诺奖得主朱棣文：这个领域至关重要，也将诞生很多个诺奖

中国科学院外籍院士、原美国能源部部长朱棣文

“在应对气候危机的过程中，还会诞生很多诺贝尔奖。”诺奖得主朱棣文（Steven Chu)在回答《知识分子》提问时表示。

朱棣文现年77岁，依然精神矍铄地活跃在科研一线。2025年7月15日，到北京参加国际基础科学大会的他，还在中国科学院高能物理研究所做了一场题为《实现温室气体净零排放的关键挑战》的报告。[1] 在他看来，很多人对未来五十年、一百年的气候风险缺乏感知，更多的技术解决方案值得被探索。

朱棣文是1997年诺贝尔物理学奖得主、第12任美国能源部部长（2009-2013）、美国科学院院士、中国科学院外籍院士。目前，他还在斯坦福大学担任教授，以及能源政策研究所高级研究员的职务，继续致力于能源转型、气候变化、可持续农业等前沿课题。

由于积极参与政策制定与技术落地，朱棣文被誉为“从实验室走向全球行动”的科学家代表。最近，他和美中绿色能源促进会会长王麒博士还在《Frontiers in Energy》杂志发表了一篇综述文章《气候变化与通往更可持续未来的创新路径》(Climate change and innovative paths to a more sustainable future)。[2]

朱棣文在报告现场展示全球温度曲线时，指出了一个令人心惊的细节：即使今天人类立刻停止所有温室气体排放，在大气中已新增温室气体的影响下，地球仍将在未来50年持续变暖。这主要是因为海洋吸收了90%的额外热量，而海洋的平均深度超过2公里，表层吸收的热量需要上百年才能与深层的低温混合，以持续稳定地表温度。

根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的报告，自工业革命以来，全球平均温度已上升1.1℃。[3] 朱棣文和王麒在上述综述文章中还提到，从公元1年到2020年，大气中二氧化碳浓度从280ppm飙升至415ppm。甲烷和氧化亚氮在过去几十年的浓度同步陡增，而甲烷的温室效应是二氧化碳的84倍，氧化亚氮为300倍。

朱棣文认为，需启动以清洁能源为动力的“第四次工业革命”和“第四次农业革命”。他重点关注了储能技术、海水提锂、分布式能源和合成生物学等新兴技术。

随着能源转型的推进，太阳能和风能在过去十年中实现了显著的成本下降和技术进步，但其“间歇性”“波动性”的特质仍然给电力系统的稳定运行带来了挑战。

美国加利福尼亚州就是一个典型案例。目前该州约60%的电力来自无碳能源，以太阳能为主。这种结构虽然在白天发电充足，甚至电价接近于零，但到了太阳落山的时候，供需就会出现错配。中午电力过剩时被迫弃电，傍晚却出现用电高峰与供电不足的矛盾。

储能技术正是实现可再生能源大规模应用的一个关键。目前，全球约95%的电力储能依赖抽水蓄能，即利用多余电力将水抽至高位水库，再在用电高峰时开闸放水发电。现阶段，中国在这一领域处于领先地位：2023年全国抽水蓄能容量达50.94吉瓦，预计在2030年扩至270吉瓦，超过全球其他国家总和。[2]

区别于物理储能抽水蓄能，化学储能也在近年得到发展。其中，锂离子电池的能量密度在不断提高的同时，成本从2000年的2000多美元/千瓦时下降至2020年的100美元/千瓦时，预计2030年可降至50美元。尤其是随着镍和钴等金属价格上涨，磷酸铁锂电池因其成本低、资源稳定而受到青睐。

但朱棣文认为，真正的问题不在资源本身，而在资源开采与提炼过程中对环境造成的污染。

目前最常见的锂开采方式是从地下抽取高盐度的卤水，蒸发成浓缩盐液，再通过化学方法提取出锂。这种方式虽然看起来成本不高，但极其污染环境。朱棣文指出，每次从地下抽取液体之后，除了锂，还会带出一些不受欢迎的重金属，比如镉、砷等，甚至可能夹带微量放射性物质。

此外，由于淡水会不断向下渗透去填补抽取液体的空间，长期大量抽取地下卤水还会引发淡水资源的流失，从而导致地下水位下降，最终影响农业灌溉、生态系统，甚至威胁居民的用水安全。尤其是在干旱、生态脆弱的地区，大规模的锂矿开发很容易引发以水资源为主的生态冲突。

于是，越来越多的科研人员和企业开始探索精准提取锂的方法，例如，从地热盐水中精准提取锂，再将其他成分的盐水原样注回地下。朱棣文所在的实验室已经实现从海水中精准提取锂，虽然这项技术目前还面临经济成本的挑战，但为未来提供了更多可能性。

储能的另一条路径是将可再生能源等转化为氢气、甲烷、氨或甲醇等化学能载体。氢能被许多人寄予厚望，不同的制氢方式被赋予了不同的“颜色”标签——灰氢、蓝氢、绿氢等，但这些制氢方式面临着无法彻底消除污染，或高成本、运输困难等挑战。

朱棣文在报告中提及了白氢，这是一种在自然界中天然生成的氢气资源。“通过将富含铁和镁的岩石（通常在地幔中发现）与水发生反应，将有可能开采氢。”朱棣文说，有一些公司已在考虑商氢气的商业化开采。

除了储能技术路线，朱棣文还强调了分布式能源，以及屋顶光伏、家用储能、电动汽车等分散的资源通过虚拟电厂进行整合的潜力。虚拟电厂指的是经控制和聚合后向电网提供服务的配电侧资源，在中国苏州等多个城市已探索落地。[4]（见知识分子推文：这座用电量全国第二的城市，兴起了“看不见的电厂”） 美国计划2030年将虚拟电厂容量扩至80-160吉瓦，相当于少建160座火电厂。[1] 

在中国，新型充电桩与电网的互动模式，能够利用午间过剩电力充电，傍晚再放电，既降低用电成本，又稳定电网负荷。

基于上述技术，朱棣文认为未来的电网应该像一个“能量智能分发系统”，包括多元化储能技术的协同运行。“真正的能源转型不能只靠发电端的清洁，更要在系统层面解决‘什么时候用、怎么用’的问题。”他在论文中说。

除了能源系统，朱棣文还在报告现场指出，全球人口将从80亿增至110亿，农业减排的需求也愈发强烈。全球20%-30%的温室气体来自农业，而农业减排的核心是摆脱氮肥。

朱棣文所在的斯坦福实验室已经开发出“基因批量插入”技术：一次可向土壤微生物插入10个基因，让其与玉米、小麦等作物形成共生关系，按需供氮，最终减少氮肥的使用。“这就像给庄稼配了专属营养师，”他解释道。

目前，该技术已在玉米上试验成功，若推广主要粮食作物，可减少75%的氧化亚氮排放。此外，朱棣文提到，作物的非食用部分可在压缩脱水处理后封存，进而有望在每年多减少10-20亿吨二氧化碳。[2]

人工智能（AI）在温室气体净零革命中的角色同样备受关注，具有优化电网调度、预测风光发电量、加速新材料研发等应用潜力。

但朱棣文提醒，AI自身就是“用电大户”。根据谷歌2022年的报告，在过去三年，机器学习约占该公司在这段时间内总能源使用的15%。[5]因此，AI也需考虑减排措施，例如，用零碳电力驱动数据中心，并回收废热。

“4岁小孩学三种语言仅需70瓦能量，可比AI高效得多。”他在现场暗示了AI的节能挑战。

在当日报告现场的问答环节中，朱棣文回答了《知识分子》关于如何平衡能源安全与减排目标的提问。

朱棣文指出，尤其在俄乌战争爆发后，能源安全表现出优先于长期减排目标的趋势。他说，“人类总是更关注眼前的危机，比如战争、通货膨胀，而对未来五十年、一百年的气候风险缺乏感知。在这种情况下，与其指望政治意愿，不如推动更好的技术解决方案。如果清洁能源技术本身更便宜、更好用，人们自然就会选择它，无需政策强推。”

他举例道，在中国，电动车如果能在没有补贴的前提下就比燃油车便宜，同时还能在充电站储能、避免光伏发电浪费，就是对于减排极具吸引力的方案。他认为，解决方法从来不是单项的技术突破，而是多个方案的融合。“我相信，在未来应对气候危机的过程中，还会诞生很多诺贝尔奖。”

减排和每个人息息相关，朱棣文强调“思维转型”是关键。他呼吁公众从“回收”转向“再利用”。

他举例说，“与其回收塑料瓶，不如用可重复使用的杯子，”再比如，“建筑不应50年就拆除，而该像紫禁城那样屹立600年。”他认为木质建筑是良策。这是因为压缩后的木材强度高，且防火性优于钢材，既储碳又耐用。

另外，社会对于“财富”的定义也需要重构。朱棣文说，“GDP不应靠拆旧建新拉动。”他认为，真正的繁荣不是物质消耗的堆砌，而应当是“安全的社区、健康的晚年，和清洁的环境”。

“正如泰坦尼克号，大船转向需60-80年，气候行动也是如此。”

在报告的结尾，朱棣文总结称，即使现在全力减排，也要数十年才能见效，但只要方向正确，仍然能避免那个糟糕的结局。“应对气候危机，需要科学家的创新，更需要每个人的行动，因为这不是别人的未来，而是我们自己的。”

参考文献：

[1] https://weibo.com/5541188250/5187353301223536

[2] https://doi.org/10.1007/s11708-024-0965-1

[3]https://www.un.org/zh/global-issues/climate-change

[4] https://mp.weixin.qq.com/s/WuL948nqm2qNAOyPtkYsPg

[5]https://research.google/blog/good-news-about-the-carbon-footprint-of-machine-learning-training/

文章来源：知识分子公众号

https://mp.weixin.qq.com/s/oMtJfVGv77L-L7jKGAiSMg