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碳中和技术路线图

发布时间:2021-11-18 9:55:18   
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近日,《北大金融评论》发布“双碳”目标下的技术路线图,包括减少碳排放和增加碳吸收2条主路线。其中,减少碳排放包括能源结构调整、重点领域减排和金融减排支持3条路线,增加碳吸收又包括技术固碳和生态固碳2条路线。如此逐级细化,得到完整技术路线图(该图不代表本公众号观点)。

 

为了便于阅读,将上图分成2部分(请横屏观看)。

 

能源电力说整理版本如下:

10月24日中共中央、国务院下发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,这是我国目前出台的最顶层碳达峰碳中和工作意见,关于碳达峰中和技术,提到:
开展低碳零碳负碳和储能新材料、新技术、新装备攻关。

低碳前沿技术:推进高效率太阳能电池、可再生能源制氢、可控核聚变、零碳工业流程再造等低碳前沿技术攻关。深入研究支撑风电、太阳能发电大规模友好并网的智能电网技术。加强电化学、压缩空气等新型储能技术攻关、示范和产业化应用。加强氢能生产、储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用。推广园区能源梯级利用等节能低碳技术。推动气凝胶等新型材料研发应用。

推进规模化碳捕集利用与封存技术研发、示范和产业化应用。

日前教育部印发关于《高等学校碳中和科技创新行动计划》的通知,通知指出:
加快碳减排关键技术攻关,加快碳零排关键技术攻关,加快碳负排关键技术攻关。
那低碳、零碳以及负碳技术具体是什么呢?
根据教育部的文件:
碳减排关键技术(低碳):围绕化石能源绿色开发、低碳利用、减污降碳等开展技术创新,重点加强多能互补耦合、低碳建筑材料、低碳工业原料、低含氟原料等源头减排关键技术开发;加强全产业链/跨产业低碳技术集成耦合、低碳工业流程再造、重点领域效率提升等过程减排关键技术开发;加强减污降碳协同、协同治理与生态循环、二氧化碳捕集/运输/封存以及非二氧化碳温室气体减排等末端减排关键技术开发。
碳零排关键技术(零碳):开发新型太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、核能等零碳电力技术以及机械能、热化学、电化学等储能技术,加强高比例可再生能源并网、特高压输电、新型直流配电、分布式能源等先进能源互联网技术研究。开发可再生能源/资源制氢、储氢、运氢和用氢技术以及低品位余热利用等零碳非电能源技术。开发生物质利用、氨能利用、废弃物循环利用、非含氟气体利用、能量回收利用等零碳原料/燃料替代技术。开发钢铁、化工、建材、石化、有色等重点行业的零碳工业流程再造技术。
碳负排关键技术(负碳)。加强二氧化碳地质利用、二氧化碳高效转化燃料化学品、直接空气二氧化碳捕集、生物炭土壤改良等碳负排技术创新;研究碳负排技术与减缓和适应气候变化之间的协同关系,引领构建生态安全的负排放技术体系;攻关固碳技术核心难点,加强森林、草原、湿地、海洋、土壤、冻土的固碳技术升级,提升生态系统碳汇。

就中国国情而言,电力、钢铁、建筑等行业已成为高耗能和高排放的重点领域,这些行业如何发展低碳技术?
我国高耗能、高排放行业总体可划分为三大领域。
一是电力行业领域目前我国每发一度电要排放二氧化碳0.8—0.9公斤,如果每度电的耗煤量降低1克,全国每年就可减排二氧化碳750万吨。因此,应集中精力加快技术改造,推进火电减排,实施“绿色煤电”计划。这将主要依靠开发煤清洁转化高效利用技术和提高燃煤发电效率实现,其中提高燃煤发电效率能实现15%的减排。目前具有发展前途的高效、洁净的煤发电技术,主要涉及整体煤气化联合循环(IGCC )、循环流化床燃烧(CFBC)等技术。
二是材料和制造领域,主要集中于两大方面:一为金属材料制造。2010年我国粗钢产量将达到6.6亿吨,钢铁工业能源消耗占全国工业总能耗的1/4,每生产1吨钢,采用高炉工艺将排放2吨二氧化碳,电炉工艺排放1吨二氧化碳。钢铁工业必须将控制总量、淘汰落后和技术改造结合起来,推动节能减排。二为高分子材料,2009年,我国生产塑料达4000万吨,如果以石油路线制备的高分子材料为例,有估算每生产1吨塑料,需消耗2-5吨原油,排放二氧化碳4-8吨。因此,一方面要大力发展新型稳定化技术,提高材料服役寿命,从而节省石化资源,降低温室气体排放量。另一方面可通过应用生物基及生物降解塑料技术,直接以可再生资源替代石化资源,同时加快发展高效的回收利用新技术。如果从原料到回收处理形成产业链,以年产1000万吨生物基材料为例,单位产品就可减少二氧化碳排放40%以上。

图1:中国粗钢年产量及增速(单位:万吨,%)

资料来源:Wind资讯,远东资信整理

 

图2:粗钢主要生产工艺路线
资料来源:国际钢铁协会,远东资信整理

图4:钢铁-化工-氢能一体化网络集成智能制造
资料来源:东北大学钢铁前沿技术研究院,远东资信整理

钢铁行业相关的节能技术装备目录

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三是建筑领域,目前城市碳排放的60%来源于建筑维持功能本身,构建绿色建筑技术体系、发展低碳建筑极其重要,其关键是建筑规划设计、建造、使用、运行、维护、拆除和重新利用全过程的低碳控制优化。如在建造环节,可利用屋顶光伏发电技术,实现自然光和灯光照明有效整合,可通过建造无动力屋顶通风设备,调节风流风速并带动风机发电;在使用环节,可通过种植屋顶花草建造“绿色屋顶”,不仅可达到降温效果节省空调电力,还能吸收大气污染物;在拆除环节,可通过有效回收利用建筑废弃物,防止发生二次污染。
根据中国建筑节能协会发布《中国建筑能耗研究报告(2020)》。《研究报告》对建筑全过程能耗和碳排放的测算方法、数据分析以及碳中和目标下建筑碳排放情景进行了介绍。

《研究报告》显示,2005-2018年期间建筑全过程能耗比重呈现上升趋势,碳排放比重呈现下降趋势。2000-2018年全国能耗重心南移0.9度(纬度),碳排放重心南移1.1度(纬度),移动趋势较为明显。

建筑全过程能耗和碳排放测算:

 

建筑全过程能耗和碳排和数据分析:

 

碳中和目标下建筑碳排放情景:

 

文章来源 | 《北大金融评论》、泛能源大数据知识服务等

  

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