碳达峰、碳中和的五大重点关注领域

2021-11-19 12:09:53, 张江科技评论



碳达峰、碳中和依赖于系统、复杂的技术体系,需要全方位的科技支撑。目前,相关重点领域的很多技术还不成熟,需要加大科研攻关力度,加快提升科技支撑能力。
文/傅翠晓


由二氧化碳等温室气体排放引起的全球气候变化已经成为全人类需要面对的重大挑战之一。科学界和各国政府对气候变化问题正在形成更加明确的共识,即气候变化会给全球带来灾难性的后果,世界各国应该行动起来减排温室气体以减缓气候变化,到21世纪中叶实现碳中和是全球应对气候变化最根本的举措。2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上宣布,中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。在中央财经委员会第九次会议上,习近平总书记进一步强调,实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要强化科技和制度创新,抓紧部署低碳前沿技术研究,加快推广应用减污降碳技术。


碳达峰、碳中和面临的主要挑战



中国是全球温室气体排放的第一大国家。2019年,中国温室气体排放总量占全球排放总量的27%以上,这一数值超过了经济合作与发展组织(OECD)国家的总和。根据世界资源研究所的统计,中国碳排放主要来源于电力、建筑、工业生产、交通运输、农业等领域,其中:能源电力占比最大,为40%左右;其次是建筑领域,占比超20%;工业生产、交通运输、农业领域各自占比为5%~10%。
●电力领域
中国能源禀赋总体呈现多煤、贫油、少气的特点,供电结构目前仍以燃烧煤炭的火力发电为主,导致电力领域碳排放量居高不下。据测算,在碳中和的目标下,2050年中国非化石发电量占总发电量的比例需要超过90%,燃烧煤炭发电比例则要降到5%以下。可见,电力领域要实现碳达峰、碳中和目标面临巨大挑战。
●建筑领域
建筑领域碳排放的最大来源是建筑使用电力、热力导致的间接碳排放,目前约占我国碳排放总量的17%。因此,建筑的节能减排是实现建筑领域碳达峰、碳中和的最主要任务。建筑领域碳排放的另一个主要来源是建筑运行过程中的直接碳排放,包括炊事、生活热水、燃煤采暖等活动造成的碳排放。
●工业生产领域
工业领域近一半的碳排放来自生产水泥、钢铁、合成氨、化工等。主要包括3个方面:一是来自原料生产过程,如作为水泥生产原料的石灰石和合成氨过程中所用的天然气;二是来自工业生产中高温加热的燃料燃烧,如高炉炼铁所用的燃料;三是来自用于生产中间产品、低温供热等的化石燃料。
●交通运输领域
随着交通运输业的快速发展,我国交通领域的碳排放量持续上升,其中公路交通所产生的碳排放占我国交通领域碳排放总量的82%,是交通领域实现碳达峰、碳中和的重点。与公路交通相比,航空、船舶和铁路交通产生的碳排放量较小,但实现减排面临较大的技术挑战。
●农业领域
农业领域的碳排放主要来源于包括生产过程在内的粮食系统,以及包括加工、分销在内的后农业系统。据测算,食品全行业排放的温室气体约占全球排放量的26%。减少农业领域的碳排放可能是实现碳达峰、碳中和的最大挑战之一。

碳达峰、碳中和五大重点领域的技术研发与应用前景



科技创新是同时实现经济社会发展和碳达峰、碳中和目标的关键,而实现碳达峰、碳中和依赖于系统、复杂的技术体系,需要全方位的科技支撑。目前,相关重点领域的很多技术还不成熟,需要加大科研攻关力度,加快提升科技支撑能力,这也为创新和创业投资提供了重要机遇。碳达峰、碳中和五大重点领域见图1。


●电力结构的清洁化转型是实现碳中和的基础
电气化是碳中和的核心,电力的绿色转型则是实现碳中和的基础。作为中国碳排放最大来源的电力领域,要实现碳达峰、碳中和目标需要加快电力结构的清洁化转型,发展水力发电、光伏发电、核能发电等可再生能源电力,特别是风光发电未来将成为可再生能源发电的增长主力。据预测,到2040年,全球光伏发电和风力发电在总发电量中的占比将从目前的7%提升至24%。光伏发电和风力发电的全产业链创新和降低成本是未来实现新能源发电快速增长的重要驱动力。但是,目前光伏发电和风力发电的供需平衡、电力系统协调等方面仍面临许多技术问题,需要围绕以下技术加快推动技术进步,强化科技支撑。具体技术包括海上风能和波浪能、潮流能等海洋能综合利用,新型高效太阳能电池,太阳能光伏光热高效综合利用,绿氢的全产业链关键技术,传统能源高效清洁低碳利用,智能电网,先进储能,综合能源系统,等等。
●建筑脱碳的关键是推广零能耗建筑
在建筑部门实现碳中和的举措中,首要任务是进行建筑的节能改造。但是,目前相关建筑技术经济性还需要进一步改善,存量替换还有较大难度,需要通过技术进步提高改造的经济性是建筑部门存量替代的关键。此外,推广零碳建筑还需要多种能源协调配合,提供系统解决方案。综合来看,建筑领域脱碳需重点关注的技术包括低碳建筑材料,建筑“气改电”,智能建造,建筑全过程智慧设计和管控,建筑的光储直柔集成,建筑智能微网,低碳/零碳建筑智能化集成,等等。
●工业领域深度脱碳需要原材料替代和生产方式变革
目前,工业领域主要通过优化生产工艺流程实现节能减排,深度脱碳还需要进一步实现燃料替代、生产方式的变革以及新材料的替代。例如,现阶段钢铁行业碳排放强度的下降主要来自废钢生产和能源效率的提高。但是,随着技术进步,炼钢效率和再利用接近技术极限,进一步脱碳需要从根本上改变生产方式,实现新的技术突破,如可利用氢气或生物能代替煤炭作为高炉炼钢的还原剂,并且将生产供能过程电气化。水泥生产的脱碳首先需要实现燃料的零碳排放,如利用绿氢、生物质燃料等替代传统化石燃料。综合来看,工业领域的碳达峰、碳中和需重点关注的技术包括富氢气体冶炼,钢渣高值化循环利用,工业废料、生物质精炼合成化学品,可再生能源化学,非化石基材料,基于合成生物学的绿色产业化制造,工业无机固废回收与循环利用,等等。
●交通领域脱碳的重点是电气化和新能源
随着电动汽车技术的发展,成本持续下降,公路交通的电气化成为目前交通领域最为成熟的减碳方式。随着充电桩基础设施建设的推进、电池技术的不断进步带来续航里程的延伸和充电效率的加快,电动乘用车的使用场景将不断扩大,公路交通领域逐渐实现电气化和脱碳。与公路和航空、船运相比,铁路运输总体上更有效率、更低碳且更容易实现电气化。然而,目前交通领域的脱碳面临商业化量产的电动化技术仍不成熟的问题。而且,现阶段,氢能、生物质燃料、液态氨等新型零碳燃料应用于交通领域还不具备经济性,实现碳中和的最佳路径尚需进一步探索。基于上述背景,交通领域的脱碳应重点关注的技术包括高性能电动汽车、氢燃料电池汽车,重型车辆电动化,大运量轨道交通,绿色船舶,交通自适应能源系统,无人驾驶,智能交通系统,交通基础设施低碳建设和运维,既有交通枢纽设施节能减排改造,太阳能公路,等等。
●农业领域减排需要加快新技术替代
当前,中国农业的减排至少还面临人均蛋白质供应将继续上升、化肥替代技术尚不成熟、人造肉口感和价格瓶颈等问题,需要在技术支撑上进一步加大力度。从蛋白质生产来看,据测算,平均每生产100克蛋白质,牛肉将带来50千克温室气体排放,而豌豆只产生0.4千克温室气体。因此,植物蛋白替代肉类和奶制品是有效降低畜牧业碳排放的举措之一。此外,在农业生产中采用一些高技术含量的工艺和技术,在提高单产的同时减少肥料和农药使用,也是农业减碳的主要方式。总体来看,农业领域减排需重点关注的技术主要包括农业生物质制备高品质汽柴油和高值化学品,新型高效农业生物质土壤固碳技术,控氨降碳高值资源化利用,垃圾智能深度分类和高效精细利用,生活污水资源化利用,智能化农业机械,等等。

实现碳达峰、碳中和需要多主体互动合作



碳达峰、碳中和的实现涉及多个部门、多方主体,需要政府、企业、投资机构等不同主体间的合作和良性互动,各主体都在碳达峰、碳中和的实现过程中发挥着不可或缺的作用。
政府是碳中和行动的主导者,需做好顶层设计和推动落实。首先,政府应根据碳中和目标,科学制定阶段性目标,在设定好碳排放总量的基础上,使配额逐年递减,并督促各部门、各行业加快制订较为明确的节能减排计划。其次,政府需要完善相关政策和机制,如优化碳定价机制,包括碳交易、碳税和可再生能源激励政策等。再次,政府要从以下几方面发力:要着力推动电力市场改革,构建多层次的绿色低碳电力市场;要厘顺电价关系,形成市场化定价机制;要优化跨区域协调运营方式,打破电力市场的区域约束;要建立和完善绿色电力交易体系。最后,政府应规划和引导战略性低碳产业的有序发展,包括制定产业规划、引导投资等。
企业是落实碳中和行动的主体,要着力推动核心业务减碳。企业要管理和降低自身的碳排放,在了解自身排放情况的基础上,尽快制订节能减排战略和计划,尤其是核心业务的减排计划,设定短期和中长期相结合的目标,同时配套制订相关行动计划,制订节能减排的具体举措和投入保障,着力引入新技术和新工艺等,开展低碳、零碳活动。
金融机构是碳中和行动的重要支撑者,需要大力推动绿色金融体系的发展。碳达峰、碳中和的目标将带来巨大的绿色低碳投资需求,各金融机构应围绕落实碳达峰、碳中和目标,完善绿色金融体系建设,推动产品创新。同时,要建立以股权投资为主体,股票市场和投贷联动为支撑的金融服务体系,以支持碳中和所要求的大量绿色低碳科技项目及成果转化。

傅翠晓,博士,上海市科学学研究所副研究员,主要研究方向为产业创新、技术预见、科技管理等。


  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018
  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018

Copyright ©2007-2022 ANTPEDIA, All Rights Reserved