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2007诺贝尔奖获得者北京论坛——能源与环境学术论坛(三)

  “诺贝尔奖获得者北京论坛”是由北京市人民政府主办的世界顶级学者共同参与的高水平国际学术交流活动,此次来京的诺贝尔奖得主们又将开辟一个全新的研讨领域:在“人类的和谐与发展”的永久性主题之下,本届论坛年度主题确定为“能源与环境”。

从太阳能、臭氧层一直到纳米技术,与会的多位在物理学、化学方面建树卓著的科学家将与听众一同分享他们最前沿的学术成果,同时也将为北京全面构筑资源节约型、环境友好型城市添一臂之力。

  本场嘉宾:

  中国科学院过程工程研究所院士李洪钟

  加拿大不列颠哥伦比亚大学教授约翰·格雷斯

  中国科学院广州能源所所长吴创之

  中国科学院过程工程研究所院士张懿

  北京师范大学经济与资源管理研究员院长李晓西

  美国哥伦比亚大学教授埃德蒙·菲尔普斯

  中国科学院化学所研究所长万立骏

  美国加利福尼亚大学教授鲁道夫·马库斯

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所崔平

  美国佛罗里达大学教授哈罗德·克罗托

  (14:04)主持人(中国科学院过程工程研究所院士李洪钟):尊敬的各位贵宾,女士们,先生们,下午好!我叫李洪钟,是中国科学院过程工程研究所院士,我从事的专业是化学工程。演讲嘉宾是来自加拿大不列颠哥伦比亚大学教授约翰·格雷斯,先看一个有关他的短片。

  (14:07)主持人:他演讲的题目是《利用钙吸附剂浓缩二氧化碳的循环过程作为温室气体封存的关键步骤》,下面请约翰·格雷斯教授给我们做演讲。

  (14:08)约翰·格雷斯:非常感谢李洪钟研究员,今天非常高兴有机会能够在北京论坛发言。今天我讲的课题是跟全球变暖有关,但是目前没有谈到很多有关这个课题的情况。大家都听到很多有关全球变暖的情况,很多发言人提到气候变化的方方面面。从一个加拿大人方面这是特别严峻的问题,因为它不仅是全球性的问题,对某些国家来说影响更大,特别是靠近极地的国家,北极的冰川正在消溶,这对我们是一个威胁。形势的变化的速度也非常快,而且也非常危险。

  (14:09)约翰·格雷斯:一些极端的气侯在很多国家都出现,包括中国、希腊、澳大利亚,比如说澳大利亚出现严重的旱灾等等。当然冰川也在消溶,这是各个国家都受到影响的一个现象。有一些解决方案是长期,比如说我们听到的太阳能,有一些是近期的解决方案,大家也听到一些有关的演讲是关于这个问题的。同时我们应该下大力气开发一些长期的解决方案,这是战略方面的。

  (14:11)约翰·格雷斯:在加拿大所释放的所有的温室气体中有77%是二氧化碳,12%的甲烷,10%的二氧化氮,还有一些其他的气体也造成温室气体排放的组成部分。加拿大要想为微气候变化的缓解做出贡献,就必须做出更大的努力,这是因为在加拿大气侯比较寒冷,领土比较广阔,以人均来说我们是世界上能源最大的消费国,也是温室气体制造国。

  (14:13)约翰·格雷斯:当然要想减少二氧化碳的排放我们可以采取一些措施,我在这里列出一些措施,有一些是技术性的措施,有一些是非技术性的步骤,所有这些步骤都是需要的。如果我们想要解决非常严重的问题,怎么节约能源?比如减少消费需求,同时采取技术性的措施,改进技术设计,提高能效,我们必须更好地使用可再生能源,特别是太阳能、风能,潮汐能。同时提高废弃物的利用率。

  (14:14)约翰·格雷斯:今天在我的演讲当中主要谈到的问题还有其他的办法来捕捉二氧化碳和封存二氧化碳。要进行二氧化碳的捕捉和封存,实际上占70%的成本都是来自如何聚集二氧化碳,一旦能够实现二氧化碳顺利的聚集,后面的步骤相对来说就会容易很多。如何尽可能地聚集更高纯度的二氧化碳就是很大的问题。现在有一个ZECA循环技术,有一些人说这是很好的在燃烧煤的时候分离二氧化碳的办法。相对于气化来说,水蒸气重整来说是更重要的方式,但是原理差不多。

  (14:15)约翰·格雷斯:如果要捕捉二氧化碳,是在燃烧气当中或者气化气当中,在煅烧过程中实行碳化。然后实现一个循环,是流床系列。我们需要的是再生物再生装置,可以用一些水蒸气,使它能够成为流体循环起来,然后使他进一步浓缩,然后再进行煅烧物的再回收重新进行循环。我们这样做的机制相对来说看起来是比较简单的,可以看到这张图当中显示的是我们大气热重量测试反应堆,在这个过程中我们用的更得多是石灰石,在这个过程中还要根据时间不同来测量有关的质量,控制进入的气体。

  (14:18)约翰·格雷斯:他们可能有不同的加热器,用不同的气温进行加热,在两个空间中进行交流和转换。我们看到这张图表显示的就是在进行一两次循环之后的情况,比如说二氧化硫对于循环的效率产生很大的影响,在向下的曲线当中是一个煅烧过程,我们失去了一些质量,然后在底部转化成这个阶段,这个阶段主要是把二氧化硫放进去,我们看到质量有所上升。随着质量的上升,我们看到有一些在表面流物质的重组,实现硫酸盐化。进入碳化的过程,再进行重新的循环,比如回到第一个阶段重新煅烧。

  (14:18)约翰·格雷斯:在第二个煅烧过程中,相比质量的减少程度比第一次小得多,主要是两种原因。第一我们有了更多的硫酸盐,第二在煅烧的过程中被煅烧物的气孔也有一定的变化。碳化过程也会有一些变化,碳化过程中的数量级从零级变成一级。使用这些钙吸附剂我们可以看到气孔大小的分布也会随着不同的煅烧和钙化循环不同的数量产生变化。比如说小的气孔可能会随着循环的数量不断增加变成更加大的气孔,反映的过程就会速度不断加快。如果我们能同时使用一些不同的,比如石灰石或者白云石就会产生不同的效果。

  (14:21)约翰·格雷斯:这个地方主要显示对钙基物质使用后产生的变化,有一些会产生镁这样的元素。如果进行很多次循环,在曲线底部主要有硫酸盐的产生,底部曲线呈现不断上升的是因为二氧化碳是有变化的。下一张图这个地方显示的是这个地方由于流这个物质含量不同,对整个过程会产生什么样的影响。有一些钙的碳化物发生变化,同时在高压的情况下也会产生不同的反应周期。总的来说压力对这个过程的影响并不是特别明显。如果没有硫,而是二氧化硫,或者使用其他的方式,比如水蒸气重整,那么出现的结果就会有所不同。

  (14:22)约翰·格雷斯:为什么这个循环的过程有时被人们称为在气化的时候比在被碳化的时候捕捉二氧化碳更有效。在这个过程中可以进行很多次周期循环,过去大部分人都是进行24周期循环,如果这样就不是特别清楚到底这个过程是不是可以在工业上应用。所以很重要的一点在很多周期上是什么结果。比如说进行一定数量的周期,200之后,大家看到这个反应就是比较平稳的。虽然这个比例比如说10%是一个比较高,不是很令人满意,也许你需要更大的装置来捕捉二氧化碳,但是至少表明可以在较长时间使用这个吸附剂,这个前景是比较好的。走过200或者400的周期之后,每一次周期的性能都差不多。

  (14:27)约翰·格雷斯:在我们看来到底取得什么样的结果,也就是说到底能够捕捉多少二氧化碳,有的时候跟碳化的时间有很大关系。当然所有这些设置都应该在正确的时间中运行。比如4.5分钟这个碳化的时间,我们还做过一些,在这张图表上还没有列出的实验。实验的结果进一步表明在很多程度上碳化时间有多长。所以要进行多次反复的实验才能够最终确定最终的结果是什么样。这是在显微镜下可以看到的,在很多次周期循环之后吸附剂的情况,在超过1000次循环之后我们会看到气孔在不断变大,比如说24小时你可以恢复大部分吸附剂的吸附能力。

  (14:30)约翰·格雷斯:最后我要说的结论,这个活动已经进行了很多年,主要是对钙吸附剂进行调查研究,虽然他不能涵盖所有问题,但是是比较好的总结。我对数量级都进行了测量,这些数量级都是变动性的数量级,对于表面反应所产生的能量跟我们的结果比较温和,比如对于石灰石还有测试中的白云石大概分别是29和24千焦摩尔。也许在周期一开始,好象这并不是很大的问题,但是一旦二氧化硫进入到表面,而且堵塞这些气孔就会造成很大影响。

  (14:30)约翰·格雷斯:相对来说对于二氧化硫和二氧化碳的捕捉都是有可能使显得,但是要按照一定的顺序,也就是说最好先捕捉二氧化碳,然后捕捉二氧化硫。在同一时间进行氢二硫以及二氧化碳的捕捉也是可行的。这在很多情况下取决于钙化的时间有多长,相对来说煅烧的时间也会产生影响。同时我也指出一点,氢二硫对于这个过程的影响要比二氧化硫更弱一下。在两个气化和重整过程中都可以用钙化来实现这些实验所达到的目的。在这个过程中,可能会发生什么呢,就是这个过程可以分离80%的二氧化碳,所以我们认为这有很大的开发潜力,虽然刚才我谈到再循环过程中出现的问题。谢谢。

  (14:31)主持人:约翰·格雷斯在演讲中提出一个新的思想,就是在较低的温度上进行煅烧可以实现对二氧化碳的捕捉和释放,从而形成对二氧化碳封存的重要步骤。下面进行提问。

  (14:31)提问:二氧化碳被吸收之后再释放出来是如何储存的,另外如果不储存如何转化为可利用的再生资源?

  (14:32)约翰·格雷斯:石灰石是经常存在的一个东西,相对来说成本也比较低。因此作为一种吸附剂这是很好的,很多人都在用其他的吸附剂,有很好的再生能力。石灰石可以多次反复使用,相对来说还是用得比较多的,特别是可以吸附一些硫,在垃圾填埋场经常会使用。二氧化碳一旦进行聚集吸附滞后,你愿意做什么就可以对他做什么,比如用于石油的回收或者是进行光合作用。我们没有在做这些领域,有些人在做替代性分离的进程。主要是浓缩的过程占整个成本的70%,主要是这一部分。

  (14:33)提问:你这是一个工业过程,现在的二氧化碳特别多,我的概念理解怎么说,比如要大规模像森林这种情况才能削减二氧化碳,技术上工业的装置吸附二氧化碳,在成本上是不是合算?

  (14:34)约翰·格雷斯:我觉得这个问题提得很好,有一些人今天早上在演讲中也提到,就是吸附二氧化碳的能力这些都是有限的,但是潜力很大,在这个过程中,你虽然很难通过这种工业的装置进行大量的回收,但是如果是长期的特别是用其他的技术比如说辅以其他的技术发展太阳能,这并不是长期的解决方案,从近期来讲这是有效的方法,是可以进一步探讨使用的领域。

  (14:34)主持人:碳煅烧之后实现的强度比较低,石灰石很容易破碎成粉末,有没有什么媒介比如把氧化钙放在捕捉体上增加利用率?

  (14:35)约翰·格雷斯:如果有其他的硫存在,相对钙的吸附剂功能确实有一定的脆弱性,流体过程是比较融合,所以应该把这个因素考虑在内。

  (14:35)主持人:约翰·格雷斯教授给我们做了非常精彩的演讲,认真回答了所有提问,使我们受益匪浅,让我们以热烈的掌声向约翰·格雷斯教授表示感谢。

  (14:36)主持人(中国科学院广州能源所所长吴创之):大家下午好!我叫吴创之,来自中国科学院广州能源所,我研究的领域主要是可再生能源清洁方面。这个报告邀请的嘉宾是中国科学院过程工程研究所院士张懿教授,先看有关她的短片。

  (14:38)主持人:她今天演讲的题目是《清洁生产与循环经济》,下面欢迎张懿教授。

  (14:39)张懿:各位下午好!我今天报告的题目是《清洁生产与循环经济》,主要从三个方面来讲,资源环境成为制约我国可持续发展的瓶颈,第二个方面是循环经济的内涵和方法,第三方面是清洁生产与循环经济技术实例解析。

  (14:41)张懿:这个表示我们国民经济的构成由工业、农业、服务业和建筑业。工业里包括流程制造业和装备制造业,在中国高速的制造化阶段,还面临国际产业的转移,在特定的历史阶段我们经济发展重化工业的增长比重偏快,这也是当前中国经济面临的特点。我们国家人均优质资源还是短缺,随着重化工业的偏快发展,资源对外的依存度在提高。制造业我们可以看到包括钢铁、有色、石油、化工对矿产资源进行大量的加工过程,我们称之为过程制造业,他为装备制造业提供基础材料,流程制造业相对来说资源利用率比较低,能耗比较高,工业废弃物承载比较大。这张表示我们国家人均资源储量总体上还是不足,包括我们国家45种主要的矿产资源还不到世界的一半,石油、天然气、铁矿石人均储量都达不到世界的人均储量。所以对外的依存度逐年上升。下面这张图揭示铁矿石进口逐年增加的状况。

  (14:42)张懿:这里展示的资源像铁矿石、铜、铁、锌等原料的进口所占的百分数还是很高。到2010年,我们国家45种主要的矿产资源保证程度其中有十种是不能保证,有5种是属于短缺的。从重化工业总体来说,因为是对资源进行大规模的加工,而且这个过程往往是具有化学转化的,应该说能源对资源消耗相对比其他产业要高。一方面是我们经济目前发展阶段同时也有国际产业向中国的转移,我国万元GDP的能耗,就是万元产值的能耗是日本的4.43倍,是世界平均水平的2.3倍,一些主要的矿能工业产品单位能耗比国际的先进水平还是有差距的。

  (14:45)张懿:由于重化工业相对增长的速度偏快,我们付出沉重的资源环境代价,这里展示2006—2007十一五确定的节能减排目标没有能够实现,化学需氧量排放总量是世界第一,还有二氧化硫的排放量和2005年同比来讲还是有细微的上升。虽然我们国民经济总体发展态势良好,但是环境指标并没有完成十一五国家削减的任务。为了维持国民经济健康、可持续发展,清洁生产和循环经济应该说是缓解我国资源环境瓶颈必然的选择。我国政府强调坚定不移地实现节能减排的约束性指标,2007年6月国务院也发布了节能减排的综合工作方案。

  (14:46)张懿:我们十一五资源利用率和环境保护的目标和对策则是国家约束性的指标,单位GDP能耗下降20%,主要污染物削减10%,这是一个约束性,必须完成的指标,所以十一五的任务还是很艰巨。另外在国家规定中都指出了15种资源的单位产出率GDP比2003年提高25%。

  (14:47)张懿:在这样一个背景下,循环经济是社会经济可持续发展的必然选择,同时我们知道资源环境和发展的关系是世界各国都面临的问题,所以对循环经济模式的探讨早在70年代末期人类已经开始思考这个问题。当初因为我们人类经济增长机制,经济水平的发展是一个无限的需求,实际上在我们生存的自然界,在生态系统可以提供的资源、能源和环境容量确实是有限,如何解决这两者的矛盾,这是循环经济产生的总体背景。自然生态简单的循环模式,就是太阳能作为唯一外在的能源,通过植物、动物、微生物,通过光合作用,之间进行循环,总体上是一个闭合的循环,所以维持整个生态系统的稳定。

  (14:49)张懿:循环经济就是模拟自然界的生态循环模式,我们可以看到从资源的开采到初级原料的生产到中游产业,下游产业到消费,总体产品的形成从原料开采到被消费,整个生命周期我们希望通过工业生态的循环达到物质元素与能量传递与利用过程中实现最低的耗散代价。要开发循环经济的模式,上级产业的新陈代谢,代谢的产物或者说是负产品或者辅料作为下一级的原料,每一级都要进行资源的处理,都要注入一定的能量。但是我们就是追求能量利用和物质元素的转移,追求最低的耗散代价。

  (14:53)张懿:循环经济和线性经济的比较,传统的生产模式就是一个线性的大量生产,大量消费,然后是废弃物排放,循环经济我们看有几个层面,从资源能源的注入生产系统,生产系统自己内部的循环就是在一个企业层面或者过程层面自己进行物质循环,到消费系统以后,还可以再进行循环。最后使得真正排放到环境的利用物降到最小,所以应该说循环经济是各国都贯彻3R原则。在源头减量化,在源头注入的资源最少,当然这需要一定清洁生产技术的支撑。

  (14:54)张懿:我本人就是从事这方面的研究,就是如何能够减少,从工艺上能够开发一个新的替代性的工艺,最大限度利用资源和能源,减少输入端的投入,这个层面在我们国家目前技术升级和产业调整联系在一起,对我们来说是重点。再就是再利用,提高产品和服务利用效率,使产品多次使用,通过修复、再制造延长使用周期。再循环就是产品完成它的使用功能以后,再变成再资源,再循环。总体上讲清洁生产包括从设计到制造到包装、运输、使用、报废、回收到再利用。

  (14:57)张懿:我们对科技工作者来说更加重视面向产品生命周期绿色设计,包括绿色工艺,绿色的制造方法等,当然最后进入社会层面还要进行再循环和回收。总体上是追求环境的影响达到最小,资源的利用率达到最高,资源利用率提高就可以为企业增效,所以他追求的应该是企业的经济效益和社会效益协调的优化。这个就揭示循环经济在不同尺度的工作内容,在企业尺度,在园区尺度和在社会尺度。

  (14:57)张懿:企业尺度就是如何开发新的工艺替代原有的工艺,使在企业尺度减少能耗。在园区的尺度,主要是根据自然生态的互生共生,进行产业链的生态设计,包括产业链连接的具体技术,实现物质能量和水的综合集成。社会尺度是社会大循环的生态设计,包括再生循环的静脉产业等。这是1989年在菲律宾召开绿色生态会议,就是传统生产力处于环境影响,也就是单位环境影响产生的生产力,国家环保局和国家统计局共同进行了关于绿色国民经济评价标准,就是所谓绿色GDP正在建立这样的绿色GDP体系来评价整个经济系统。

  (14:58)张懿:这是中国循环经济评价的指标体系,是国家环保总局环境和经济政策中心,包括经济指标、总量指标、效率指标、循环指标、污染指标等。 这是中国过程制造业,清洁生产的内涵和设计方法,有几个层面,一个过程工程对资源进行大规模的物理化学和生物的加工,我们开发新的清洁生产工艺,开发资源的高效、清洁、转化新的技术,同时面临着原料的绿色化选择,在过程层面进行过程强化和系统的集成。

  (15:00)张懿:这个就是几个界定,现在循环经济在我们国家特别强调源头污染控制,和产业的技术升级整体上关联在一起。源头减废,过程内循环,界内循环,界外循环。这是装备制造业,我们追求绿色的设计,包括电子废弃物可拆卸性,可维护性等,包括先进的绿色制造,比如基建制造有很多绿色制造方法,比如快速成型,发展许多装备制造业绿色技术,也是整体循环经济一部分。从静脉产业到动脉产业完成总体的循环。动脉产业在世界上各个国家可以说现在都在为怎么在工业系统节约能源,减少排放做工作。

  (15:03)张懿:下面具体演示清洁生产技术,原来是污染非常严重,采用一些技术,大幅度提高资源能源利用率,大幅度提高回收率,最终实现了废弃物的零排放。

  (15:04)张懿:总体上加快产业的清洁生产和循环经济技术升级,在环境容量和生产承载能力的前提下规划经济发展,用科技进步和科学管理机制提高资源能源利用率和生产率是中国面临的重大紧迫任务,也是世界各国经济社会可持续发展面临的共性问题,在资源环境可持续发展领域应该加强国际合作。谢谢大家。

  (15:05)主持人:张教授从提高可持续发展能力的高度说明我国发展循环经济的重要性和迫切性,从理论和实际应用两方面分别讲了循环经济的内涵和本质,提出发展循环经济的思路,对我们国家如何做好循环经济有很好的参考作用。

  (15:29)主持人(北京师范大学经济与资源管理研究院李晓西):各位来宾大家下午好!我很荣幸地主持本场讲演,我叫李晓西。请大家先看一下大屏幕对演讲嘉宾的介绍。

  (15:30)主持人:下面有请美国哥伦比亚大学教授埃德蒙·菲尔普斯,他演讲的题目是《在有或没有不可再生资源的情况下可持续发展的关键》。

  (15:32)埃德蒙·菲尔普斯:我非常高兴能够在这次大会上做发言,首先我要讨论一下发展的概念。这是和人对幸福生活的理解相关,有一些问题包括怎么从这个角度来保护环境也是我要讲的。最初有很多人讲到欠发达就是收入很低,更准确地说他们可消费的资源或者说可以用来休闲的资源很少。与此相关,发展就意味这高收入,这种用词并没有完全地反映发展的真正含义。沙特阿拉伯是高收入的国家,因为某些自然资源的储备非常丰富,但是他并不是高技术的国家,也不是一个文化非常发达的国家。

  (15:33)埃德蒙·菲尔普斯:今天大多数的经济学家在讲到发展的时候看起来指的都是高技术,或者是发达的文化,或者是两者的结合。一个发达国家根据现代的观点就应该是在过去在技术方面有大量的投入或者在文化方面有大量投入或者是两者兼备。这就是关于经济方面我们经常读到的知识。自然资源要么就是必要条件,或者是充分条件。从这角度来讲,对于欠发达的国家就是如此,没有免费的午餐,如果是这样,一种供给太多了,自然市场的力量会削弱这种需求。

  (15:35)埃德蒙·菲尔普斯:在这种新经济理论之后,也就是眼下主要的任务就是要了解一个国家如果经济是欠发达的状况会不会实现发展,先进的发展使得经济学家在谈论技术转让包括资金、人的教育、医疗等等,而且他们还在抨击腐败现象。这些都是通向更高水平发展的道路。同样重要的是这些转变不再是个别的,在20世纪增长是非常迅速的,包括最佳的做法、技术和平均的技术水准。有几个国家甚至几个地区在一个或者另一个时期都取得这样的成就,在1920年和1930年的时候美国超过了它的欧洲竞争对手,也把拉丁美洲和中国远远甩在后面。从1995到1985年欧洲大陆奋起直追,追赶美国和其他国家,他们所做的努力只是模仿了或者说借鉴了美国的做法,60年代和70年代,拉丁美洲也在一定程度上进行了追赶,补上一定的差距。

  (15:36)埃德蒙·菲尔普斯:在80年代之后中国在追赶,而且速度是不可思议的。当然中国要走的道路还很长。尽管如此,就我看来,一个国家如果在收入上的差距和经济差距很小,如果他要赶上高收入国家的收入水平,如果把这个作为发展的标准,那这个标准就太了,一个国家经济的发展,应该包括人的发展或者所有参与经济建设的人实现自己的愿望,这种人的发展或者人的愿望的实现。在我看来就是要过幸福的生活。而这个目标是从亚里士多德以来的人文主义者都一直追求的,亚里士多德说人追求知识,追求发现,他们必须到城市,参与知识的发现。

  (15:37)埃德蒙·菲尔普斯:切里尼在他的写作中一直表达了自己对探索和写作的追求。对于人类社会来讲也有同样的问题,就是我们怎么样才能够找到经济的制度,来解决我们遇到的新问题,大部分人可能会说,幸福生活就要求有这样一个经济,这个经济能给人以精神的振奋使他们来解决问题,也可以在创新的过程中提升自己的知识境界,好的经济总是在接收、发展、评估、测试、创新,所以经济的发展是一个创新的过程,而不是利益,是人类的持续发展,他们通过参与经济活动而持续发展。

  (15:38)埃德蒙·菲尔普斯:有这种活力的经济,有这种创新的活力,一般来说会取得很好的增长速度,给人们带来很的好收入,当然不是超级快乐,不可能像追赶阶段的国家。快速的增长并不是关键所在。解决问题、科学发现和人的发展才是关键,有一些评论说在发展经济的过程中创新并不重要,人们衣食住行基本需求,健康的基本需求基本上得到满足。他们就引用了调查人们是否是幸福的调查结果,创新比以前更重要,不管是生产力是不是重要,我这么说是因为工作使整个社会团聚在一起,因为大家都在从事要求。大家并不是过多留意工作给他带来的有形收益,因为我们有的已经很多了,这样大家对无形的回报要求更高。

  (15:39)埃德蒙·菲尔普斯:比如说他们希望工作的年限更长。第二现在的人比两三百年的前人做一些参与其中发挥潜能的工作,比如这种创新型的经济,充满活力的经济应该能达到的,有一些国家达到了。如果这是我们的目标,我们就应该考虑对环境的影响反过来怎么影响我们的经济。这种环境会对经济的运行产生什么样的影响,首先我并不觉得这种创新型的经济是以解决问题、创新发现和人的发展为根本,我并不觉得这种经济会受到影响。这种知识创新可以在屋子里创新,这种创新和环境是互不干涉的。如果在今后,有个别的冲突,一方面是商业的创新,另一方面是使地球能够持续发展,保持环境的需求,这两者之间也曾经出现过冲突,这并不奇怪。

  (15:40)埃德蒙·菲尔普斯:我听到有人有这样的担心,特别是中国,中国会有一些创新,而这些创新意味着大量的二氧化碳的排放,我当然并不能完全地觉得这没有可能性,但是在过去中美有很多相似之处,因此我们会相信中美会发展越来越像美国的经济体。我觉得美国的经济并不是对环境破坏得特别大,美国的经济就像中国的经济一样,最终是会在减少温室气体排放方面做出很大的贡献。我觉得美国和中国也不会成为烟雾缭绕的经济体,就好象有些第三世界国家现在发展的阶段。最后,非常重要的一点就是要保护人类社会,应该保护环境,环境对人类社会很重要,在我们讲到保护人类社会的时候没有反对,非常重要的就是我们在采取措施保护环境的时候这种对环境的保护不会打击人们创新的积极性。谢谢。

  (15:41)提问:当经济发展与环境保护冲突的时候应该怎么办?

  (15:42)埃德蒙·菲尔普斯:这个问题很有意思,如果发生冲突,有时候环境可能要让步,有时候创新需要让步,我觉得这个地方我们可以争议,有一点像拉锯战,这两个力量之间会拉锯战,有的人会愿意保护环境,有的人愿意创新。有些可能是预测到的,有些是没有预测到的对环境的后果,有些后果可能是负面的。我当然不希望把地球搞得一团糟,我们是愿意保护地球的,我知道所有的经济学家也在考虑一个问题,那就是什么样的组织结构或者是机构是恰当的,可以解决这样的问题。如果一个国家不能够负起自己的责任,从数据上可以显示出来,在报告上有所体现,国际社会会向他施压,要求他认真地负起责任达到国际的标准。我知道这个回答比较虚一些,但是从原则上来讲,应该是很多经济学家认可的,认为这是比较可行的方法。

  (15:49)主持人(中国科学院化学所研究所长万立骏):大家下午好!很高兴能主持这一节的论坛。我要介绍的演讲嘉宾是1992诺贝尔化学奖获得者美国加利福尼亚大学教授鲁道夫·马库斯,他演讲的题目是 《化学和生物钟的电子转移反应:过去与现在》。

  (15:51)鲁道夫·马库斯:非常高兴今天有机会再次来到北京参加这个非常重要而且非常及时的会议,今天我想简单跟大家探讨一下对于能源的生产非常重要的一个环节——光合作用。当然它对于我们的生活和工作很多方面也是很重要的,比如说在我们身体当中的一些过程或者是在汽车电池运行过程中所产生的反应等。在很多过程中都涉及电子转移反应,也就是电子从一个分子跳到另外一个分子,因此会是化学反应的一种体现,我今天要做的就是向大家描绘一下这个领域的发展状况,比如说过去的五六十年发生了什么,然后现在先进的技术和研发情况如何,因为这是一个在不断发展的领域。

  (15:54)鲁道夫·马库斯:现代电子转移反应是从什么时候开始的,现在我们知道电子转移反应在生物和化学中涉及很多领域,是从一个非常微小的领域开始。最开始是在上世纪40、50年代,主要用的是同位素来跟踪非常简单的电子转移反应的速率。在第一张幻灯中看到是最简单的电子转移反应的例子。在这种反应当中比如第一种就是从一个粒子到另一个粒子,当他转移的时候,放射性的威力就会在粒子氧化的过程中出现,大家就会跟踪这个反应,加快这个反应速度跟踪。大家可以看一下放射性的粒子是怎么样开始的,存在什么样的状态,然后以这样的方式比如第一个幻灯中出现的粒子,就叫做同位素交换反应。

  (15:55)鲁道夫·马库斯:我提到同位素交换反应是非常简单的电子转移反应,进一步转换,这是非常典型的,在几乎所有化学领域当中都存在的一种反应。在这种反应当中发生的只是电子转移,从一点转移到另一点,还非常简单有另外一个反应,会看到有一个非常重要的因素来控制这个速率,就是他的下降程度有多大。反应出现大量的能量,那么这个反应就是相当快的反映。但是在这种情况下,没有迅速下降的情况,这就意味者控制化学反应速度很重要的因素是缺失的。那大家就可能提出到底这种非常重要的因素是什么呢?它会带来什么样的影响,它最大的好处就是把问题变得简单,一般情况下这个问题都是非常复杂的。但是如果你能够找到一个很好的最合适的体系来运作的话,那么问题就会变得非常简单。出现的结果就是这些反应因为他们都是非常简单的反应,就是人们能够看到要想控制这种速率到底还剩下什么,为此开发一种理论,然后把这个理论适用其他的领域,不是特别简单的领域,这也是在过去几年发展的实证。

  (15:57)鲁道夫·马库斯:大家可以看一下其中的三角形,看这些三角形大家就可以看到他可能更偏向于正三极而不是正二极,所有这些分子动向也发生变化,一旦发生变化,分子就会出现新的方向。这个理论就是说电子不止是从一个反应物跳向另一个反应物,但是如果电极不对就可能出现方向上的错误。大家看这个论文,在他的研究中有一些结果是正确的,有一些可能是错误的。利比特提出的这个体系是很杰出的,但是违反能量守恒的定律,我想对于任何科学系统来说或者说化学系统来说都不可能实现这一点。也就是说要我们进一步了解到底电子是如何转移的,我们要认识到这些分子在转换方向的时候出现的惰性。

  (15:59)鲁道夫·马库斯:我想这也就是1956年提出这一理论的核心所在。也就是说,提出什么样的理论,如何落实这种理论。这个理论本身就应该包含着如何执行和实施这一理论,然后应用于各个领域。如果在很多不同的现象中会有反应,就会很简单。在这种情况下存在很多变量,有很多坐标都在不断变化,在坐标如此大的情况下,如果指出非常简单的方式来追踪这些电子转移的方向呢。使用这种数字化的机械,比如说很多物质在这个反应的过程中会出现各种波动。利比特想到的过程都是直线上升的状况,有不同的体系,这种情况是可能的。这就是我的理论,这个理论涉及到物理学,也就是非平衡的波动,涉及到分子也就是涉及到化学领域。这个是电子转移的速率,在这种情况下,在指数倍上取决很多因素,但是大家在这个公式上看不到的就是在中间涉及到的因素。一开始这个公式是很难做出的,但最后我看到在经历一些非常复杂的方程式计算之后把它进一步简化成更加明确,更加清晰的一个方程式。

  (16:01)鲁道夫·马库斯:大家看到,如果用不同的测量方法会得到不同的结果。这个例子就是在发生反应的时候,这个反应可能有很强的向下的趋势,这种情况就是在进行反应的时候,反应是有向下的趋势,但是出现不断向上走的其他物质的趋势,这实际上是在大多数电子转移反应中存在的情况。说实在,这是一个理论出乎意料的情况。56年发展这一理论的时候,当时还有很多争论,也存在各种不同的实验领域。但只有这一个效果没有得到确认,就是当他大幅下降时,速率会降低,但25年之后大家都确认了这一点。经常有人问我在这25中有什么样的感受,因为这是如此让人出乎意料的情况,在这么多过程中你有什么感觉,你有奇怪的预测根本就没有得到确认,我跟他们说没有必要过多担心这个问题,因为这个东西是正确的,我确信它的正确性。如果有什么东西是可能的,很可能就失去信心,但是这一点我是确信无疑的。

  (16:04)鲁道夫·马库斯:看一下众多的实验证明这一化学方程式,这个理论一部分大家可以看到在右边的反效效应。在这个领域中出现了很多进展来推动我们研究的发展,比如说在这个领域中出现很多论文,比如在这个领域中众多物体上,比如环境表面大家都发现有关的例证。这张幻灯显示的就是电子转移反应整个领域自从上世纪四五十年代发展的状况。很多不同的发展状况,很多领域,不管这种方向是在表面科学领域,还是在生物电子转移,还是在其他方向,比如说很多发展非常迅速的领域或者方向,都出现了类似的情况。

  (16:05)鲁道夫·马库斯:让大家感到非常惊奇的感觉仍然是这一领域发展速度之快。这一个领域也有很大应用的前景。我想这一点跟利比特当年提出的理论有很大联系,尽管他当年提出的理论有一些缺陷,他是一个非常简单的易懂的理论,并不是有特别宏大的范围。最后大家看出这个方程式是简单易懂的,而且有很多应用价值。有时在解决棘手的研究性的问题,特别是在学术领域,看到有一些成果应用很少,但是有的时候有一些反应是如此与众不同,可能会带来更多的用途。比如说刚才有人讲到绿色化学,一些有机的反应等等。最近我们在这些领域有新的理论出现,我想这些新的理论都有很多闪光点的。

  (16:07)鲁道夫·马库斯:这个例子就是把这个反应应用到生物体系,中间这个看起来有点像马铃薯,这是一个反应中心,进行人工太阳能发电很重要的部分,中间的部分就是分别进行分别的电荷,因为太阳能出现的是不同的电荷,你必须把他们分开才能够利用。这个理论作用之一就是要表明你如何能够减少电荷通过反向效应重新组合的可能性。

  (16:10)鲁道夫·马库斯:在1979年有人出版了一份论文,这张幻灯也来自于他的一些研究成果。如果稍微了解诺贝尔奖的人就可以了解到在这张幻灯中他的成果得到五项诺贝尔奖。电子转移反应在蛋白质、纳米颗粒上,如果照上光电子会发亮,可以附加各种各样需要的东西,根据不同的需求进行添加。说到纳米粒子,它是进行波动的,这个例子就说明这一点。说的是阳光强度,如果你看一看他的分布,是符合力学的原理。其实这也是用于苹果电脑的技术来源。这些纳米颗粒他们的行为如果没有阳光的时候会怎么样,他们实际上在进行电子转移反应。我想强调一点就是单分子研究相对来说比较新,在很多领域都是如此,他们提供了很多之前没有的信息,从另外一个方面来说,他们确实并没有能够提供其他的有关信息,有一些领域当中单一分子的研究是如此的薄弱,以至于我们需要借助其他领域的数据和所提供的信息,这也是应用量子点的一些情况,主要是用于辨识癌细胞上的物质。

  (16:10)鲁道夫·马库斯:我再次想说非常高兴有机会向大家解释以下现在我们的电子转移反应的理论是什么样的,它带来的结果是完全出人意料之外的,而且它在众多领域都产生了结果,你可以非常详细地研究一种反应,对待其他的反应可以为你提供一种方式或方法。不然的话,其他领域可能在研究中没有办法想到,至少对我是如此。谢谢。

  (16:11)提问:纳米粒子用于肿瘤细胞的检测,在体内检测方面有没有什么进展或者应用?

  (16:17)鲁道夫·马库斯:我知道的就是还没有进入人体的临床实验,因为你说的这些东西有一定的毒性,所以也许在比如动物或者来自人体的提取物上曾经实行过一些实验,到目前我还不掌握第一手资料,就是到底这些实验结果是怎么样的。你知道经常使用荧光材料跟踪到底体内发生了什么事情,比如说纳米颗粒有什么样的优势呢?就是有稳定性。其次这些荧光取决于自己的大小,因此如果不同的纳米颗粒有不同的大小,用一种大小作用于这个系统或者另外一种大小作用于另外一个系统,使用不同大小的话,可以看到这种荧光有不同的反应。因此我觉得他有很大的应用潜力。至于对于你的问题,我不掌握最新的情况,但是我觉得研究这个事情本身也是一个非常有趣的现象。

  (16:18)主持人:实际上这个领域还是属于跟纳米科技技术有关,有待于在座的年轻同学的努力,把这个推向更进一步发展的阶段。

  (16:27)主持人(中国科学院宁波材料技术与工程研究所崔平):大家下午好,我叫崔平,在中国科学院宁波材料技术与工程研究所工作,这是我们国家为了满足经济发展的需求,在沿海城市建立了一个研究所,是2004年筹建的。非常高兴在这里主持哈罗德·克罗托的演讲,在演讲之前通过一个短片认识一下哈罗德·克罗托教授。

  (16:29)主持人:下面欢迎一个哈罗德·克罗托教授上场。他演讲的题目是《纳米结构》。

  (16:30)哈罗德·克罗托:很高兴来到北京,我会讲一下纳米技术。什么是纳米科学,什么是纳米技术呢?身体里就有很多分子结构,像图片上的结构。他们是由蛋白质来驱动的。事实上如果看一看这些系统你会发现在你的身体当中这种系统生物学无所不在,早在我们很多科学发现之前,我们的实验室造出这些科学发现之前就是这样。如果看一种病毒,比如说这种病毒,他们是由IAN激活的,这是病胞子的结构,通过进入激活。纳米技术并不是新的事物,我们的生命本身就揭示这个现象。

  (16:32)哈罗德·克罗托:另外一个定义,就是根据原子和分子自下而上的过程,给大家举一个例子,这是一只狼,你们有多少人看过狼呢,但是用人类基因都研究了这个现象。而事实上狼的分支甚至演变成吉娃娃这种狗。这种基因是如何运作,事实上我们每个人都是纳米科技的演变和净化的结果,我觉得纳米科技从基本上说是21世纪的化学,在90年代我们发现了纳米C—60,我们发现三种碳,石墨和金刚石,还包括第三种C—60。在这个发现之后,整个新的领域就是纳米科技被创造出来,也就是富勒烯化学对C—60分子有很多报道。有意思的是,它是有弹性的,可以弹起来,就像足球到地上可以弹起来。它有多小,尺寸是多大,纳米管的大小是多少。看一看碳纤微,看黄盒子有一条线,这就是碳的纳米管。碳纤微直径像人的一根头发,地球如果缩小十的八次方倍那就是一个足球。如果把足球缩小同样的十的八次方,我们就看到纳米的大小,就是C—60的大小,这就是纳米科技当中纳米的大小。

  (16:34)哈罗德·克罗托:我的一个朋友告诉我,他说其实纳米就是比足球小一点的东西。看一下这些电子,是自上而下的技术所产生的,看看从下而上的化学工程怎么样,看这条蓝线,你就可以知道在工程学中现代技术的准确度有多高,这是非常充满前景的领域。现在C—60被用在电子分学中,第一个应用是太阳能电池,应该它能促进发电的效率,在未来我们可以把它们在塑料薄片上打印出来,可以应用到一些有用的领域。我们可以在很多地方使用这种塑料薄片,比如在撒哈拉沙漠可以发电。

  (16:35)哈罗德·克罗托:很大一个挑战也是令人瞩目的,比如有很多碳纳米管,不是100个,我们需要的是上亿的纳米管,它会比钢铁坚硬几百倍,重量却达不到钢铁的几分之一,希望就在你们这些年轻人身上,希望在未来能够生产出这样一种材料,能够用在建造桥梁上,在地震的时候不会倒塌。用这种材料建造的汽车就可以蹦过去,使我们的生产和生活发生翻天覆地的变化。还有一些电子设备,现在我们在佛罗里达用一些纳米线可以使用冲击吸收器,是用纳米尺寸基于分子结构的设备,我们是否可以替代现在的自上而下的技术,而采用自下而上的化学技术呢,这就是金属用线把他们组装起来,像在佛罗里达做的,把这些技术组织起来,就可以把一个超级电脑中的所有金属部件缩小到只有一块手表的大小,可能就像年轻人喜欢的时尚手表那么小的大小。

  (16:37)哈罗德·克罗托:很多问题都和我们近在咫尺,我是研究光谱的,我最喜欢的粒子不是C—60,而是别的。我们看一下光谱,我发现了很多,当我做一个模式的时候,比方说中子模式,谁能告诉我这长得像什么?长得像一只狗,是用碳和氢,蓝头红鼻子,这个狗可以摇头。我们看一下他的尾巴,从光谱上来看,这个狗可以做什么事情,可以跳来跳去,可以喝水喝酒,如果喝得太多,如果你是一只狗就有问题。如果你真的是一只狗,那么你可能会找路边的电线杆释放一下自己。

  (16:37)哈罗德·克罗托:分子可以做什么事情,我们还没有开始发掘这种分子动力,下一代的年轻科学家会做到这点,要很聪明才能做到,我想他们会比我们聪明得多。事实上,身体当中的脉搏能够捕捉氧气,这种系统非常聪明,他们可以运输氧气,释放氧气,吸收氧气,储存氧气,你需要氧气的时候就把氧气释放到你身体当中,我想新的一代化学家,纳米科学家将会从生物当中,从我们的生命当中学到很多好的系统应用到这些技术中。

  (16:41)哈罗德·克罗托:看一看碳的结构,可以由C—60,C—70圆的物体,还有其他的造纳米电线,纳米管,这种材料可以完成一些曲线。我们必须要有一些重点,重点就是可持续性,这也是会议的重点,毫无疑问是最大的问题,我们面临最大的问题就是可持续性。当然还有其他一些因为太愚蠢互相争斗有一些不能解决的问题,但是可持续性也是人为的大问题。化学、分子物理、分子化学、生物化学都是彼此相关的,只有我们解决这个可持续的问题,我们才能够生存下去。

  (16:42)哈罗德·克罗托:我们现在面临的问题是什么?这是我现在最喜欢的动物,如果没有甲壳虫,我们的世界会充满动物的粪便。看一看我们现在美丽的世界,现在充满了什么呢?这是英国的废弃场,里面有14万台冰箱废弃在这里。而在美国、印度、中国、欧洲有很多地方有无数垃圾、冰箱、彩电废弃的东西遗弃在那里,我们要把它的清洁掉,这是我们面临的问题。设置很多标志和口号,我的口号是让甲壳虫来清理我们的世界,让我们的世界更加干净。

  (16:44)哈罗德·克罗托:但是也有一个问题,我们的重点是什么,我想告诉你们,从我研究的角度来说,基础科学是一门非常聪明的科学。我们不仅仅要有重点,我研究了分子的旋转,我们用射线来研究这些问题,那么这些分子对我来说是红巨星当中一个,很幸运的是我们现在在这个地球,因为有很多碳还在外太空。可能外太空还有很多人,但是我们这个地球上我们应该把他们送到外太空上。因为有一天全球继续变暖,像北京这么热,地球也会变成一个红巨星,我们发现这个过程是很意外的,所以很多重大的发现都是在我们没有期待的时候发现的。所以我认为你们年轻的一代应该研究你们感兴趣的问题,会有很多收获。如果教育年轻人,他们从哪里来,我花很多时间和年轻人座谈,全世界各地区演讲,在墨西哥、日本,只要你们想到的都去。那是在西班牙做的,我在美国、日本、欧洲很多地方都做了类似的活动。在马来西亚我还和曼联做一个活动。

  (16:46)哈罗德·克罗托:每次在英国给别人看这张照片的时候都有很多女孩尖叫,不是为我尖叫,是为了我旁边的明星。我觉得电视上应该有更多的宣传片给年轻人和儿童看。在中国你可以通过报纸、网络、第二次革命,民主的宣传,让儿童了解更多信息,而我的网站可以给大家很多这样的信息,新的理念在电视上进行辩论,让参加的人了解他们所讨论的主题,我们和年轻人、儿童进行讨论,让他们了解伟大的科学到底是什么。

  (16:47)哈罗德·克罗托:我们发现疟疾是很大的问题,这个儿童就是患了疟疾,这就是夺取几十万生命的动物。在宣传时我们应该远离炸弹,而不是制造炸弹,这就是我的网站,也有一些新的办法叫GEO,全球宣传组织,用新的技术帮教师能够更好地教学,他们可以下载教学材料,可以告诉他们怎么用,我们可以给向世界各地的教师寄送材料,可以在网站上下载,教孩子,这些知识非常简单。

  (16:49)哈罗德·克罗托:印度、旧金山、委内瑞拉通过网络播放他们所需要的内容。这是一个全球开发的方式,让教师有最好的教学材料,不用自己做。我们可以在佛罗里达在我的母校谢菲尔德,我下周会去日本建立一个工作室,我在世界各地,也希望有一天在中国建立这样一个工作室我觉得这是非常明显的问题,我们要告诉所有的孩子不管他们是什么国籍、宗教和信仰,教育是一件和政治无关的事情,我最喜欢这张图片,是在英国照的,一个黑人和白人小孩一起学习科学,而科学是一个国际的文化。当我们发现C—60的时候,在中国、日本、美国都复制了这种技术,宗教不是国际化,而科学才是国际化,所以宗教是假的,科学是真的,我们需要一个全球化的国际,不管是英国人、美国人、中国人,不喜欢以国籍来界定人们的想法。我们要很快地建立起这样一个观念,科学才会为我们所用,而不是毁了人类。

  (16:52)哈罗德·克罗托:这是我最喜欢的世界各地的照片,我毕生都在做这些事情,我很喜欢同世界各地的人在一起,我是左边第二个人,那个时候还有头发,可能认不出来。这是我们发现C—60的时候,这是一位来自中国的科学家,这是在伊拉克,这是在香港的照片。科学是国际化的,我们要依靠科学界拯救地球,我是从另外一个星球来的,我带来我的善意,地球人们当你最后毁掉你们自己星球的时候,如果没有地方住可以到外星球,我会告诉你们如何和平、和谐相处,我们会给你一些餐券。第二,非常愚蠢,我们不能解决自己的问题,而是通过打仗实现这一点,发明原子弹。大家都喜欢原子弹吗?我们把年轻人派上战场。我们需要的是幽默感,如果没有幽默感就没有生活的必要。这是我最喜欢的短片,我希望大家能够喜欢。

  (16:52)主持人:非常感谢哈罗德·克罗托对多交叉的纳米科学进行的阐述,讲了人们如何利用自己的意志创造一种新的有特定结构的纳米结构。他也特别谈到对科普,对创造和谐社会的贡献和愿望。由于时间关系,就不能给大家提问的时间了。让我们再次感谢哈罗德·克罗托教授精彩的演讲。

  (16:52)主持人:本次论坛到此结束,谢谢大家。

(责任编辑:铭心)
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