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國際碳中和行動關鍵技術前沿熱點與發展趨勢

2021-10-22 15:26 來源: 中國科學院院刊 |作者: 郭楷模 孫玉玲等

低碳產業轉型關鍵技術體系


工業、交通等高排放行業綠色低碳轉型是實現碳中和目標的重中之重,減排路徑包括源頭減排、革新技術和工藝流程再造、行業綠色低碳材料開發及末端治理等。技術創新是促進行業以成本效益實現碳減排的關鍵。

原料/燃料替代、工藝技術創新和碳捕集與利用是工業過程碳減排的主要技術路徑

1可再生電力、生物質能、氫等清潔燃料應用是實現燃料端碳減排的重要途徑

前沿熱點方向包括:低成本可再生電力、高比例生物燃料替代化石燃料、技術與裝備強化、高溫工業過程氫燃料應用、低品位余熱利用等。目前,在一些行業(如水泥鋼鐵)已實現化石燃料的部分替代,預計到 2060 年清潔燃料替代將使工業部門化石燃料的使用量減少 60%—80%。

2工藝技術變革和創新推動工業過程的碳減排

制氫結合 CCUS 是鋼鐵行業低碳工藝路徑的關鍵技術組合。前沿熱點方向包括:低成本綠氫制備、氫還原煉鐵、低成本大規模 CCUS 技術的工業應用等。全球氫和 CCUS 技術相結合已探索了多條低碳鋼工藝路線,預計 2050 年可實現商業化。CCUS 技術的工業應用前景廣闊,預計到 2050 年工業行業二氧化碳捕獲率將達到 90%,碳捕獲成本比 2020 年水平降低 40%。

3 低碳替代產品研發和碳循環利用是工業碳減排的另一重要方向

在水泥行業,前沿熱點方向包括:石灰石的零碳替代品開發、低碳水泥研發等。目前,已積極探索工業固廢、黏土、火山巖等部分替代石灰石,以非石化基材料完全替代石灰石是未來發展的重要趨勢。化工行業中,前沿熱點方向包括:可持續的生物或廢物基原料高效轉化利用技術、綠色氫基大規模氨生產技術、碳循環利用新技術、分子煉油和多產化學品技術等。

節能提效、可持續性低碳燃料和電動化是交通部門綠色低碳轉型的主要技術路徑

1節能和能效提升技術是交通部門實現短期脫碳的主要方式,能夠有效緩和不斷增長的能源需求。

交通部門綠色低碳轉型的前沿熱點方向包括:輕量化技術、發動機技術、機電耦合一體化技術和智能交通技術等。在技術創新的推動下,交通運輸工具的平均油耗和廢氣排放持續下降。提高輕質合金和復合材料等性能、開拓新型工藝技術和智能網聯化技術等技術是未來主要的攻關方向。

2發展可持續性低碳燃料和電動化是交通部門實現中長期脫碳的關鍵。

前沿熱點方向包括:可再生植物/海洋藻類或其他有機廢物制成的生物燃料、氫能及氫基燃料和動力電池技術等。目前,部分低碳燃料在道路交通中處于示范階段,在航空和航海領域處于起步探索階段,動力電池技術已躋身世界前列。未來交通能源多元化發展將成為主流,下一代動力電池技術有望在 2030—2060 年逐步實現商業化。

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