諾獎得主朱棣文：這個領域至關重要，也將誕生很多個諾獎

7.25‍‍‍‍‍‍‍

知識分子

The Intellectual

中國科學院外籍院士、原美國能源部部長朱棣文

撰文 | Elena 戴晶晶

責編 | 戴晶晶

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“在應對氣候危機的過程中，還會誕生很多諾貝爾獎。”諾獎得主朱棣文（Steven Chu）在回答《知識分子》提問時表示。

朱棣文現年77歲，依然精神矍鑠地活躍在科研一線。2025年7月15日，到北京參加國際基礎科學大會的他，還在中國科學院高能物理研究所做了一場題為《實現溫室氣體淨零排放的關鍵挑戰》的報告。[1] 在他看來，很多人對未來五十年、一百年的氣候風險缺乏感知，更多的技術解決方案值得被探索。

朱棣文是1997年諾貝爾物理學獎得主、第12任美國能源部部長（2009-2013）、美國科學院院士、中國科學院外籍院士。目前，他還在斯坦福大學擔任教授，以及能源政策研究所高階研究員的職務，繼續致力於能源轉型、氣候變化、可持續農業等前沿課題。

由於積極參與政策制定與技術落地，朱棣文被譽為“從實驗室走向全球行動”的科學家代表。最近，他和美中綠色能源促進會會長王麒博士還在《Frontiers in Energy》雜誌發表了一篇綜述文章《氣候變化與通往更可持續未來的創新路徑》(Climate change and innovative paths to a more sustainable future)。[2]

朱棣文在報告現場展示全球溫度曲線時，指出了一個令人心驚的細節：即使今天人類立刻停止所有溫室氣體排放，在大氣中已新增溫室氣體的影響下，地球仍將在未來50年持續變暖。這主要是因為海洋吸收了90%的額外熱量，而海洋的平均深度超過2公里，表層吸收的熱量需要上百年才能與深層的低溫混合，以持續穩定地表溫度。

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）釋出的報告，自工業革命以來，全球平均溫度已上升1.1℃。[3] 朱棣文和王麒在上述綜述文章中還提到，從公元1年到2020年，大氣中二氧化碳濃度從280ppm飆升至415ppm。甲烷和氧化亞氮在過去幾十年的濃度同步陡增，而甲烷的溫室效應是二氧化碳的84倍，氧化亞氮為300倍。

朱棣文認為，需啟動以清潔能源為動力的“第四次工業革命”和“第四次農業革命”。他重點關注了儲能技術、海水提鋰、分散式能源和合成生物學等新興技術。

隨著能源轉型的推進，太陽能和風能在過去十年中實現了顯著的成本下降和技術進步，但其“間歇性”“波動性”的特質仍然給電力系統的穩定執行帶來了挑戰。

美國加利福尼亞州就是一個典型案例。目前該州約60%的電力來自無碳能源，以太陽能為主。這種結構雖然在白天發電充足，甚至電價接近於零，但到了太陽落山的時候，供需就會出現錯配。中午電力過剩時被迫棄電，傍晚卻出現用電高峰與供電不足的矛盾。

儲能技術正是實現可再生能源大規模應用的一個關鍵。目前，全球約95%的電力儲能依賴抽水蓄能，即利用多餘電力將水抽至高位水庫，再在用電高峰時開閘放水發電。現階段，中國在這一領域處於領先地位：2023年全國抽水蓄能容量達50.94吉瓦，預計在2030年擴至270吉瓦，超過全球其他國家總和。[2]

區別於物理儲能抽水蓄能，化學儲能也在近年得到發展。其中，鋰離子電池的能量密度在不斷提高的同時，成本從2000年的2000多美元/千瓦時下降至2020年的100美元/千瓦時，預計2030年可降至50美元。尤其是隨著鎳和鈷等金屬價格上漲，磷酸鐵鋰電池因其成本低、資源穩定而受到青睞。

但朱棣文認為，真正的問題不在資源本身，而在資源開採與提煉過程中對環境造成的汙染。

目前最常見的鋰開採方式是從地下抽取高鹽度的滷水，蒸發成濃縮鹽液，再透過化學方法提取出鋰。這種方式雖然看起來成本不高，但極其汙染環境。朱棣文指出，每次從地下抽取液體之後，除了鋰，還會帶出一些不受歡迎的重金屬，比如鎘、砷等，甚至可能夾帶微量放射性物質。

此外，由於淡水會不斷向下滲透去填補抽取液體的空間，長期大量抽取地下滷水還會引發淡水資源的流失，從而導致地下水位下降，最終影響農業灌溉、生態系統，甚至威脅居民的用水安全。尤其是在乾旱、生態脆弱的地區，大規模的鋰礦開發很容易引發以水資源為主的生態衝突。

於是，越來越多的科研人員和企業開始探索精準提取鋰的方法，例如，從地熱鹽水中精準提取鋰，再將其他成分的鹽水原樣注回地下。朱棣文所在的實驗室已經實現從海水中精準提取鋰，雖然這項技術目前還面臨經濟成本的挑戰，但為未來提供了更多可能性。

儲能的另一條路徑是將可再生能源等轉化為氫氣、甲烷、氨或甲醇等化學能載體。氫能被許多人寄予厚望，不同的制氫方式被賦予了不同的“顏色”標籤——灰氫、藍氫、綠氫等，但這些制氫方式面臨著無法徹底消除汙染，或高成本、運輸困難等挑戰。

朱棣文在報告中提及了白氫，這是一種在自然界中天然生成的氫氣資源。“透過將富含鐵和鎂的岩石（通常在地幔中發現）與水發生反應，將有可能開採氫。”朱棣文說，有一些公司已在考慮商氫氣的商業化開採。

除了儲能技術路線，朱棣文還強調了分散式能源，以及屋頂光伏、家用儲能、電動汽車等分散的資源透過虛擬電廠進行整合的潛力。虛擬電廠指的是經控制和聚合後向電網提供服務的配電側資源，在中國蘇州等多個城市已探索落地。[4]（見知識分子推文：這座用電量全國第二的城市，興起了“看不見的電廠”）美國計劃2030年將虛擬電廠容量擴至80-160吉瓦，相當於少建160座火電廠。[1]

在中國，新型充電樁與電網的互動模式，能夠利用午間過剩電力充電，傍晚再放電，既降低用電成本，又穩定電網負荷。

基於上述技術，朱棣文認為未來的電網應該像一個“能量智慧分發系統”，包括多元化儲能技術的協同執行。“真正的能源轉型不能只靠發電端的清潔，更要在系統層面解決‘什麼時候用、怎麼用’的問題。”他在論文中說。

除了能源系統，朱棣文還在報告現場指出，全球人口將從80億增至110億，農業減排的需求也愈發強烈。全球20%-30%的溫室氣體來自農業，而農業減排的核心是擺脫氮肥。

朱棣文所在的斯坦福實驗室已經開發出“基因批次插入”技術：一次可向土壤微生物插入10個基因，讓其與玉米、小麥等作物形成共生關係，按需供氮，最終減少氮肥的使用。“這就像給莊稼配了專屬營養師，”他解釋道。

目前，該技術已在玉米上試驗成功，若推廣主要糧食作物，可減少75%的氧化亞氮排放。此外，朱棣文提到，作物的非食用部分可在壓縮脫水處理後封存，進而有望在每年多減少10-20億噸二氧化碳。[2]

人工智慧（AI）在溫室氣體淨零革命中的角色同樣備受關注，具有最佳化電網排程、預測風光發電量、加速新材料研發等應用潛力。

但朱棣文提醒，AI自身就是“用電大戶”。根據谷歌2022年的報告，在過去三年，機器學習約佔該公司在這段時間內總能源使用的15%。[5]因此，AI也需考慮減排措施，例如，用零碳電力驅動資料中心，並回收廢熱。

“4歲小孩學三種語言僅需70瓦能量，可比AI高效得多。”他在現場暗示了AI的節能挑戰。

在當日報告現場的問答環節中，朱棣文回答了《知識分子》關於如何平衡能源安全與減排目標的提問。

朱棣文指出，尤其在俄烏戰爭爆發後，能源安全表現出優先於長期減排目標的趨勢。他說，“人類總是更關注眼前的危機，比如戰爭、通貨膨脹，而對未來五十年、一百年的氣候風險缺乏感知。在這種情況下，與其指望政治意願，不如推動更好的技術解決方案。如果清潔能源技術本身更便宜、更好用，人們自然就會選擇它，無需政策強推。”