碳中和，技术“先手棋”如何落子
发布时间：2021-07-26 来源： 阅读次数：1147
7月16日，发电行业全国碳排放权交易市场正式上线。这意味着，支持我国“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”的目标愿景实现的重要工具快速落地。国务院常务会议指出，这一设立支持碳减排货币政策工具的举措，将以稳步有序、精准直达的方式，支持清洁能源、节能环保、碳减排技术的发展。
正如中国工程院院长李晓红所言，“碳达峰碳中和是一场关于新技术、新市场的赛跑，是中国第一次真正意义上在变革中与发达国家同场竞技。”
在许多业内专家看来，严控化石能源、大力发展非化石能源、优化产能结构……在实现碳达峰碳中和的一个个“小目标”中，首先迎来的将是一场技术革命。在能源、电力、交通、环保、生态乃至建筑等多个领域，科技创新这招“先手棋”如何谋篇落子，将是这场“大考”的开局关键。
能源深度转型凸显技术依赖
从20世纪90年代初签署《联合国气候变化框架公约》开始，在减碳方面，我国作出了持续的努力。与1990年相比，2020年我国单位GDP二氧化碳排放强度降幅超过90%。煤炭在一次能源中所占的比例，从1990年的76.2%下降到了2020年的57.7%。非化石能源占比稳步上升，到2019年已超过15%。
减碳也同时支持了PM2.5浓度的大幅降低。从2013年开始，国家大幅度推进治理大气污染行动，到2020年，全国300多个城市PM2.5的平均浓度下降了46%。大气污染治理和减碳行动取得了协同增效的成果。 “然而，如果我们还延续过去以末端治理为主的控制路径，那么未来十年，我们减排大气污染物的潜力将基本耗尽。”中国工程院院士、清华大学环境学院教授贺克斌说，“因此，我们选择在碳中和目标下，实现深度能源转型。” 贺克斌介绍，据测算，我国2020年二氧化碳总排放量约104亿吨，到2030年前达峰，预计达到110亿吨左右，仅略有增长。而我国的碳汇能够吸收碳的能力大概是10亿吨左右。由此推算，如果要在2060年前实现碳中和，则意味着超过90%的碳排放量要减下来。作为碳排放的绝对“主力”，“解绑”化石能源依赖势在必行。
“这凸显出未来对技术的依赖和需求。”贺克斌指出，截至2020年年底，已经有100多个国家或地区提出了碳中和承诺。在这一目标推进下，世界经济发展将从资源依赖型向技术依赖型转变。
他分析，目前，全球经济高度依赖化石能源，但是化石能源的地域分布极度不均匀。例如，煤炭储量最多的前五个国家拥有全球煤炭75%的储藏量。这使得拥有资源的国家在发展上存在明显优势。然而，在碳中和的目标要求下，各国将大幅度提升非化石能源的比例，如风能、太阳能、水能和核能。其中，风能、太阳能占比相对更高。而全球风、光资源分布相对均匀，因此，“谁能够更好地掌握抓取风、光资源，即开发出大规模应用风电、光伏电的领先技术体系，谁就获得了长期经济发展支撑能力的提升。” 而这个备受依赖的技术体系，恰好是一个新生的竞技场。国际能源署IEA2021年作出的技术评估显示，在全球能源行业的路线图里，2050年实现碳净零排放的关键技术中，尚有50%未成熟，如智能充电技术，需要进一步研发提升。“在碳中和问题上，‘技术为王’将得到充分体现，谁在技术上走到前面，谁就会在未来国际竞争中取得优势。”中国科学院院士丁仲礼说。
节能提效前沿技术需求迫切
不久前，在宁夏的茫茫戈壁上，全球最大的太阳能电解水制氢项目正式投产。在前沿技术的“加持”下，通过太阳能生产电能，通过电解水制取出氢和氧，再用氢替代煤作为原料、氧替代煤作为燃料，直供化工系统生产聚乙烯等上百种高端化工产品，这里形成了一条完整的碳中和产业链。
在中国工程院院士杜祥琬看来，这样的技术变革将随着碳中和的推进发生在经济社会的方方面面，其中，节能、提效是战略之首。杜祥琬介绍，在节煤方面，有赖不断迭代的技术支持，我国煤电发电煤耗有望降至289克标准煤/千瓦时，燃煤工业锅炉将采用高效、低排放的煤粉炉，热效率可由65%提升至90%，钢铁、建材、化工等单位产品煤耗也应达到国际先进水平，居民和服务业燃煤炉灶也将推广采用热效率70%以上的新型炉灶，“经计算，以上每一项均可有效节约1亿吨以上的标准煤。”
发展非化石能源，风能、光能、水能、核能也将逐步走上电力主场。目前，我国水电、风电、光伏发电累计装机容量均居世界首位，在技术应用上已相对成熟。“从成本上看，水电、风电明显比火电便宜，太阳光伏发电的成本目前已不到煤炭发电成本的三分之一，这些可再生能源的竞争性可谓突飞猛进。”中国社科院学部委员、国家气候变化专家委员会委员潘家华说。
然而，我国目前的电力系统仍是基于传统的交流电网，发电不论是基于水电还是火电，都是可控的。未来若大规模使用风、光等发电能源，由于其受天气、季节、昼夜影响，虽取之不尽，但发电量的不确定性也大大增加，这就催生了对高度智能化、可调控的电网或虚拟电厂和先进储能设备系统的迫切技术需求，更有望拉动相关产业的迅速发展。
此外，生物质能也展现出一定的能源潜力，亟待技术开发。中国工程院院士、清华大学建筑学院教授江亿介绍，我国可开发的生物质能源共有8亿吨标准煤当量，但还远远未得到利用。具体包括麦秸、玉米秸、稻草等农业秸秆，果木、落叶等林业枝条，牲畜粪便和农副产品加工垃圾、餐厨垃圾等。通过技术创新，我们可对这些生物质材料进行商品化能源加工，如压缩颗粒供清洁燃烧、用作可替代木炭，压缩成块供工业锅炉焚烧和发电，此外，还可建设大型沼气池，得到纯度达95%以上的甲烷燃料。
加快提升低碳环保技术优势储备
紧随能源、电力，交通和建筑行业的减排技术需求同样迫切。贺克斌介绍，以电或氢代油，新能源汽车产业将得到进一步大力发展，并将成为未来消纳风电、光伏发电能力的重要途径，具备双向充放电功能。为适应未来高比例的风电、光伏电力，城市建筑“光储直柔”配电的建设和改造也将逐渐推开。江亿指出，经过测算，我国城镇建筑屋顶光伏可开发量为8.3亿千瓦，这些电力可满足城镇建筑自身用电的30%～40%。同时，连接智能充电桩与电动汽车，建筑内部配电也将改为直流系统，由此成为电力的柔性负载。
排放端发力，固碳端同样不能落后。根据承诺，中国将在2060年前通过植树造林、碳捕集和封存利用、海洋吸收等形式抵消自身产生的二氧化碳排放。中科院上海高等研究院研究员魏伟表示，通过碳捕集利用和封存即CCUS技术来吸收二氧化碳，已是全球减排不可或缺的技术选择。我国碳捕集部分技术已达到和接近达到商业化应用阶段，也已形成了相关技术发展路线图。
国家海洋局局长王宏透露，为助力“双碳”目标实现，我国已组织开展专项调查评估，摸清了红树林、盐沼、海草床三大蓝碳生态系统本底，并正在推进海洋微生物碳泵、渔业碳汇研究。此外，陆地生态系统固碳现状测算、陆地生态系统未来固碳潜力分析也有待科技界下一步重点研究。
“放眼未来，新的变革必将孕育全新的科学技术和工程，必须加快前沿研究，抓紧部署低碳前沿技术研究，加快推广应用减污降碳技术，提升我国在低碳环保领域的技术优势和储备。”李晓红建议。
记者了解到，针对碳中和问题中的科技需求，中国科学院学部已设立重大咨询项目“中国碳中和框架路线图研究”，目标是设计初步路线图，“先给出一个框架性建议，供科技界讨论、修正、完善。”丁仲礼说，我国学术界应该秉持开放的态度，广泛参与，发挥出想象力和创造力。
“碳达峰、碳中和将带来一场由科技革命引起的经济、社会、环境的重大变化，其意义不亚于三次工业革命。”科技部部长王志刚表示，兼顾经济社会可持续发展与碳中和目标实现，必须依靠科技创新，以全面实现循环型零碳社会的变革性重构。（光明日报记者 杨舒）
