“地下空間開發對碳達峰、碳中和都可以發揮重大作用,做出積極的貢獻!”談起應對氣候變化,84歲的國家最高科學技術獎得主、中國工程院院士錢七虎依舊聲如洪鐘,激情澎湃。
錢七虎院士曾赴核爆中心現場試驗,赴千米地下深入研究,解決了核武器空中、觸地、鑽地爆炸和新型鑽地彈侵徹爆炸若幹工程防護關鍵技術難題。在為我國鑄就堅不可摧的“地下鋼鐵長城”立下了不朽功勳後,錢七虎院士正将研究投向另一個戰場——應對氣候變化。應對氣候變化是當前全球的焦點。中國的第十四個五年規劃和2035年遠景目标綱要也為應對氣候變化制定了明确的時間表:2030年前實現碳達峰,争取2060年前實現碳中和。
作為我國現代防護工程理論的奠基人、防護工程學科的創立者、防護工程科技創新的引領者,防護工程和岩石力學專家,錢七虎院士鑽研了一輩子的地下空間。在3月25日參加2021第八屆中國(上海)地下空間開發大會間隙接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者關于碳達峰碳中和的專訪時,他的思考也緊緊圍繞着“地下”,這個他熟悉的“戰場”。
錢七虎院士表示,碳的負排放主要靠綠色生态,而綠色生态需要地面的面積,才能利用陽光、空氣、水,通過光合作用吸收二氧化碳。“現在全球人口越來越多,城市越來越大,占用了很大的地面空間,綠色生态空間越來越小。而地下空間的利用就正好把這些設施放到地下,釋放出地面空間,創造綠色的生态。這就是最大的碳負排放、最大的貢獻。”
以下為專訪實錄:
澎湃新聞:人們以往對城市地下空間的認知主要集中在破解城市發展空間不足上,十四五規劃和2035年遠景目标綱要對碳達峰、碳中和提出了具體的要求。在您看來地下空間建設對降低排放能發揮哪些重要作用?
錢七虎院士:城市空間不足和地下空間建設以及減少碳排放是相互關聯的。“碳達峰、碳中和”是為了應對全球氣候變化,這是人類面臨的最大挑戰。按照聯合國秘書長的表述,氣候變化的挑戰比新冠疫情還大,因為人們可以對新冠疫情采取一些措施,像中國所做的就非常有效!但氣候變化挑戰很難應對,需要認真大力應對!
碳達峰碳中和主要有兩個方面,一個是碳排放,一個是碳的負排放,也就是碳的吸收。
地下空間的開發對碳達峰碳中和都可以發揮重大作用,做出積極的貢獻!為什麼?因為碳的負排放主要靠綠色生态,而綠色生态需要地面的面積,才能利用陽光、空氣、水,通過光合作用吸收二氧化碳。
現在全球人口越來越多,城市越來越大,占用了很大的地面空間,綠色生态空間越來越小。而地下空間的利用就正好把這些設施放到地下,釋放出地面空間,創造綠色的生态。這就是最大的負排放、最大的貢獻。
我們中國提出長三角生态綠色一體化發展示範區,其70%是綠色、藍色面積,雄安提出來百分之六七十的生态面積,這些如何實現?很大程度取決于地下空間的利用,現在我們國家各個城市都認識到這點了。
碳的吸收,一種是植物吸收;另一種是把工業、電力、交通等排放出來的碳進行捕捉,然後壓到地下空間,這項技術已經在試驗了。我們有十幾個試點項目,有的已經達到了幾百萬噸碳的成效,把碳壓到地下油氣田,同時把石油、天然氣驅趕出來。
這不單是對碳達峰、碳中和有作用,而且可以應對地面沉降。一般來說過度抽取地下水會引起沉降,治理方法以往是注水。現在可以注二氧化碳,有助于減少地面沉降。
再說碳排放。常規的三個碳排放大戶:工業、建築、交通各占約1/3。
工業裡面主要碳排放的大戶是電力,我們要用可再生能源,光伏、水力、風力發電。特别是水力發電,我們有很多水力發電的廠房建在地下,這就是地下空間。比如三峽1800萬千瓦的電力發電,其中很大一部分發電機是在地下廠房的;錦屏二級電站有地下廠房;烏東德水電站也是。今年還有白鶴灘水電站。中國可再生能源的大戶是水力發電,而其中很多是地下空間發電。
交通的排放是因為汽車、火車使用化石能源,最原始的是燒煤炭,蒸汽鍋爐,後來燒油,改成電力就不直接排放了。當然電的來源在于發電,我們可以把發電産生的碳捕捉起來封存,電力行業是碳封存的大戶。
把交通轉入地下,改成電力驅動。我們現在實驗高速磁懸浮列車,這是最節省能源的,因為一般列車要面對空氣阻力和地面摩擦阻力。而高速磁懸浮是在真空隧道中運行的,空氣阻力小、地面阻力小,這樣能源消耗最小。而且消耗的能源是電力,不直接産生碳排放。
還有地下物流,現在還沒做出成效,但是大家都在呼籲。中國的包裹一年幾百億個,特别是疫情後,包裹量猛增,但是包裹怎麼運出去?現在用的是二輪摩托、三輪摩托。将來如果地下物流用電力運貨,交通的碳排放也會大為減少。
另外是建築,主要是空調取暖、制冷等等。現在我們提倡用太陽能空調、熱泵空調,将來直接用地熱來制冷制熱,這些都要利用地下空間,所以地下空間是從碳排放、碳吸收兩方面為碳達峰碳中和做出貢獻的。
我相信中國應對氣候變化指标肯定能夠完成!我算了一下,我們提出了GDP到2035年再翻一番,也就是15年的時間。第一個五年期是十四五,GDP最多提高40%。如果不減排,将來就是1.4倍的碳排放。但是我們十四五計劃的綠色指标裡,碳排放要減少18%,也就是我們的單位GDP是以前的碳排放的0.82,0.82×1.4是1.13,也就剛剛超過以前一點。還有綠色面積,十四五提出來一個綠色指标:森林覆蓋面積要達到24.1%。那樣的話碳的吸收要增加多少?這還沒計算在内。
所以我相信總書記在聯合國大會提出來的指标一定能達到而且也可能提前達到。因為當前我們還要留有餘地,我們要在2060年達到,我想最理想2050年能達到。
澎湃新聞:是否會出台各行業碳中和碳達峰的相應标準?
錢七虎院士:肯定要出來的。因為中央提出的碳達峰、碳中和,要靠一系列技術來推動,技術推動要靠專利和标準,所以這方面肯定有标準出台。
比如說,關于熱泵,最近中科院院士汪集暘聯合一些專家學者,包括我,給全國人大提了一些關于長三角熱泵的利用的建議。建議要發展熱泵的哪些技術,其中包括了一些标準。所以我想這些标準肯定要逐步實現。我們中國岩石力學與工程學會也正在推動相關标準,當然這也需要一些技術的積累。這是很嚴肅、嚴謹的事情,要通過一個個評估,逐步制定标準來推廣。
目前沒有時間表安排。時間表不是政府拍腦袋的,這是需要科學家、各個部門、各個行業來具體推動的。
澎湃新聞:地下空間的碳減排手段還涉及到地熱能利用,您曾在論文中提到能源隧道、地熱泵與太陽能系統相結合等先進技術,能否與讀者分享一下該領域的最新進展。
錢七虎院士:舉個典型例子:北京大興機場是中國最大的地熱能地源熱泵的工程。比如,長三角地區利用地熱供暖制冷的建築面積目前是0.57億平方米,如果推廣可以實現地源熱泵的供暖面積達20.8億平方米,所以這裡有很大的發展空間。
地源熱泵的利用量,中國好多年都是世界第一。而且最近幾年中國地源熱泵的利用量就要占到世界的50%了。我相信中國在減少排放、綠色生态方面一定會引領世界。
澎湃新聞:人們對地下交通的認識往往是停留在以地鐵為代表的客運上。在城市貨運交通方面,地下空間有怎樣的潛力?
錢七虎院士:地下貨運正在積極在推廣。我最近參加上海市政工程設計研究總院的會議,就有講到地下物流。包括雄安新區、北京副中心、上海,他們都在積極的建議。目前還沒有大的突破,但是我相信中國将來會走在前面。
截至2019年中國的地下空間利用面積達到了22億平方米。如果放在地面上要占多少地面?這就為碳吸收提供了很大的空間。中國的隧道總長達42187公裡,包括地鐵、公路、鐵路隧道。如果沒有隧道,就要修盤山公路,會占用、破壞多少的綠色生态?通過隧道,取消了多少盤山路、創造了多少綠色生态?所以地下空間給綠色生态的貢獻非常大。
澎湃新聞:目前地下空間開發規劃城市地上與地下空間規劃與開發統籌不足、相互影響,也存在行政上條塊分割的問題,對此您有哪些建議?
錢七虎院士:地下空間的規劃部門從原來的住建部轉到自然資源部。現在地下空間開發上,自然資源部足夠重視、進行了良好的頂層設計。
原來的住建部主要是管城市建設,但地下空間不光光是城市的事情。現在的自然資源部管整個地上地下。希望自然資源部能夠進行頂層設計,做好總規劃、總安排非常重要。因為原來由于部門條塊分割,使得地下空間的規劃長遠得不到很好的總體控制。比如說綜合管廊的建設很多有負面的事件,建了管廊沒有很好利用,很多管線不願意進,管廊的建設費用不能保障。如果是一個統一部門來總體領導、總體規劃,那就好得多了。
以前有些城市對管線是随地埋,今天埋明天挖,所以有的馬路被老百姓稱為“拉鍊馬路”。而在歐洲,一般是通過城市議會來定,一旦通過了立法,就要一直遵守。
我希望涉及到城市規劃、地下空間開發或者是綠色生态的一些問題,各個城市的地方人大要通過相應的決議建立地方性的法規,這樣就不是哪個地方領導能夠随意執行、變更的。我建議人大要加大這方面的力度。
澎湃新聞:我們看到韌性城市同樣也進入了十四五規劃和2035年遠景目标綱要,在您看來,應該如何用“韌性”的地下空間支撐城市的“韌性”發展?
錢七虎院士:韌性是什麼?力學上韌性是指抗破壞的能力。那麼我們講城市的韌性是抗災,比如抗地震、抗氣候變化。我認為要有針對性的提出韌性城市。對地下空間來說,韌性城市抗氣候變化做出貢獻,幫助碳達峰、碳中和。
對于地震,地震加速度一種是垂直加速度,一種是水平加速度,主要的是水平加速度。地震震源的垂直方向附近的地面以垂直加速度為主,距離較遠的地面則是水平加速度為主。水平加速度對地面結構的影響大,地下結構有四周的圍岩來幫助抵抗橫向的水平加速度,所以地下建設的結構抗地震好。
但是地下空間有些方面的弱點也應當看到。人往高處走,水往低處流。由于地下水容易灌,地下空間要加強相應的措施對抗洪災。世界上有很多城市發大水後淹沒了地鐵車站、地下空間的案例,所以我們要有相應的标準、規範和技術來應對。
地下空間在抗地震、抗火災,抗氣候變化這些災難是很好的,但是也有弱點,我們要彌補它的短闆。
澎湃新聞:在地下空間開發的時候,如何建立地下空間的信息系統?
錢七虎院士:這裡大有可為,而且必須要有所作為。為什麼?前幾年很多城市建了地下空間的地下管線的信息管理系統。
原來的城市管線的紙質檔案零亂,後來變成電子信息、信息模型了。地下管線都在有關部門的電子檔案裡,一查模型就知道城市裡的管線在哪裡,它的材質、幾何信息、年份信息都有,但現在還不夠。
比如說,供水管網。全國城市供水管網漏水很嚴重,我們辛辛苦苦供了水,結果20%漏掉了。那麼怎樣夠通過信息化智能化來解決供水管線的漏水問題,這應該是可以的。在管網裡面設一些傳感器,哪個地方破了,水的流量和壓力肯定要變化,就能捕捉到,再反分析就知道是什麼時候什麼地方漏了。
所以這些信息化很有益。還有燃氣管線,哪裡漏了要引起火災。還有空間的,比如垃圾堆放的問題,深圳出了兩次大事故,一次産生垃圾泥石流,另一次垃圾堆垮塌滑坡了,造成了重大的傷亡。這個問題完全可以利用信息建設來避免。垃圾填埋了,它下面有個防滲膜防止垃圾液體滲透到土壤中造成污染。管理者需要知道塑料膜是否破裂、滲漏液是否流出以及滲出的氣體排放等,這些信息都可以感知捕捉。所以我們市政管網的信息是大有可為的,需要好好探索。
最近我們國家的重大研發項目和市政設施的智能化的運營管控的項目在讨論。我提出:智能化要把問題和需求先搞出個清單來,有針對性的搞智能化,不能搞一些沒有用的智能化。
比如有人提出監測垃圾臭氣的信息、監測供水系統中水質的信息。我說這不是最緊迫、最重要的,因為城市供水的自來水廠水質有标準數據,這不像河流需要一個斷面一個斷面地測。我說,要把智能化、信息化的建設的需求搞清楚,這樣有的放矢,真正為民造福。