碳中和未來(lái)技術(shù)突破會(huì)怎樣

1、正文目錄 HYPERLINK l _TOC_250023 碳中和是能源革命，也是技術(shù)革命 4 HYPERLINK l _TOC_250022 碳減排的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域有哪些 5 HYPERLINK l _TOC_250021 電力部門 6 HYPERLINK l _TOC_250020 傳統(tǒng)火電廠“智能化” 6 HYPERLINK l _TOC_250019 可再生能源成為主力電源 6 HYPERLINK l _TOC_250018 IGBT 技術(shù)助力新能源發(fā)電 7 HYPERLINK l _TOC_250017 工業(yè)部門 8 HYPERLINK l _TOC_250016 鋼鐵行業(yè)短煉鋼促

2、進(jìn)生產(chǎn)減碳，綠氫煉鋼實(shí)現(xiàn)深度脫碳 8 HYPERLINK l _TOC_250015 水泥行業(yè)積極替代傳統(tǒng)化石燃料和石灰石熟料 9 HYPERLINK l _TOC_250014 化工品行業(yè)大力發(fā)展氫化工，探索生物基高分子材料 10 HYPERLINK l _TOC_250013 交運(yùn)部門 10 HYPERLINK l _TOC_250012 短途交運(yùn)全面電動(dòng)化 10 HYPERLINK l _TOC_250011 長(zhǎng)途交運(yùn)新燃料替代 11 HYPERLINK l _TOC_250010 大數(shù)據(jù)提升交運(yùn)能效 11 HYPERLINK l _TOC_250009 建筑部門 11 HYPERLIN

3、K l _TOC_250008 因地制宜實(shí)施采暖脫碳 12 HYPERLINK l _TOC_250007 裝配式建筑減少建筑施工環(huán)節(jié)碳排放 12 HYPERLINK l _TOC_250006 借助綠色材料實(shí)現(xiàn)零碳建造 12 HYPERLINK l _TOC_250005 CCUS 是未來(lái)碳中和重要的創(chuàng)新領(lǐng)域 13 HYPERLINK l _TOC_250004 CCUS 是什么？ 13 HYPERLINK l _TOC_250003 CCUS 在哪些領(lǐng)域有應(yīng)用？ 14 HYPERLINK l _TOC_250002 未來(lái) CCUS 技術(shù)如何創(chuàng)新？ 15 HYPERLINK l _TOC_2

4、50001 碳中和技術(shù)創(chuàng)新將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活 18 HYPERLINK l _TOC_250000 風(fēng)險(xiǎn)提示 18圖表目錄圖 1：中國(guó)是世界 CO2 排放總量第一大國(guó)（單位：百萬(wàn)噸當(dāng)量） 4圖 2：碳排放較多行業(yè)：電力、鋼鐵、非金屬制品、化工、交運(yùn) 5圖 3：用電量較多行業(yè)：鋼鐵、有色、化工、水泥 5圖 4：可再生能源瓶頸解決方案：儲(chǔ)能、特高壓、分布式光伏 6圖 5：歐洲氫能路線圖 11圖 6：CCUS 的具體應(yīng)用流程 13圖 7：2019-2050 年各部門電力和工業(yè)設(shè)施 CO2 排放量（百萬(wàn)噸） 14圖 8：2019-2050 年各部門電力和工業(yè)設(shè)施 CO2 累積排放量（百萬(wàn)噸） 14圖

5、 9：2019 年按部門和初始二氧化碳濃度劃分 CO2 捕獲成本 15圖 10：當(dāng)前美國(guó)碳運(yùn)輸管網(wǎng)的分布情況 16圖 11：各地區(qū) CO2 的理論儲(chǔ)量和累積儲(chǔ)量 17表 1：儲(chǔ)能技術(shù)一覽 7表 2：IGBT 在電力部門的應(yīng)用 7表 3：制氫技術(shù)比較 9表 4：不同替代原料脫碳效果對(duì)比 9表 5：主要熱泵系統(tǒng)比較 12表 6：裝配式建筑與現(xiàn)澆式建筑對(duì)比 12表 7：2020 年大型商用 CCUS 項(xiàng)目 14表 8：世界 CO2 運(yùn)輸管道系統(tǒng) 16碳中和是能源革命，也是技術(shù)革命“碳中和”背后孕育著一次百年級(jí)別的能源革命，其中必然伴隨著大量的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新，人類的生產(chǎn)生活也將因此發(fā)生深刻變化。要實(shí)現(xiàn)

6、 2030 年碳達(dá)峰和 2060 年碳中和，中國(guó)面臨著巨大的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，技術(shù)突破是實(shí)現(xiàn)碳中和的必然要求。其一，我國(guó)二氧化碳排放總量巨大。中國(guó)是世界二氧化碳第一排放大國(guó)，排放量超過(guò)美國(guó)、歐盟、日本的總和，實(shí)現(xiàn)碳中和所需的碳減排量遠(yuǎn)高于其他國(guó)家。其二，我國(guó)“碳中和”的時(shí)間安排更加緊湊。中國(guó)從“達(dá)峰”到“中和”之間僅有 30 年時(shí)間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于發(fā)達(dá)國(guó)家安排。以德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)為代表的歐洲國(guó)家于上世紀(jì) 80年代末、90 年代初已實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，美國(guó) 2007 年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，日本 2013 年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，距離 2050 年碳中和目標(biāo)有 3760 年的過(guò)渡期。圖 1：中國(guó)是世界 CO2 排放總量第一大國(guó)（單位：百

7、萬(wàn)噸當(dāng)量）1210864201970歐盟美國(guó)日本中國(guó)印度197519801985199019952000200520102015資料來(lái)源：IEA，“碳中和”時(shí)間表緊湊，為了實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，未來(lái)碳權(quán)價(jià)格必然會(huì)逐年走高。購(gòu)買碳權(quán)會(huì)增加額外的企業(yè)成本，碳減排技術(shù)進(jìn)步較慢的企業(yè)將面臨被時(shí)代淘汰的命運(yùn)。從另外一個(gè)角度看，對(duì)于技術(shù)改造較快、技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，多余的碳權(quán)配額成為了其不斷增值的稀缺資產(chǎn)。因此，企業(yè)通過(guò)自主研發(fā)減少碳排放或增加碳吸收的動(dòng)力很強(qiáng)，綠色轉(zhuǎn)型是企業(yè)生存下去的必經(jīng)之路。如何實(shí)現(xiàn)碳中和？根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）提供的定義，碳中和，即凈零二氧化碳排放，是指在特定

8、時(shí)期內(nèi)全球人為二氧化碳排放量等于二氧化碳消除量。用公式可表示為：碳排放 植物碳匯 人工碳匯 = 0因此，實(shí)現(xiàn)碳中和，從技術(shù)層面出發(fā)，需要各行業(yè)通過(guò)技術(shù)改造、升級(jí)或創(chuàng)新盡量減少碳排放，或者利用 CCUS（碳捕捉、應(yīng)用與儲(chǔ)存）技術(shù)進(jìn)行人工碳匯。 碳減排方面重點(diǎn)關(guān)注二氧化碳高排放行業(yè)，包括電力部門、工業(yè)部門、交運(yùn)部門和建筑部門，之后會(huì)逐一分析四個(gè)部門的碳減排技術(shù)方案。CCUS 則是實(shí)現(xiàn)碳中和的另一重要保障，一方面 CCUS 技術(shù)可以參與到上述碳排放大戶的節(jié)能減排方案之中，另一方面可以直接從空氣中捕捉二氧化碳，作為碳中和的最終保障。碳減排的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域有哪些中國(guó)碳排放主要通過(guò)生產(chǎn)端的直接排放和消

9、費(fèi)端的間接排放兩個(gè)渠道，直接排放指通過(guò)燃燒化石燃料排放，間接排放指通過(guò)耗電間接排放?？紤]直接排放和間接排放兩個(gè)渠道，我們把中國(guó)“碳排放大戶”分為四類，包括電力部門、工業(yè)部門、交運(yùn)部門和建筑部門。實(shí)現(xiàn)碳中和，上述四個(gè)部門亟需進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造和零碳生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新。圖 2：碳排放較多行業(yè)：電力、鋼鐵、非金屬制品、化工、交運(yùn)圖 3：用電量較多行業(yè)：鋼鐵、有色、化工、水泥碳排放量行業(yè)占比電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)非金屬礦制品業(yè)運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、郵電服務(wù)業(yè)化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)其他2017年15%10%用電量占比:化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)(%)用電量占比:黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)(%)用電

10、量占比:有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)(%)用電量占比:非金屬礦物制品業(yè):水泥制造（%）2011年5%2006年2006-102007-082008-062009-042010-022010-122011-102012-082013-062014-042015-022015-122016-102017-082018-062019-042020-022020-122000年0%0%20%40%60%80%100%資料來(lái)源：Wind, 資料來(lái)源：Wind, 電力部門綠色轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)碳中和的基礎(chǔ)。電力生產(chǎn)低碳化有兩種方式：一方面，對(duì)現(xiàn)有發(fā)電企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，提高能源利用效率，包括熱點(diǎn)解耦、低壓穩(wěn)燃等傳統(tǒng)技改

11、，以及利用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等進(jìn)行智能化改造；另一方面，尋求以太陽(yáng)能、風(fēng)能為代表的可再生能源進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電力的零碳生產(chǎn)，除了利用光伏、風(fēng)能等清潔能源進(jìn)行發(fā)電之外，電力的儲(chǔ)存和運(yùn)輸也至關(guān)重要。工業(yè)部門深度脫碳是實(shí)現(xiàn)碳中和的重中之重。對(duì)于鋼鐵行業(yè)而言，要大力發(fā)展短流程電爐煉鋼，研發(fā)綠氫煉鋼流程，并利用碳捕捉技術(shù)清除化石燃料產(chǎn)生的碳排放；對(duì)于水泥生產(chǎn)而言，一方面需要燃料端實(shí)現(xiàn)零碳排放，比如利用綠氫、生物質(zhì)燃料等替代傳統(tǒng)化石燃料，另一方面需要積極探尋水泥原料石灰石的替代品，徹底解決石灰石煅燒過(guò)程中的大量碳排放問(wèn)題；對(duì)于化工行業(yè)而言，應(yīng)大力發(fā)展氫化工，實(shí)現(xiàn)對(duì)化石能源的替代，另外積極探索生物基高分

12、子材料替代化纖、塑料、橡膠等石化基材料。交運(yùn)部門碳排放占比不斷增加，需要加強(qiáng)化石能源替代速率。加快短途交通電動(dòng)化進(jìn)程，進(jìn)一步提升新能源電池的能量密度和充電速度，推廣光伏充電樁一體化的新型建筑配電系統(tǒng)；航空、船舶、鐵路等長(zhǎng)途交通嘗試使用氫能、生物質(zhì)燃料、液態(tài)氨等燃料替代傳統(tǒng)化石燃料。另外，利用并發(fā)展大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建智慧城市交通體系，從宏觀層面減少通行里程和道路擁堵。建筑部門是碳排放量最高的終端消費(fèi)來(lái)源，包括住戶供暖制冷的直接排放、建筑施工環(huán)節(jié)的直接排放以及建材生產(chǎn)過(guò)程中的間接排放。其一，供暖設(shè)備脫碳，使用熱泵技術(shù)或積極探索生物質(zhì)能、地?zé)崮艿裙┡夹g(shù)；其二，建筑施工環(huán)節(jié)使用裝配式建筑降低碳排放；其

13、三，借助工業(yè)脫碳技術(shù)或新材料的替代實(shí)現(xiàn)零碳建造。電力部門電力部門綠色轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)碳中和的基礎(chǔ)。作為二次能源，電力是一種效率高且零排放的清潔能源，但目前電力生產(chǎn)過(guò)程涉及大量二氧化碳排放。因此，實(shí)現(xiàn)“碳中和”有兩大關(guān)鍵步驟：其一，電力生產(chǎn)低碳化，其二，能源消費(fèi)電氣化。電力生產(chǎn)低碳化有兩種方式：一方面，對(duì)現(xiàn)有發(fā)電企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造；另一方面，尋求以太陽(yáng)能、風(fēng)能為代表的可再生能源進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電力的零碳生產(chǎn)。傳統(tǒng)火電廠“智能化”目前中國(guó)發(fā)電結(jié)構(gòu)以火電為主，對(duì)現(xiàn)有發(fā)電企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造是有效控制二氧化碳排放的重要方式。傳統(tǒng)技改如通過(guò)熱電解耦、低壓穩(wěn)燃等技術(shù)雖然可降低發(fā)電出力水平，但是現(xiàn)有技術(shù)仍存在響應(yīng)靈活性差

14、、機(jī)組損耗高、運(yùn)營(yíng)成本高等問(wèn)題。相較于此，傳統(tǒng)火電廠進(jìn)行數(shù)字化賦能可以全方位減少碳排放、推動(dòng)碳中和。2019 年，南寧國(guó)電公司已經(jīng)成功實(shí)施了 AI 優(yōu)化火力發(fā)電，鍋爐熱效率提高 0.5%?？稍偕茉闯蔀橹髁﹄娫刺贾泻湍繕?biāo)下，未來(lái)以風(fēng)能、光伏為代表的可再生能源將成為主力能源。近幾年，風(fēng)能、光伏生產(chǎn)成本不斷降低，新能源行業(yè)從補(bǔ)貼期邁入盈利期，但相較于傳統(tǒng)火電，“風(fēng)光產(chǎn)業(yè)”有兩大問(wèn)題亟待解決：時(shí)間錯(cuò)配和空間錯(cuò)配。圖 4：可再生能源瓶頸解決方案：儲(chǔ)能、特高壓、分布式光伏資料來(lái)源：Wind, 時(shí)間錯(cuò)配是指太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等新能源具有季節(jié)性和隨機(jī)性，舉例說(shuō)明，北方地區(qū)冬季太陽(yáng)能的發(fā)電量只有夏季的 10%

15、左右解決時(shí)間錯(cuò)配問(wèn)題需要低成本的綠色儲(chǔ)能技術(shù)。空間錯(cuò)配指的是可再生能源的地域分布不均，日照長(zhǎng)度、風(fēng)力強(qiáng)度在全國(guó)各地的分布并不均勻，需要通過(guò)高效的能源運(yùn)輸技術(shù)實(shí)現(xiàn) 2.0 版本的“西電東送”?？偠灾磥?lái)可再生能源發(fā)電重點(diǎn)需要突破儲(chǔ)能和能源運(yùn)輸技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)能夠抑制間歇性可再生能源輸出功率的波動(dòng)，解決新能源在極端天氣下無(wú)法靈活供電的問(wèn)題，提高供電質(zhì)量、維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定?，F(xiàn)有的儲(chǔ)能方式主要有物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能三大類，其中物理儲(chǔ)能技術(shù)成熟度最高，電化學(xué)儲(chǔ)能在光伏發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用最廣。目前抽水儲(chǔ)能規(guī)模最大，但由于對(duì)地理環(huán)境要求過(guò)高，必須毗鄰水資源，發(fā)展前景弱于以鋰電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能。電化學(xué)儲(chǔ)

16、能的主要代表是技術(shù)已相對(duì)成熟的鋰電池和鉛蓄電池，分布式光伏多采用鉛酸電池，集中式光伏多采用鋰電池。由于鉛蓄電池對(duì)環(huán)境危害較大，鋰電池或?qū)⒊蔀榻鉀Q可再生能源間歇性特征的重要方式，而液流電池持續(xù)放電時(shí)間長(zhǎng)，也將吸引更多的研發(fā)投入。此外，電磁儲(chǔ)能技術(shù)尚處于研發(fā)初期，未來(lái)石墨烯超級(jí)電容器、超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能技術(shù)可能給能源行業(yè)帶來(lái)巨大變革，除了應(yīng)用在可再生能源發(fā)電上，還可能推廣到新能源交通工具方面。表 1：儲(chǔ)能技術(shù)一覽儲(chǔ)能方式分類優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)技術(shù)成熟度飛輪儲(chǔ)能能量密度高，使用壽命長(zhǎng)成本高，噪音大示范推廣物理儲(chǔ)能抽水蓄能規(guī)模最大，成本最低，使用壽命長(zhǎng)能量密度低，對(duì)地理位置成熟依賴度高能量密度低，投資成本壓縮空氣安全

17、性高，使用壽命長(zhǎng)高，響應(yīng)慢示范推廣電磁儲(chǔ)能電化學(xué)儲(chǔ)能超級(jí)電容器 響應(yīng)快，比功率高 成本較高，儲(chǔ)能低 初期超導(dǎo)儲(chǔ)能 響應(yīng)快，比功率高 成本較高，維護(hù)困難 初期鉛蓄電池成本低使用壽命短，有污染 成熟鋰離子電池能量密度高，使用壽命長(zhǎng)成本較高，存在安全隱患示范推廣液流電池持續(xù)放電時(shí)間長(zhǎng)能量密度低初期 鈉硫電池能量密度高，使用壽命長(zhǎng)成本較高，存在安全隱患初期資料來(lái)源：公開資料, 空間錯(cuò)配問(wèn)題，即光照資源豐富的西北地區(qū)與用電需求強(qiáng)勁的中東部地區(qū)之間的供需錯(cuò)配問(wèn)題。一方面，我們可以通過(guò)建設(shè)高效的能源運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)（特高壓）實(shí)現(xiàn) 2.0 版本的 “西電東送”；另一方面，我們可以通過(guò)分布式光伏充分利用“頭頂?shù)奶?yáng)”，

18、實(shí)現(xiàn)一定程度上的能源“自給自足”，未來(lái)分布式光伏應(yīng)用布局或?qū)⒊郊惺焦夥?，近年?lái)國(guó)家政策已逐漸向分布式光伏傾斜。IGBT 技術(shù)助力新能源發(fā)電IGBT 也是新能源發(fā)電領(lǐng)域的重要技術(shù)方向，可以降低發(fā)電、運(yùn)電及電力設(shè)備運(yùn)行中的電力損耗，起到節(jié)能的效果，是緩解碳排放的有效手段。風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電都需要 IGBT 器件制造的整流器和逆變器。但是我國(guó) IGBT 技術(shù)尚不成熟，特別是高端器件與發(fā)達(dá)國(guó)家差距大，IGBT 芯片設(shè)計(jì)制造、模塊封裝、失效分析、測(cè)試等核心技術(shù)被發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)握住命脈。加上該技術(shù)對(duì)設(shè)備專業(yè)化程度要求高，目前市場(chǎng)供需缺口較大。表 2：IGBT 在電力部門的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域舉例發(fā)電

19、端光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電整流器、逆變器輸電端特高壓FACTS 柔性輸電技術(shù)變電端換流器電子電力變壓器（PET）用電端家用電器家用白電、微波爐、LED 照明驅(qū)動(dòng)資料來(lái)源：公開資料整理，工業(yè)部門工業(yè)部門是我國(guó)能源最終消費(fèi)的主要部門，工業(yè)部門深度脫碳是實(shí)現(xiàn)碳中和的重中之重。IEA 數(shù)據(jù)顯示，2018 年我國(guó)工業(yè)過(guò)程直接碳排放和因工業(yè)部門使用電力間接排放的二氧化碳占比高達(dá) 58.6%，其中鋼鐵、水泥、電解鋁、化工等高能耗行業(yè)貢獻(xiàn)較多。鋼鐵行業(yè)方面，要大力發(fā)展短流程電爐煉鋼、研發(fā)綠氫煉鋼流程，并利用碳捕捉技術(shù)清除化石燃料產(chǎn)生的碳排放。水泥生產(chǎn)方面，一方面需要燃料端實(shí)現(xiàn)零碳排放，比如利用綠氫、生物質(zhì)燃料等替代

20、傳統(tǒng)石化燃料，另一方面積極探尋水泥原料石灰石的替代品，徹底解決石灰石煅燒過(guò)程中的碳排放；化工行業(yè)方面，應(yīng)大力發(fā)展氫化工，實(shí)現(xiàn)對(duì)化石能源的替代，另外積極探索生物基高分子材料以替代化纖、塑料、橡膠等石化基材料。鋼鐵行業(yè)短煉鋼促進(jìn)生產(chǎn)減碳，綠氫煉鋼實(shí)現(xiàn)深度脫碳鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和，首先要從生產(chǎn)方式入手，通過(guò)短煉鋼替代長(zhǎng)煉鋼，提高電氣化程度和廢鋼利用率；其次要從能量來(lái)源入手，以綠氫替代化石燃料，將重點(diǎn)放在降低制氫成本、提高存儲(chǔ)及運(yùn)氫技術(shù)的安全性上，實(shí)現(xiàn)深度脫碳。此外，還可以利用碳捕捉技術(shù)清除化石燃料產(chǎn)生的碳排放。生產(chǎn)方式方面，鋼鐵行業(yè)推動(dòng)長(zhǎng)流程鋼廠轉(zhuǎn)型短流程。相對(duì)而言，短流程電氣化程度比長(zhǎng)流程高，噸鋼能

21、耗更低，二氧化碳排放量更低，但由于廢鋼成本和冶煉電耗成本較高，普及率較低，根據(jù)國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2019 年全球電爐法粗鋼產(chǎn)量占比為 27.9%，而中國(guó)的電爐法粗鋼產(chǎn)量占比僅為 10.4%。能量來(lái)源方面，以“綠氫”替代化石燃料作還原劑，可以實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)深度脫碳。無(wú)論是長(zhǎng)流程還是短流程生產(chǎn)，都需要使用煤炭、天然氣等化石燃料作還原劑，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程排放大量二氧化碳。由于氫能具有燃燒性能好、燃燒損耗小、無(wú)毒無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，以綠氫作還原劑可以實(shí)現(xiàn)高效、清潔煉鋼。工業(yè)制氫分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫三種。目前 95%以上的氫能來(lái)自于化工制氫，因?yàn)橹茪溥^(guò)程會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，被稱之為“灰氫”，生產(chǎn)方式包括化石能源制氫

22、、工業(yè)副產(chǎn)氫；化工制氫的過(guò)程中結(jié)合 CCUS 技術(shù)以實(shí)現(xiàn)碳中和的氫氣被稱之“藍(lán)氫”；由可再生能源電解而來(lái)的氫氣完全不產(chǎn)生碳排放，被稱之為“綠氫”，生產(chǎn)方式包括電解水制氫、光解水制氫和生物質(zhì)能制氫等。具體而言，化石能源制氫產(chǎn)量大、成本低，技術(shù)最為成熟，但是碳排放高；電解水制氫較為環(huán)保，但是制氫成本過(guò)高，還處于技術(shù)突破期，無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；磥?lái)發(fā)展方向主要包括質(zhì)子交換膜電解槽（PEM）膜電極材料創(chuàng)新、固態(tài)氧化物電解槽（SOEC）等新技術(shù)路線突破；光解水制氫、生物質(zhì)能制氫零碳排放，但是尚在技術(shù)研發(fā)階段。短期中國(guó)仍以通過(guò)煤制氫配合 CCUS 技術(shù)制造“藍(lán)氫”為主，將工業(yè)副產(chǎn)氫將作為制氫過(guò)渡性方法，長(zhǎng)期將

23、實(shí)現(xiàn)利用可再生能源電解水制氫。表 3：制氫技術(shù)比較制氫種類制氫能源制氫成本優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)技術(shù)成熟度化石能源天然氣（元/kg）13產(chǎn)量大碳排放量較大成熟期制氫煤炭10成本最低有污染成本受原材料價(jià)格波動(dòng)影響工業(yè)氯堿工業(yè)副產(chǎn)氣、8-14成本較低生產(chǎn)規(guī)模小較成熟副產(chǎn)氫煤化工焦?fàn)t煤氣、合成氨尾氣、煉油廠副產(chǎn)尾氣電解水低谷電20純度高成本較高突破期制氫大工業(yè)用電38環(huán)保光解水制氫可再生能源棄電太陽(yáng)能10-過(guò)程簡(jiǎn)單無(wú)污染轉(zhuǎn)化率低研究階段生物質(zhì)能藻類、細(xì)菌-無(wú)污染速度慢研究階段產(chǎn)量高資料來(lái)源：公開資料整理, 水泥行業(yè)積極替代傳統(tǒng)化石燃料和石灰石熟料水泥行業(yè)碳排放主要來(lái)源于兩個(gè)方面，一是水泥生產(chǎn)過(guò)程中所需的高溫由燃燒

24、化石燃料提供，二是煅燒石灰石的化學(xué)過(guò)程直接排放二氧化碳，這兩者分別占碳排放總量的 40%和 60%。因此水泥實(shí)現(xiàn)碳中和，一方面要從燃料端入手，以氫能、生物質(zhì)燃料替代傳統(tǒng)化石燃料，減少供熱過(guò)程碳排放；另一方面要從原料端入手，尋找水泥原料石灰石的替代品，實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)深度減排。燃料端方面，綠氫、生物質(zhì)燃料具有零碳排放特點(diǎn)，能夠有效降低水泥生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放。原料端方面，用非石化基材料替代石灰石原材料有利于實(shí)現(xiàn)深度脫碳。水泥生產(chǎn)過(guò)程分為熟料生產(chǎn)和水泥生產(chǎn)兩個(gè)階段，其中熟料生產(chǎn)中使用石灰石作為原材料，其分解、燃燒產(chǎn)生大量二氧化碳。現(xiàn)階段多使用工業(yè)固廢作為熟料替代品，降低熟料與水泥的比例，如電石渣、石粉、

25、鎂渣、鋼渣、硅鈣渣、高爐礦渣、磚渣等。但是未來(lái)只有用非石化基材料完全替代石灰石原材料，才能真正實(shí)現(xiàn)深度脫碳。表 4：不同替代原料脫碳效果對(duì)比替代原料使用比例單位熟料碳排放減少值（單位：千克）替代率電石渣60%227.560%硅鈣渣30%96.4630%鋼渣4%4.415%資料來(lái)源：劉晶等，應(yīng)用替代原料減少水泥行業(yè) CO2 排放實(shí)例分析, 化工品行業(yè)大力發(fā)展氫化工，探索生物基高分子材料化工行業(yè)對(duì)石油、天然氣等化石能源依賴性強(qiáng)，生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生大量二氧化碳。實(shí)現(xiàn)碳中和，一方面要積極推動(dòng)氫化工，實(shí)現(xiàn)燃料端脫碳；另一方面要推動(dòng)生物基高分子材料替代石化基材料，實(shí)現(xiàn)原料端脫碳。氫化工方面，與鋼鐵、水泥行業(yè)類似

26、，氫化工有利于降低燃料燃燒碳排放。目前氫化工技術(shù)尚在突破階段，未來(lái)技術(shù)突破主要在氫氣制造、儲(chǔ)藏和運(yùn)輸領(lǐng)域。生物基高分子材料方面，化工行業(yè)主要產(chǎn)品包括塑料、合成纖維和合成橡膠，塑料制品中的塑料瓶原料是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET），若用生物基高分子材料（淀粉基生物塑料、聚乳酸（PLA）、聚羥基烷酸酯（PHA）進(jìn)行可降解替代，對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和有利。類似的，化纖原料尼龍的原料聚酰胺（PA）也可用生物基 PA56、PA6 替代。使用生物基高分子材料替代傳統(tǒng)化石燃料應(yīng)用廣泛、前景廣闊，目前生物基高分子材料技術(shù)尚在探索階段。交運(yùn)部門交運(yùn)部門碳排放占比不斷增加，需要加強(qiáng)化石能源替代速率。一方面，短途交運(yùn)應(yīng)推進(jìn)電

27、動(dòng)化進(jìn)程，利用新能源電池作為供能來(lái)源，從而實(shí)現(xiàn)脫碳。這需要進(jìn)一步提升新能源電池的能量密度和充電速度，并推廣光伏充電樁一體化的新型建筑配電系統(tǒng)。另一方面，考慮到電池續(xù)航能力有限，航空、船舶、鐵路等長(zhǎng)途交運(yùn)應(yīng)嘗試使用氫能、生物質(zhì)燃料、液態(tài)氨等燃料替代傳統(tǒng)化石燃料。這需要推進(jìn)配套的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以降低“綠色溢價(jià)”，實(shí)現(xiàn)新燃料的經(jīng)濟(jì)性。此外，利用并發(fā)展大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建智慧城市交通體系，能夠提高能源使用效率，從宏觀層面實(shí)現(xiàn)碳減排。短途交運(yùn)全面電動(dòng)化隨著新能源汽車技術(shù)的不斷成熟，電動(dòng)化是公路交通最具發(fā)展前景的脫碳方式，并有望擴(kuò)大使用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)城市交通、城際鐵路等短途交運(yùn)的全面電動(dòng)化。這需要進(jìn)一步提升新能源

28、電池的能量密度和充電速度，并推廣光伏充電樁一體化的新型建筑配電系統(tǒng)。新能源汽車電動(dòng)化的核心技術(shù)在于電池、電機(jī)和電控。電池方面，中國(guó)動(dòng)力電池規(guī)模和產(chǎn)量均居世界首位，目前基本掌握主流鋰電池等核心技術(shù)，以寧德時(shí)代、比亞迪為代表。電機(jī)方面，中國(guó)企業(yè)已形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，目前主流電機(jī)包括永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)。電控方面，受益于國(guó)家政策扶持，中國(guó)企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)自用，比亞迪、中車在 IGBT 芯片領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先，但是市場(chǎng)滲透率不及國(guó)外品牌。其中，動(dòng)力電池是新能源汽車的“起搏器”，電池技術(shù)突破將降低產(chǎn)業(yè)鏈成本，推動(dòng)短途交運(yùn)電動(dòng)化。動(dòng)力電池主要包括鎳氫電池、鋰離子蓄電池和鉛酸電池，鉛酸電池對(duì)環(huán)境有害，后期可能被逐

29、漸淘汰，鎳氫電池在混動(dòng)車型種應(yīng)用較多，鋰離子電池是新能源汽車動(dòng)力電池主流。具體而言，鋰離子蓄電池中，鈷酸鋰、三元材料由于能量密度高、續(xù)航能力強(qiáng)，故而受到特斯拉青睞，但安全性較低，而我國(guó)新能源汽車多采用錳酸鋰、磷酸鐵鋰等安全性高的材料作為動(dòng)力電池原料。錳酸鋰作為主流動(dòng)力電池，綜合性能最強(qiáng)，未來(lái)有望被重點(diǎn)研究推廣。隨著汽車電力存儲(chǔ)系統(tǒng)升級(jí)，太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源或?qū)⒂糜诎l(fā)電，中國(guó)向?qū)崿F(xiàn)碳中和又邁進(jìn)一步。此外，光伏充電樁一體化的新型建筑配電系統(tǒng)，可滿足新能源電池的充電需求，從而布局新型充電模式，支持城市、城際電動(dòng)化短途交運(yùn)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)作。配套設(shè)施的廣泛建設(shè)也有利于進(jìn)一步降低電動(dòng)化的成本，實(shí)現(xiàn)清潔性和

30、經(jīng)濟(jì)性的共生。長(zhǎng)途交運(yùn)新燃料替代由于電池續(xù)航能力有限、充電間隔時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，長(zhǎng)途交運(yùn)電動(dòng)化實(shí)現(xiàn)難度較大，因此可以嘗試發(fā)展替代燃料，如用氫能、生物質(zhì)、液態(tài)氨等燃料替代傳統(tǒng)化石燃料。這一方面需要在新燃料的清潔制備和穩(wěn)定儲(chǔ)存方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，另一方面還需要推進(jìn)配套的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，實(shí)現(xiàn)新燃料的經(jīng)濟(jì)性和持續(xù)性。氫能燃料有望在長(zhǎng)途或重型運(yùn)輸行業(yè)大放異彩。根據(jù) FCH 歐洲氫能路線圖，氫能在重型卡車、電車和鐵路、公交車和長(zhǎng)途客車、飛機(jī)、輪船領(lǐng)域潛力巨大。氫能具有輕便易攜、能量密度高、加氣時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于長(zhǎng)途或重型運(yùn)輸十分有利。雖然氫氣易泄露，但在行駛狀態(tài)和開闊地帶下，氫氣密度小、易擴(kuò)散，反而很難引起爆炸，

31、安全性明顯高于汽油、甲烷。目前中國(guó)氫燃料電池交通車已投產(chǎn)使用，未來(lái)綠色氫氣可能成為飛機(jī)、火車等交通工具的主要燃料。除了氫氣之外，液態(tài)氨、生物質(zhì)燃料技術(shù)也有進(jìn)步空間。圖 5：歐洲氫能路線圖資料來(lái)源：FCH, 大數(shù)據(jù)提升交運(yùn)能效交運(yùn)部門除了在能源端實(shí)現(xiàn)脫碳，還可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，提高能源使用效率，從宏觀層面實(shí)現(xiàn)碳減排。一方面，利用大數(shù)據(jù)構(gòu)建智慧城市交通體系，全面掌握城市交通狀況，助力城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，優(yōu)化出行安排。另一方面，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，發(fā)展自動(dòng)駕駛、智能車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，推動(dòng)電動(dòng)交運(yùn)工具的人性化服務(wù)體驗(yàn)，從而提高電動(dòng)交運(yùn)工具的市場(chǎng)滲透率，從市場(chǎng)需求端為電動(dòng)化助力。建筑部門建筑部門是碳排放最高的

32、終端消費(fèi)來(lái)源，包括住戶供暖制冷的直接排放、建筑施工環(huán)節(jié)的直接排放以及建材生產(chǎn)過(guò)程中的間接排放。實(shí)現(xiàn)建筑部門的碳中和必須多方舉措、同時(shí)進(jìn)行：其一，供暖設(shè)備脫碳，使用熱泵技術(shù)或積極探索生物質(zhì)能、地?zé)崮艿裙┡夹g(shù)；其二，建筑施工環(huán)節(jié)使用裝配式建筑降低碳排放；其三，借助工業(yè)脫碳技術(shù)或綠色材料的替代實(shí)現(xiàn)零碳建造。因地制宜實(shí)施采暖脫碳一方面，熱泵技術(shù)具有巨大的節(jié)能潛力，是實(shí)現(xiàn)建筑采暖用能電氣化的主要手段。熱泵系統(tǒng)能使低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空調(diào)、供暖、制冷、烘干、熱水等領(lǐng)域。以熱源形式劃分，熱源系統(tǒng)主要包括空氣源熱泵、地源熱泵、水源熱泵等。以地源熱泵為例，熱泵機(jī)組能在冬季從大地吸收熱

33、量，夏季放出熱量，無(wú)污染地向建筑物供冷供熱，且運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低，可廣泛應(yīng)用于各類建筑物。表 5：主要熱泵系統(tǒng)比較水源熱泵系統(tǒng)地源熱泵空氣源熱泵低溫?zé)嵩吹叵滤⒑恿?、湖泊等地表水源或淺 土壤、地下水作為低溫?zé)崾彝饪諝鈱铀丛垂ぷ魈攸c(diǎn)地表水源易獲得，但熱泵機(jī)在冬季COP( 性能系數(shù))較低；土壤、地下水的溫度受氣候的影響很小，可避免空冬季較寒冷或室外空氣較潮濕的地 區(qū)，空氣源熱泵機(jī)組在冬季運(yùn)行時(shí)易淺層水源的水溫受汽化的影響較小， 氣源熱泵冬季運(yùn)行易結(jié)霜 結(jié)霜，使得機(jī)組效率明顯降低機(jī)組在冬季仍可獲得較高的 COP的局限適用地區(qū)建筑附近具有較好水質(zhì)的天然水體較適合我國(guó)北方地區(qū)使用 較適合于在我國(guó)長(zhǎng)江以南

34、地區(qū)使用資料來(lái)源：公開資料整理, 另一方面，推進(jìn)可再生能源供熱的廣泛應(yīng)用，能對(duì)減排脫碳形成積極補(bǔ)充。目前可再生能源供熱相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)主要為高溫型熱泵可靠運(yùn)行、井下高效換熱、中深層地?zé)崮堋叭岵蝗∷遍_發(fā)利用技術(shù)、中深層地下熱水采灌均衡、地?zé)嵛菜毓嗪退幚砑夹g(shù)。未來(lái)相關(guān)政策將進(jìn)一步推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，提高經(jīng)濟(jì)性以實(shí)現(xiàn)存量替代。裝配式建筑減少建筑施工環(huán)節(jié)碳排放碳中和背景下裝配式建筑擁有廣泛的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和政策支持，未來(lái)有望成為建筑行業(yè)減排中和的技術(shù)路線。裝配式建筑是指使用預(yù)制的構(gòu)件和配件建造的建筑。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆住宅相比，裝配式建筑可在建造、裝修、使用等全壽命周期內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)減碳。表 6：裝配式建筑與現(xiàn)

35、澆式建筑對(duì)比裝配式建筑現(xiàn)澆建筑節(jié)省材料：工廠預(yù)制構(gòu)件能回收利用多余材料。搭外架等步驟無(wú)法避免產(chǎn)生浪費(fèi)，且將廢物送往垃圾填埋場(chǎng)會(huì)造成二次污染與浪費(fèi)。提高能源效率：工廠的受控環(huán)境保證了施工精確，接縫緊密，墻體保溫效果更好，提高能源效率。 提高施工效率：工期規(guī)劃更具可控性，且施工不受惡劣天氣等自然環(huán)境的影響，施工效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)式建筑方式。資料來(lái)源：公開資料整理, 借助綠色材料實(shí)現(xiàn)零碳建造現(xiàn)澆建筑的外墻外保溫或外墻內(nèi)保溫性能較差且容易造成墻面裝修脫落。施工裝配機(jī)械化程度低，現(xiàn)場(chǎng)和泥、抹灰、砌墻等濕作業(yè)耗費(fèi)時(shí)間，效率低下。建筑材料是建筑部門碳排放的主要來(lái)源，鋼材、水泥、鋁材等建材的生產(chǎn)均有高排放、高耗能

36、特點(diǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)零碳建造必須大規(guī)模應(yīng)用新一代綠色材料，除了上文提到的綠氫煉鋼和低碳水泥技術(shù)之外，還包括環(huán)保型木質(zhì)復(fù)合、金屬?gòu)?fù)合、優(yōu)質(zhì)化學(xué)建材及新型建筑陶瓷等綠色建材。另外，建材行業(yè)消納廢棄物能力較強(qiáng)，應(yīng)進(jìn)一步提升工業(yè)副產(chǎn)品在建筑材料領(lǐng)域的循環(huán)利用率和利廢技術(shù)水平。CCUS 是未來(lái)碳中和重要的創(chuàng)新領(lǐng)域CCUS 是什么？CCUS 全稱是 Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS)，即碳捕捉、應(yīng)用與儲(chǔ)存。顧名思義，CCUS 是在碳中和領(lǐng)域一套重要的技術(shù)組合，包括如何從發(fā)電廠、使用化石能源的工業(yè)設(shè)備甚至空氣中捕獲以二氧化碳為代表的含碳廢氣，而后對(duì)其進(jìn)

37、行循環(huán)利用或者選擇安全的方式對(duì)捕獲的碳進(jìn)行永久儲(chǔ)存（儲(chǔ)存方式比如注入地殼深層）。此外，如何對(duì)碳?xì)怏w進(jìn)行壓縮和運(yùn)輸也是該技術(shù)組合中的關(guān)鍵。圖 6：CCUS 的具體應(yīng)用流程資料來(lái)源：IEA,當(dāng)前對(duì) CCUS 的投資顯著不足，每年的投資額在全球清潔能源技術(shù)投資中占比不到 0.5%。伴隨技術(shù)的進(jìn)步，全球范圍內(nèi)對(duì) CCUS 的投資熱情正在逐漸增加，自 2017 年以來(lái)全年范圍內(nèi)宣布了超過(guò) 30 個(gè) CCUS 基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)計(jì)劃，主要分布在美國(guó)和歐洲，在澳大利亞、中國(guó)、韓國(guó)、中東和新西蘭也有類似的項(xiàng)目計(jì)劃，總投資規(guī)模接近 270 億美元。上述計(jì)劃的投資方向涵蓋發(fā)電、水泥、氫氣等設(shè)施領(lǐng)域，全部投產(chǎn)后預(yù)計(jì)可以

38、將全球范圍內(nèi)的碳捕捉規(guī)模在當(dāng)前每年 4000 萬(wàn)噸的規(guī)模上實(shí)現(xiàn)翻一番。國(guó)家美國(guó)項(xiàng)目Shute Creek 氣體處理運(yùn)行時(shí)間1986CO2 來(lái)源主要存儲(chǔ)類型（百萬(wàn)噸/年）提高石油采收天然氣處理 7.0設(shè)施率（EOR）挪威Sleipner CO2 存儲(chǔ)項(xiàng)目1996天然氣處理1.0專用Great Plains 合成燃料提高石油采收美國(guó)/加拿大2000合成燃料、天然氣3.0公司率（EOR）美國(guó)世紀(jì)工廠2010天然氣處理提高石油采收8.4巴西巴西石油公司桑托斯2013天然氣處理率（EOR）提高石油采收3.0盆地鹽下油田 CCS率（EOR）加拿大邊界大壩 CCS2014發(fā)電（煤）提高石油采收1.0率（EO

39、R）美國(guó)伊利諾伊州工業(yè)2017乙醇生產(chǎn)1.0專用中國(guó)吉林油田 CO2-EOR2018天然氣處理提高石油采收0.6率（EOR）澳大利亞Gorgon 二氧化碳注入2019天然氣處理3.4-4.0專用由 West Sturgeon提高石油采收加拿大Refinery 提供 CO2 流2020制氫1.2-1.4率（EOR）的 ACTL表 7：2020 年大型商用 CCUS 項(xiàng)目CO2 捕集能力資料來(lái)源：IEA, CCUS 在哪些領(lǐng)域有應(yīng)用？CCUS 具體可以通過(guò)以下幾種渠道促進(jìn)碳中和：一是解決現(xiàn)有能源設(shè)施的碳排放問(wèn)題?？梢酝ㄟ^(guò) CCUS 對(duì)現(xiàn)有的發(fā)電廠和工廠進(jìn)行改造并減少其碳排放。根據(jù) IEA 估算，全

40、球當(dāng)前的能源設(shè)備在它們的剩余生命周期內(nèi)還能排放 6000 億噸二氧化碳（相當(dāng)于當(dāng)前每年碳排放量的 20 倍）。典型部門如煤炭，2019年全球 1/3 的碳排放來(lái)自于煤炭排放，其中 60%的設(shè)備在 2050 年仍將處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)且多數(shù)設(shè)備位于我國(guó)（我國(guó)煤炭設(shè)備的平均剩余壽命約為 13 年）。對(duì)于這類部門，積極運(yùn)用 CCUS 是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排為數(shù)不多的技術(shù)解決方案。圖 7：2019-2050 年各部門電力和工業(yè)設(shè)施 CO2 排放量（百萬(wàn)噸）圖 8：2019-2050 年各部門電力和工業(yè)設(shè)施 CO2 累積排放量（百萬(wàn)噸）電力工業(yè)運(yùn)輸建筑電力工業(yè)運(yùn)輸建筑16141210864202019203020402

41、0504003503002502001501005002019-2050資料來(lái)源：IEA, 資料來(lái)源：IEA, 二是重工業(yè)占全球二氧化碳排放量的 20%，而 CCUS 是攻克工業(yè)領(lǐng)域碳減排的核心技術(shù)手段。CCUS 當(dāng)前主要應(yīng)用于天然氣以及化肥生產(chǎn)領(lǐng)域，原因是這些領(lǐng)域當(dāng)前可以以較低的成本捕獲碳?xì)怏w。在其他重工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，CCUS 已經(jīng)是最具性價(jià)比的減排手段，但當(dāng)前使用深度仍然顯著不足，例如 CCUS 是水泥生產(chǎn)領(lǐng)域深度減排的唯一技術(shù)解決方案，也是目前實(shí)際應(yīng)用中減少鋼鐵和化工領(lǐng)域排放最具性價(jià)比的技術(shù)手段。三是在二氧化碳和氫氣的合成燃料領(lǐng)域有重要應(yīng)用，根據(jù)國(guó)際能源署的可持續(xù)發(fā)展設(shè)想，CCUS 是生產(chǎn)

42、低碳?xì)錃獾膬煞N主要方法之一；到 2070 年，可持續(xù)發(fā)展情景下全球的氫氣使用量將增加 7 倍，達(dá)到 5.2 億噸。其中 60%將源自水電解，40%將源自于配備了 CCUS 設(shè)備的化石燃料生產(chǎn)設(shè)備。如果全球在 2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和，則 CCUS 的投資規(guī)模至少需要在當(dāng)前的規(guī)劃基礎(chǔ)上增加 50%。四是從空氣中捕獲二氧化碳，根據(jù)國(guó)際能源署的中性預(yù)測(cè)，當(dāng)全球?qū)崿F(xiàn)碳中和后，以交通和工業(yè)為主的部門仍將產(chǎn)生 29 億噸的碳排放，這部分排放必須依靠從空氣或生物能源中捕獲二氧化碳并進(jìn)行儲(chǔ)存處理的方式才能抵消。當(dāng)前已經(jīng)有小部分設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，弊端在于成本過(guò)高需要通過(guò)技術(shù)進(jìn)步的方式改善。未來(lái) CCUS 技術(shù)如何

43、創(chuàng)新？未來(lái)在 CCUS 中的技術(shù)創(chuàng)新預(yù)計(jì)將圍繞捕獲、運(yùn)輸、存儲(chǔ)和應(yīng)用四大核心領(lǐng)域開展。一是捕獲方面，當(dāng)前碳捕獲的主要技術(shù)有化學(xué)吸收和物理隔離。化學(xué)吸收分兩個(gè)環(huán)節(jié)，首先使用可以吸收二氧化碳的化學(xué)溶劑捕獲含二氧化碳等多種化學(xué)物質(zhì)的氣體，此后在溶劑中分離出純凈的二氧化碳。這一技術(shù)目前在全球范圍的多個(gè) CCUS 設(shè)施中廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用于發(fā)電廠和工業(yè)設(shè)施。物理隔離則是利用活性炭、氧化鋁、金屬氧化物或沸石等物質(zhì)吸收含二氧化碳的氣體，而后通過(guò)溫度或壓力調(diào)節(jié)釋放純凈的二氧化碳，該技術(shù)主要應(yīng)用于天然氣廠。圖 9：2019 年按部門和初始二氧化碳濃度劃分 CO2 捕獲成本天然氣處理煤炭化工氨 生物乙醇環(huán)氧乙烷氫

44、（SMR）僅壓縮鋼鐵生產(chǎn)水泥發(fā)電直接空氣捕捉低二氧化碳濃度高二氧化碳濃度1060110160210260310360資料來(lái)源：IEA,此外，還有膜分離、鈣循環(huán)、化學(xué)循環(huán)等技術(shù)正在探索之中，未來(lái)可能成為重要的創(chuàng)新方向。膜分離技術(shù)的基礎(chǔ)是選擇性捕獲二氧化碳?xì)怏w的化合物裝置，可以高效的捕獲和分離二氧化碳?xì)怏w，目前美國(guó)國(guó)家碳捕獲中心、天然氣技術(shù)協(xié)會(huì)、能源部能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室正在加速研發(fā)多種膜分離技術(shù)。鈣循環(huán)也是一種新型碳捕獲技術(shù)，使用生石灰（CaO）作為吸附劑來(lái)捕獲二氧化碳并形成碳酸鈣（CaCO3），隨后碳酸鈣進(jìn)行分解產(chǎn)生生石灰和純凈的二氧化碳，前者可以進(jìn)行循環(huán)利用，這一技術(shù)在鋼鐵和水泥生產(chǎn)領(lǐng)域有較好的應(yīng)

45、用前景?；瘜W(xué)循環(huán)是使用金屬氧化物對(duì)碳?xì)怏w進(jìn)行捕捉的技術(shù)，在煤炭、天然氣和石油等能源領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用空間。碳捕獲技術(shù)的最大難點(diǎn)在于根據(jù)二氧化碳濃度、操作壓力、溫度、氣體的流速以及設(shè)備成本選擇合適的技術(shù)解決方案，伴隨著捕獲技術(shù)的不斷創(chuàng)新，未來(lái)碳捕獲的能力和效率將進(jìn)一步提升。二是運(yùn)輸方面，建立安全可靠的基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)輸二氧化碳是 CCUS 的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前最主要的運(yùn)輸手段是管道，其次是船舶（采用液化的方式運(yùn)輸）；當(dāng)前北美已經(jīng)有了總長(zhǎng)超過(guò) 8000 公里的二氧化碳運(yùn)輸管網(wǎng)。這一領(lǐng)域的創(chuàng)新方向主要是對(duì)現(xiàn)有的油氣運(yùn)輸管道進(jìn)行評(píng)估和改造再利用，改造成本往往比新建管道的成本更低。根據(jù) IEA 估算，改造現(xiàn)有管道所需

46、的投資估計(jì)為新建管道成本的 1-10%。這一領(lǐng)域的技術(shù)難點(diǎn)在于如何增加老管道的抗壓能力。石油或天然氣運(yùn)輸要求的壓強(qiáng)較低，二氧化碳運(yùn)輸要求的壓強(qiáng)較高，需要通過(guò)進(jìn)一步創(chuàng)新解決這一技術(shù)難點(diǎn)。圖 10：當(dāng)前美國(guó)碳運(yùn)輸管網(wǎng)的分布情況資料來(lái)源：IEA,表 8：世界 CO2 運(yùn)輸管道系統(tǒng)國(guó)家系統(tǒng)長(zhǎng)度（千米）運(yùn)輸能力（百萬(wàn)噸/年）Permian 盆地（西德克薩斯州，新墨西哥州，科羅拉多州）墨西哥灣沿岸（密西西比州，路易斯安那州，東德克薩斯州）美國(guó)落基山脈（科羅拉多州，懷俄明州，蒙大拿州）Midcontinent（俄克拉何馬州,堪薩斯州）418011901175770加拿大阿爾伯塔碳干線240 14.6Quest84 1.2Sasketchewan66 1.2Weyburn330 2挪威Hammerfest1530.7荷蘭Rotterdam850.4阿聯(lián)酋阿布扎比45沙特阿拉伯Uthmaniyah85資料來(lái)源：IEA, 三是碳利用方面的技術(shù)創(chuàng)新。全球當(dāng)前每年二氧化碳消費(fèi)量約 2.3 億噸，最大的消費(fèi)行業(yè)是化肥生產(chǎn)業(yè)，每年二氧化碳消費(fèi)量約 1.3 億噸；其次是石油和天然氣行業(yè)，為提高石油采收率每年消費(fèi)二氧化碳約 7000-8000 萬(wàn)噸。未來(lái)應(yīng)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新開辟更多二氧化碳的利用途徑。第一個(gè)創(chuàng)新方向是進(jìn)一步完善將碳和氫氣一起用于生產(chǎn)碳?xì)浜铣扇剂系募夹g(shù)，目前正在運(yùn)行的最大工廠是