百年清华

一、地球发烧了，根本原因是什么？

什么是望得见山，看得见水，记得住乡愁？是绿色、生态和可持续发展。绿色低碳桃花源的实质是什么？追求美好生活是人类的天性向往。现代化进程日益加快，商品极大丰富，物质生活水平得到极大提高。但过度的工业化消耗了过多的资源能源，造成了大自然污染和环境破坏。二氧化碳等排放物增加过快，许多科学家认为这与全球气候变化和极端天气频发关系密切。全球科学家和政治家们达成普遍共识，共同致力于减少二氧化碳排放，计划用三四十年时间达到碳中和，控制大气温度的继续上升。这是伟大而艰巨的任务，需要全社会参与，需要高科技和新的发展理念。如果减排二氧化碳造成消耗更多的能量或投入更多的成本，那“减碳”的意义就不存在了。地球发烧了，不能只靠“打点滴”降二氧化碳那么简单，不该脚痛医脚头痛医头。气候变化问题要从深层次思考分析，以“老中医”的全局思想来调理平衡。

人类物质文明正在加速发展，但精神文明建设还需提高。长久以来财富价值观主要建立在物质占有的基础上，谁占的地盘大，谁的房子多，谁家汽车名贵，谁请吃豪华大餐，各种炫富比拼的都是物质和能量的消耗。造成气候变化的原因很复杂，不只是二氧化碳的错。大自然的规律和奥秘人类还远远没有了解掌握，但“万物之灵”的人类需要依靠自己的智慧采取行动，克制对物质无度索取的欲望。

探索气候变化和碳中和战略与路径，提出两个维度供大家一起深入思考。一个是从科学角度分析二氧化碳产生的原因；另一个是人类社会发展到底需要多少资源能源。气候变化问题和减排二氧化碳不是简单画等号。国外应对气候变化更多是讲ESG，即环境（Environmental），社会责任（Social Responsibility）和政策治理（Governance）等三方面综合行动，达到控制大气温度上升在一定的范围，这是一个艰巨的任务。

应对气候变化和减排二氧化碳既是科学问题，也是理念问题。古往今来人类活动以怎样的方式利用能量，能量从哪里来，怎样提高效率？少开车少烧汽油，节约用电少烧煤都是对的。片面地排除化石类燃料会造成生活生产成本提高，是得不偿失的。碳减排需要科学技术，更需要正确的发展理念和新的社会价值观的建立，这个过程艰巨而漫长。

二、积极中庸的碳原子结构和性质

碳原子在元素周期表中排第六号，大小适当中庸灵巧。碳原子内核有六个质子，外层有六个电子。电子内层两个电子达到饱和，外层有四个电子。外层饱和态时需要八个电子，碳原子外层恰好是四个电子，与别的原子共享八个电子达到饱和，即达到稳定。即可给予也可获得十分灵活，碳原子的独特品质是元素周期表中最受欢迎的元素，形成的无机和有机化合物比其他任何元素要多得多。碳可以形成一氧化碳、甲烷、二氧化碳、石墨、煤炭、金刚石、石墨烯、碳纤维、富烯球和碳纳米管等从简单到复杂的无机物，又可以形成氨基酸、单糖多糖、蛋白质和纤维素等有机物，进而产生从藻类菌类到植物动物等千姿百态的生命体。迄今大自然只发现碳基生命，而没有硅基生命，可能也是因为碳元素的特殊结构性能。人类与其他生命不同，人类具有智慧，有千奇百怪的思想。人类文明改变了世界，成为“万物之灵”，但人类发展也消耗了过多的资源能源，造成了大自然的污染破坏。如何控制人类对大自然过多的索取，是应对气候变化和碳中和战略能否实现的本质关键。

碳的化合物千变万化。人类近二百年的工业革命，吃穿住行各种物质材料，几乎都离不开碳的化合物。生命体的生老病死演变过程就是一部厚厚的碳化学。碳的单体或化合物大家族，构成千姿百态的大自然。有的碳物质极便宜低廉如黑黑的煤炭，有的极其昂贵如纯洁的钻石。这么大的差别不只是物理化学性质的不同，更多的是人类物化价值观的折射。碳和二氧化碳是自然界最重要的物质，是大自然和所有生物体不可或缺的物质。碳是生命的载体，也是能量的载体。

三、碳是生命的载体

有人做过实验，将碳、氧、氢等元素等物质放在一起，模拟大自然的闪电，居然合成了氨基酸，氨基酸是生命的最基础物质，这项成果获得了诺贝尔奖。氨基酸再继续合成，形成纤维素、糖和蛋白质，这三类东西构成了生命的基础物质。所以说，碳是生命的载体。

在光的照耀下，二氧化碳被吸收变成生物质，放出氧气；光合作用是生命活动的重要标志和功能。生命怎么开始不得而知，但生命出现选择了碳元素，并以碳循环为生命物质过程。生命从最初期的藻类和菌类，到后来的植物和动物，至少已经三亿多年。现在地质主流观点认为，古老的生物质如森林植物等埋在地下上亿年，形成了煤炭；海洋的藻类和浮游生物被盐层覆盖数千万年，变成了石油天然气等。煤炭石油等化石保留了古代生命的物质遗存和重要信息，现代人把煤炭和石油采挖出来，投入工业化的炉膛或发动机，不到一秒钟古老的生物质瞬间化为灰烬，亿万年留存的信息变成二氧化碳，只为获取其中的能量。从化学化工来讲，这是很大的资源浪费，科学上叫热力学第二定律，也被称为熵增加原理，简单理解就是混乱度的增加。人类自身要生存发展无可厚非，但要敬畏大自然，遵循大自然，尽量做到有序可持续发展。作为化学化工专业的我们，更是责无旁贷。

四、碳是能量的载体

大自然的物质和能量在不断循环，地球上所有的能量几乎都来自太阳，所有的物质都是在大自然中循环利用。远古时代的人类已经认识大自然的循环运行规律。传说中上古时代中华民族第一祖先被称为“有巢氏”，他发明了用木头盖房子，人类可以遮风挡雨，是利用了木头的物质属性。第二祖先是燧人氏，传说他发明了“钻木取火”，利用了木头的能量属性。有了房子就有了家，有了火便不用吃生肉。植物、森林和木头即是伟大的光合作用的产物，是大自然最丰富的含碳物质。有巢氏和燧人氏是最早最了不起的化学家，发现并利用了木材的物质属性和能量属性，为人类提供了物质基础和能量基础，从此人类文明开始了。

中国文化讲“金木水火土”等五行，木代表生命、生长和积极向上。人类文明应该从木文化开始。利用木头作为工具更为方便，木文化时代应早于石器时代、青铜器时代和铁器时代，只是木材的存留时间比石头要短。直到今天，木材应用十分广泛，木制家具更受欢迎，木结构房屋比钢筋水泥更环保更安全。森林和植物等生物体大量吸收二氧化碳转化成木材等物质和能量。生物体经过上亿年演化，形成储量巨大的煤炭石油等化石物质，电子显微镜下可以观察到煤炭或木化石极其精美的结构，其中蕴藏古老的信息迄今人类还无法完全破解。工业革命发明了蒸汽机，把上亿年演变形成的碳物质投入炉膛，一把火烧成灰，产生的二氧化碳排放到天上。获取的能量用于工作和生活，最终这些能量也被消散，回归到在大自然中。学习大自然，多种树多利用光合作用，就能吸收更多的二氧化碳，形成能量和物质的循环，这既是古老的哲学，也是实现低碳绿色碳中和发展的重要方法和路径。

单独“减碳”是线性思维，按科学和化学原理也许可以调整为：碳循环、碳平衡、碳中和，以循环和平衡的思想解决相对过多的二氧化碳排放。大自然的碳循环可以分为大地、海洋、大气循环，生物界如森林植物碳循环和人类消耗化石类燃料碳循环。地球已经存在45亿年，仍然十分活跃，而人类的出现只有大约一百万年，文明开始不过一万年。人类进入工业时代约两百年，但人类对自然资源的使用和对环境的破坏正在影响和改变着古老的地球。人类应该敬畏自然，控制过度索取的物质欲望，尽量减少资源能源的消耗浪费，才能建立理想中的“桃花源”。

五、中和物质欲望，达峰健康幸福，建造美好桃花源

我们常常谈古论今。在与古人相比，现在物质财富极大丰富了，但智慧比古人高了多少？我们点上了电灯，开上了汽车，住上了有空调的房子，有电脑有手机，正在进军元宇宙，只是觉得脑袋里还有点空。温饱解决以后，应该追求啥呢？庄子去世之前，弟子们准备以金银财宝厚葬德高望重的老师。庄子却说，我要以天地做我的棺椁，以日月做我的连璧，以星辰做我的珠玑；万物都为我送葬，还有比这更高的规格吗？1600年前的陶渊明眼里的桃花源是良田美池，鸡犬相闻，往来种作，怡然自乐；那里没有股票交易所，也没有财富排行榜。不知道未来桃花源大楼有多高，汽车多豪华，猜想那时的人也在思考生命维度和意义。一是生命的长度，如健康活到100多岁，现代科技基本可以达到。二是生命的宽度，要幸福快乐。三是生命的深度，即是有思想，对自然对社会有更高智慧的认知。美好桃花源一定是和谐的绿色低碳发展模式，那里将是一群不为物质财富所拖累的好朋友，健康愉快，和而不同，积极向上。

（作者：闫长明，清华大学化学化工学士、硕士，加拿大渥太华大学博士生，清华校友总会理事，住房和城乡建设部全国村镇建设智库绿色低碳发展专业委员会主任）