尺寸在1~100 nm的材料，它具有不寻常的物理化学性质，可产生小尺寸效应、表面与界面效应、量子效应以及宏观量子隧道效应。其性能强烈地依赖于纳米粒子的尺寸、形状和组装方式。所谓的纳米技术，就是在纳米尺寸上对客观物质进行研究处理的技术，即在分子、原子水平上操纵物质，制造新物质的技术。随着人们对微观领域的研究和认识的深入，纳米科学和技术成为最有希望取得突破性进展的领域与科学。

由此可见，化学本身就是一种能够让世界更美好的催化剂。

问答互动：

提问1：新能源里面，核电、风电、光电等，哪几个方向您比较看好? 

赵东元：一定是因地制宜，刚才我讲的观点就是能源多样化。不同的地区有不同的资源优势，每个国家的情况也都不一样。好比我国在西部能够利用风力和太阳能发电，但在东部就没有那么有效。当然，每种能源本身都有各自的局限。如风能，有时候有风，有时候没风；太阳能也一样，即使效率极其高，但白天有，晚上没有，并且太阳能的能量密度偏低。在国际上，德国关闭核电、重点发展风和光能，法国以核电为主，美国注重非常规天然气油，巴西注重生物质能等等，都是结合自身特色侧重发展主力能源。

提问2：刚才谈到能量的储存，在目前大家比较关心的汽车电池领域会有怎么样的突破？

赵东元：我对新能源汽车寄予厚望，这肯定势在必行。目前汽车烧气、烧油，最简单、最便宜，但是势必带来污染。对新能源汽车而言，需要突破的最大问题还是电池材料的寿命、容量等。

提问3：如何评价核电的安全性？

赵东元：个人认为没有问题。近年来中国核电得到突飞猛进的发展，目前已经到了饱和阶段，发展瓶颈是缺乏核原料，需要从其他国家进口。把这个问题解决了，核电应该是很安全。

提问4：在采集可燃冰方面有没有一些技术突破？

赵东元：目前中国技术还不行，只是发现可以通过技术手段采集可燃冰。我国海上有很多可燃冰，一旦我们有技术，能够便宜、安全地采集可燃冰，我相信这个将是一场革命。现在裸露的可燃冰非常少见，更多的都是藏在里面。

提问5：我参与了宁夏煤制油项目，从技术和经济角度怎么看这个项目转化路径？

赵东元：这个项目叫做费托合成，通过一氧化碳加氢做成油，目前上了5000吨的规模。走这条路线是煤的清洁利用。中国费托合成技术目前居于世界领先，远超南非和美国这些国家，但问题也非常多。从经济上讲，他们还不可能挣钱，因为油价太低了。沙特为了打击其他邻国，油价降下来再回不去。去过沙特就知道，加油站多少钱一升吗？几美分一升，人民币4毛多钱一升。你想水多少钱，再便宜中国也得一块钱一瓶饮用水。我跟这个项目的负责人测算过，一桶油超过100美金才能挣钱，现在一桶油只有30美金。

提问6：您研究的纳米材料目前在应用推广方面遇到有哪些问题？

赵东元：纳米材料比如碳纳米管，现在不是普通的生产问题，而是量产问题，因为价钱高昂。你知道中国华为这些大的公司，所谓的“纳米材料”产品，也只不过是添加一点点纳米材料如石墨烯而已，因为价格它受不了。作为一个科学家，我倡导大家在做科技研发时，先别去想有什么用，要搞清楚科学规律和科学原理。霍金想的黑洞有什么用？但是很伟大。爱因斯坦想时空变换有什么用？到现在可能也没有用，但没人质疑爱因斯坦的伟大。我们需要准备的是超前的知识和意识，这些会指引你改变世界。