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“雙碳”目標(biāo)下的技術(shù)路線圖

教務(wù)部 2021-11-22

近日，《北大金融評(píng)論》發(fā)布“雙碳”目標(biāo)下的技術(shù)路線圖，包括減少碳排放和增加碳吸收2條主路線。其中，減少碳排放包括能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、重點(diǎn)領(lǐng)域減排和金融減排支持3條路線，增加碳吸收又包括技術(shù)固碳和生態(tài)固碳2條路線。如此逐級(jí)細(xì)化，得到完整技術(shù)路線圖（該圖不代表本公眾號(hào)觀點(diǎn)）。

為了便于閱讀，將上圖分成2部分（請(qǐng)橫屏觀看）。

能源電力說(shuō)整理版本如下：

10月24日中共中央、國(guó)務(wù)院下發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》，這是我國(guó)目前出臺(tái)的最頂層碳達(dá)峰碳中和工作意見(jiàn)，關(guān)于碳達(dá)峰中和技術(shù)，提到：

開(kāi)展低碳零碳負(fù)碳和儲(chǔ)能新材料、新技術(shù)、新裝備攻關(guān)。

低碳前沿技術(shù)：推進(jìn)高效率太陽(yáng)能電池、可再生能源制氫、可控核聚變、零碳工業(yè)流程再造等低碳前沿技術(shù)攻關(guān)。深入研究支撐風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電大規(guī)模友好并網(wǎng)的智能電網(wǎng)技術(shù)。加強(qiáng)電化學(xué)、壓縮空氣等新型儲(chǔ)能技術(shù)攻關(guān)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。加強(qiáng)氫能生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、示范和規(guī)模化應(yīng)用。推廣園區(qū)能源梯級(jí)利用等節(jié)能低碳技術(shù)。推動(dòng)氣凝膠等新型材料研發(fā)應(yīng)用。

推進(jìn)規(guī)?；疾都门c封存技術(shù)研發(fā)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

日前教育部印發(fā)關(guān)于《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》的通知，通知指出：

加快碳減排關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，加快碳零排關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，加快碳負(fù)排關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

那低碳、零碳以及負(fù)碳技術(shù)具體是什么呢？

根據(jù)教育部的文件：

碳減排關(guān)鍵技術(shù)（低碳）：圍繞化石能源綠色開(kāi)發(fā)、低碳利用、減污降碳等開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新，重點(diǎn)加強(qiáng)多能互補(bǔ)耦合、低碳建筑材料、低碳工業(yè)原料、低含氟原料等源頭減排關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)；加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈/跨產(chǎn)業(yè)低碳技術(shù)集成耦合、低碳工業(yè)流程再造、重點(diǎn)領(lǐng)域效率提升等過(guò)程減排關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)；加強(qiáng)減污降碳協(xié)同、協(xié)同治理與生態(tài)循環(huán)、二氧化碳捕集/運(yùn)輸/封存以及非二氧化碳溫室氣體減排等末端減排關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)。

碳零排關(guān)鍵技術(shù)（零碳）：開(kāi)發(fā)新型太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)能、核能等零碳電力技術(shù)以及機(jī)械能、熱化學(xué)、電化學(xué)等儲(chǔ)能技術(shù)，加強(qiáng)高比例可再生能源并網(wǎng)、特高壓輸電、新型直流配電、分布式能源等先進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究。開(kāi)發(fā)可再生能源/資源制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫和用氫技術(shù)以及低品位余熱利用等零碳非電能源技術(shù)。開(kāi)發(fā)生物質(zhì)利用、氨能利用、廢棄物循環(huán)利用、非含氟氣體利用、能量回收利用等零碳原料/燃料替代技術(shù)。開(kāi)發(fā)鋼鐵、化工、建材、石化、有色等重點(diǎn)行業(yè)的零碳工業(yè)流程再造技術(shù)。

碳負(fù)排關(guān)鍵技術(shù)（負(fù)碳）。加強(qiáng)二氧化碳地質(zhì)利用、二氧化碳高效轉(zhuǎn)化燃料化學(xué)品、直接空氣二氧化碳捕集、生物炭土壤改良等碳負(fù)排技術(shù)創(chuàng)新；研究碳負(fù)排技術(shù)與減緩和適應(yīng)氣候變化之間的協(xié)同關(guān)系，引領(lǐng)構(gòu)建生態(tài)安全的負(fù)排放技術(shù)體系；攻關(guān)固碳技術(shù)核心難點(diǎn)，加強(qiáng)森林、草原、濕地、海洋、土壤、凍土的固碳技術(shù)升級(jí)，提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯。

就中國(guó)國(guó)情而言，電力、鋼鐵、建筑等行業(yè)已成為高耗能和高排放的重點(diǎn)領(lǐng)域，這些行業(yè)如何發(fā)展低碳技術(shù)？

我國(guó)高耗能、高排放行業(yè)總體可劃分為三大領(lǐng)域。

一是電力行業(yè)領(lǐng)域，目前我國(guó)每發(fā)一度電要排放二氧化碳0.8—0.9公斤，如果每度電的耗煤量降低1克，全國(guó)每年就可減排二氧化碳750萬(wàn)噸。因此，應(yīng)集中精力加快技術(shù)改造，推進(jìn)火電減排，實(shí)施“綠色煤電”計(jì)劃。這將主要依靠開(kāi)發(fā)煤清潔轉(zhuǎn)化高效利用技術(shù)和提高燃煤發(fā)電效率實(shí)現(xiàn)，其中提高燃煤發(fā)電效率能實(shí)現(xiàn)15%的減排。目前具有發(fā)展前途的高效、潔凈的煤發(fā)電技術(shù)，主要涉及整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC )、循環(huán)流化床燃燒(CFBC)等技術(shù)。

二是材料和制造領(lǐng)域，主要集中于兩大方面：一為金屬材料制造。2010年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量將達(dá)到6.6億噸，鋼鐵工業(yè)能源消耗占全國(guó)工業(yè)總能耗的1/4，每生產(chǎn)1噸鋼，采用高爐工藝將排放2噸二氧化碳，電爐工藝排放1噸二氧化碳。鋼鐵工業(yè)必須將控制總量、淘汰落后和技術(shù)改造結(jié)合起來(lái)，推動(dòng)節(jié)能減排。二為高分子材料，2009年，我國(guó)生產(chǎn)塑料達(dá)4000萬(wàn)噸，如果以石油路線制備的高分子材料為例，有估算每生產(chǎn)1噸塑料，需消耗2-5噸原油，排放二氧化碳4-8噸。因此，一方面要大力發(fā)展新型穩(wěn)定化技術(shù)，提高材料服役壽命，從而節(jié)省石化資源，降低溫室氣體排放量。另一方面可通過(guò)應(yīng)用生物基及生物降解塑料技術(shù)，直接以可再生資源替代石化資源，同時(shí)加快發(fā)展高效的回收利用新技術(shù)。如果從原料到回收處理形成產(chǎn)業(yè)鏈，以年產(chǎn)1000萬(wàn)噸生物基材料為例，單位產(chǎn)品就可減少二氧化碳排放40%以上。

圖1：中國(guó)粗鋼年產(chǎn)量及增速（單位：萬(wàn)噸，%）

資料來(lái)源：Wind資訊，遠(yuǎn)東資信整理

圖2：粗鋼主要生產(chǎn)工藝路線

資料來(lái)源：國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)，遠(yuǎn)東資信整理

圖4：鋼鐵-化工-氫能一體化網(wǎng)絡(luò)集成智能制造

資料來(lái)源：東北大學(xué)鋼鐵前沿技術(shù)研究院，遠(yuǎn)東資信整理

與鋼鐵行業(yè)相關(guān)的節(jié)能技術(shù)裝備目錄

三是建筑領(lǐng)域，目前城市碳排放的60%來(lái)源于建筑維持功能本身，構(gòu)建綠色建筑技術(shù)體系、發(fā)展低碳建筑極其重要，其關(guān)鍵是建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、建造、使用、運(yùn)行、維護(hù)、拆除和重新利用全過(guò)程的低碳控制優(yōu)化。如在建造環(huán)節(jié)，可利用屋頂光伏發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自然光和燈光照明有效整合，可通過(guò)建造無(wú)動(dòng)力屋頂通風(fēng)設(shè)備，調(diào)節(jié)風(fēng)流風(fēng)速并帶動(dòng)風(fēng)機(jī)發(fā)電；在使用環(huán)節(jié)，可通過(guò)種植屋頂花草建造“綠色屋頂”，不僅可達(dá)到降溫效果節(jié)省空調(diào)電力，還能吸收大氣污染物；在拆除環(huán)節(jié)，可通過(guò)有效回收利用建筑廢棄物，防止發(fā)生二次污染。

根據(jù)中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)發(fā)布《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告（2020）》。《研究報(bào)告》對(duì)建筑全過(guò)程能耗和碳排放的測(cè)算方法、數(shù)據(jù)分析以及碳中和目標(biāo)下建筑碳排放情景進(jìn)行了介紹。

《研究報(bào)告》顯示，2005-2018年期間建筑全過(guò)程能耗比重呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，碳排放比重呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。2000-2018年全國(guó)能耗重心南移0.9度（緯度），碳排放重心南移1.1度（緯度），移動(dòng)趨勢(shì)較為明顯。

建筑全過(guò)程能耗和碳排放測(cè)算：