碳达峰、碳中和领域关键技术评估分析

傅翠晓, 庄 珺, 郑 奕

(上海市科学学研究所, 上海 200031)

0 引言

2020 年9 月22 日,中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布,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,实现碳达峰与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。 “双碳”目标是党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策,将全面引领广泛而深刻的经济社会系统性变革。 在此背景下,通过系统梳理“双碳”领域关键技术体系,对关键技术进行评估,可为我国加快推进能源结构转型,实现“双碳”目标提供决策支撑。

1 文献综述

所谓碳达峰,是指碳的排放量达到峰值不再增长,之后将逐渐下降。 所谓碳中和,是指碳的排放量和清除量基本达到平衡,实现净零排放。 当前,尽早实现碳达峰和碳中和已成为国际社会的共识与行动,根据英国能源与气候智库统计数据显示,截至2022年年底,全球已有136 个国家提出了实现或承诺碳中和目标。 2050 年是全球实现碳中和的主要时间节点,芬兰承诺最早(2035 年)实现碳中和。

国外学术界较早对碳中和相关理论进行了研究,综合来看,主要集中在碳市场、碳补偿及碳泄露等关键问题上,文献[1] 探讨了自愿碳市场的作用,分析了碳补偿标准的有效性,提出基于项目绩效验证的标准比较可信度更高。 文献[2] 分析了国际碳补偿的起源和治理的政治经济意义,提出由超国家、非国家行为体与市场来承担的碳补偿治理来替代资本积累战略。 文献[3] 研究探讨了森林碳封存项目的碳泄漏数量的主要影响因素。

自我国“双碳”目标提出以来,国内学者也纷纷将研究视角投向这一领域,综合来看,当前研究主要集中在背景和趋势分析、路径探索、应对机制等方面。在背景和趋势分析方面,文献[4] 围绕国际和国内的经济和能源发展现状,分析了我国“双碳”提出背景,并基于碳汇事业的发展阶段、发展逻辑及发展内容视角,解析了我国“双碳”愿景的内涵。 文献[5] 在分析了我国“双碳”背景的基础上,着重对综合能源服务的未来发展趋势进行了研判。 在路径探索方面,文献[6] 研究指出,中国要实现2030 年前碳达峰核心目标,须建立倒逼机制,进而明确提出了20 个方面的主要实现路径和政策建议。 文献[7] 为探寻我国低成本碳达峰、碳中和路径,以我国主要耗煤产业、电力、供热、交通以及森林碳汇量为研究对象,构建了基于低成本碳达峰、碳中和路径的多目标模型。 在应对机制方面,文献[8] 研究指出,在推动碳达峰、碳中和目标实现的过程中,税制可以发挥其独特的作用。 文献[9] 通过比较借鉴国际经验,提出了为落实我国“双碳”重大决策部署,央行应采取的政策建议。

综上,目前国内有关“双碳”领域的研究才刚刚起步,研究还多集中在理论分析和路径探讨研究方面,较为系统的技术分析和行业实践性研究还比较少见。

2 双碳领域关键技术体系

双碳领域的关键技术大致可分为3 类:一是源头控制的“零碳技术”,即绿色能源技术。 主要包括开发新型太阳能、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;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以及可再生能源/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。 二是过程控制的“低碳技术”,即现有工业过程的节能减排技术。 主要包括围绕化石能源绿色开发、低碳利用、减污降碳等相关技术,如低碳建筑、低碳工业、低碳交通等领域相关技术,以及多能互补耦合、智慧环保、新型低碳环保材料等源头减排关键技术等。 三是末端控制的“负碳技术”,即捕集封存利用CO2(CCS/CCUS)技术。 主要包括二氧化碳地质利用、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以及碳负排技术与减缓和适应气候变化之间的协同关系,构建生态安全的负排放技术体系等。

除此之外,还有些外围的配套支撑技术,对“双碳”领域发展起到重要推动作用,如绿色金融、综合能源服务、合同能源管理、节能环保服务等领域技术。综上,“双碳”领域关键技术体系如图1—图4 所示。图5 为配套支撑关键技术。

图1 “双碳”领域关键技术体系

图2 新能源关键技术

图3 低碳应用关键技术

图4 负碳关键技术

3 “双碳”领域关键技术评估分析

“双碳”领域涉及技术范围庞大,考虑到近年来发展较为迅速或备受关注的热点方向,本文主要围绕部分关键热点技术展开评估分析,如零碳技术领域的海上风电、新型太阳能电池、氢能,低碳技术领域的低碳建筑、氢冶金、新能源汽车以及CCUS 等技术。

综合考虑各项技术的技术成熟度、技术先进性、市场态势及竞争格局情况,对部分关键技术进行综合评估,具体分析结果如表1 所示。

表1 部分双碳领域关键技术评估分析

综合来看,在技术成熟度和技术先进性方面,光伏发电技术相对最为成熟,国内产业链基础也较好。其次,海上风电、新能源智能网联汽车、智能电网、电池储能等技术发展也相对较快,国内产业链也基本成熟。 在市场态势方面,电池储能技术的未来市场发展可能呈现爆发式增长,年复合增长率显示最高。 其次新能源智能网联汽车、光伏发电、海上风电、CCUS、环保服务等技术市场发展也较快,年复合增长率都在10%以上。 此外,环保服务、绿色金融、绿色建筑未来市场发展潜力巨大,均将造就万亿级市场。

4 相关对策与建议

4.1 发挥基础优势,提升能源清洁化水平

服务国家碳达峰、碳中和战略,发挥我国在可再生能源、绿色低碳产业、负碳技术等重点方向上的技术研发、应用场景和产业化发展等基础优势,加强科技创新研究和重点突破,提升清洁能源开发和利用技术水平,进一步推进太阳能、风能、海洋能、地热能等可再生能源以及核能、氢能等清洁能源的利用。

4.2 面向产业需求,推动产业向低碳化和高效化发展

以产业需求为导向,面向传统产业升级改造,突破具有自主知识产权的关键核心技术。 以“补短板”和“卡脖子”技术为重大关切,加强重大共性技术和关键技术攻关,加快推动科技创新成果转化为现实生产力,推进石化化工和钢铁等重点行业的低碳原料替代,推动电机、制冷、水泵、空压机等用能系统改造提升,优化电力、钢铁、化工等重点行业生产工艺,推广以二氧化碳为原料的工艺技术,加大废旧动力电池梯级利用和城市废弃物协同处置力度。

4.3 瞄准科技前沿,强化布局产业重要赛道

把握“双碳”领域前沿发展大趋势,进一步加强战略前瞻布局。 重点关注当前世界范围内的前沿技术领域,如高效绿色能源、低碳技术替代与颠覆性生产工艺、二氧化碳转化和利用等。 对于高效绿色能源领域,重点关注氢能、海上风电、超高效光伏电池、可控核聚变等技术方向;对于低碳技术替代与颠覆性生产工艺,重点关注低碳建筑、氢冶金、新能源与智能网联汽车以及在传统工业领域的创新型脱碳工艺及原材料替代等技术方向;对于二氧化碳转化和利用领域,重点关注人工光合作用、绿色甲醇及相关变革性二氧化碳转化与利用技术等技术方向。

4.4 强化龙头带动,积聚创新资源

聚焦“双碳”领域国内外重点优势企业和机构,充分发挥产业基础和创新生态优势,引导龙头企业充分发挥引领示范作用,进一步吸引和集聚相关配套支撑和服务企业和机构,吸引产业、人才和创新资本等资源的不断汇集,分阶段逐步建立重点产业赛道,如氢能产业的全产业链发展格局。 同时,通过机制创新,不断提高创新效率,以技术制高点和市场增长点为判断依据,提升重点赛道产业技术水平。

5 结语

实现碳达峰、碳中和是全社会的共同目标,通过技术推动是实现这一目标的重要途径,“双碳”领域相关技术涉及广泛,其核心关键技术主要包括绿色能源技术、低碳应用技术和负碳技术三大类。 此外,一些智能型和管理类的配套支撑技术也发挥重要作用。通过对部分近年来关键热点技术的评估分析发现:在技术成熟度和技术先进性方面,国内光伏发电技术相对比较成熟,产业链基础较好。 海上风电、新能源智能网联汽车、智能电网、电池储能等技术在快速发展,国内产业链也基本成熟;在市场态势方面,电池储能技术的未来市场发展可能呈现爆发式增长。 新能源智能网联汽车、光伏发电、海上风电、CCUS、环保服务等技术市场也在快速发展。 而环保服务、绿色金融、绿色建筑等技术的未来市场也呈现较大的发展潜力。 我国应充分发挥基础优势,瞄准重点需求,加快补齐短板,提前布局产业重要赛道,提升产业竞争力。 此外,鉴于本研究的时间与精力有限,目前只针对部分关键技术进行了综合性的评估分析,后续研究一方面可扩展评估范围,将更多技术领域纳入评估分析范畴;另一方面可围绕具体领域,进行更为深入和细化的评估分析,精确把握技术发展现状和趋势。