碳達峰、碳中和領域關鍵技術評估分析

傅翠曉, 莊 珺, 鄭 奕

(上海市科學學研究所, 上海 200031)

0 引言

2020 年9 月22 日,中國國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上宣布,中國二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值,努力爭取2060 年前實現碳中和。 在中央財經委員會第九次會議上,習近平總書記進一步強調,實現碳達峰與碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革,要強化科技和制度創新,抓緊部署低碳前沿技術研究,加快推廣應用減污降碳技術。 “雙碳”目標是黨中央統籌國內國際兩個大局作出的重大戰略決策,將全面引領廣泛而深刻的經濟社會系統性變革。 在此背景下,通過系統梳理“雙碳”領域關鍵技術體系,對關鍵技術進行評估,可為我國加快推進能源結構轉型,實現“雙碳”目標提供決策支撐。

1 文獻綜述

所謂碳達峰,是指碳的排放量達到峰值不再增長,之后將逐漸下降。 所謂碳中和,是指碳的排放量和清除量基本達到平衡,實現凈零排放。 當前,盡早實現碳達峰和碳中和已成為國際社會的共識與行動,根據英國能源與氣候智庫統計數據顯示,截至2022年年底,全球已有136 個國家提出了實現或承諾碳中和目標。 2050 年是全球實現碳中和的主要時間節點,芬蘭承諾最早(2035 年)實現碳中和。

國外學術界較早對碳中和相關理論進行了研究,綜合來看,主要集中在碳市場、碳補償及碳泄露等關鍵問題上,文獻[1] 探討了自愿碳市場的作用,分析了碳補償標準的有效性,提出基于項目績效驗證的標準比較可信度更高。 文獻[2] 分析了國際碳補償的起源和治理的政治經濟意義,提出由超國家、非國家行為體與市場來承擔的碳補償治理來替代資本積累戰略。 文獻[3] 研究探討了森林碳封存項目的碳泄漏數量的主要影響因素。

自我國“雙碳”目標提出以來,國內學者也紛紛將研究視角投向這一領域,綜合來看,當前研究主要集中在背景和趨勢分析、路徑探索、應對機制等方面。在背景和趨勢分析方面,文獻[4] 圍繞國際和國內的經濟和能源發展現狀,分析了我國“雙碳”提出背景,并基于碳匯事業的發展階段、發展邏輯及發展內容視角,解析了我國“雙碳”愿景的內涵。 文獻[5] 在分析了我國“雙碳”背景的基礎上,著重對綜合能源服務的未來發展趨勢進行了研判。 在路徑探索方面,文獻[6] 研究指出,中國要實現2030 年前碳達峰核心目標,須建立倒逼機制,進而明確提出了20 個方面的主要實現路徑和政策建議。 文獻[7] 為探尋我國低成本碳達峰、碳中和路徑,以我國主要耗煤產業、電力、供熱、交通以及森林碳匯量為研究對象,構建了基于低成本碳達峰、碳中和路徑的多目標模型。 在應對機制方面,文獻[8] 研究指出,在推動碳達峰、碳中和目標實現的過程中,稅制可以發揮其獨特的作用。 文獻[9] 通過比較借鑒國際經驗,提出了為落實我國“雙碳”重大決策部署,央行應采取的政策建議。

綜上,目前國內有關“雙碳”領域的研究才剛剛起步,研究還多集中在理論分析和路徑探討研究方面,較為系統的技術分析和行業實踐性研究還比較少見。

2 雙碳領域關鍵技術體系

雙碳領域的關鍵技術大致可分為3 類:一是源頭控制的“零碳技術”,即綠色能源技術。 主要包括開發新型太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能、核能等零碳電力技術以及機械能、熱化學、電化學等儲能技術;高比例可再生能源并網、特高壓輸電、新型直流配電、分布式能源等先進能源互聯網技術以及可再生能源/資源制氫、儲氫、運氫和用氫技術以及低品位余熱利用等零碳非電能源技術。 二是過程控制的“低碳技術”,即現有工業過程的節能減排技術。 主要包括圍繞化石能源綠色開發、低碳利用、減污降碳等相關技術,如低碳建筑、低碳工業、低碳交通等領域相關技術,以及多能互補耦合、智慧環保、新型低碳環保材料等源頭減排關鍵技術等。 三是末端控制的“負碳技術”,即捕集封存利用CO2(CCS/CCUS)技術。 主要包括二氧化碳地質利用、二氧化碳高效轉化燃料化學品、直接空氣二氧化碳捕集、生物炭土壤改良等碳負排技術以及碳負排技術與減緩和適應氣候變化之間的協同關系,構建生態安全的負排放技術體系等。

除此之外,還有些外圍的配套支撐技術,對“雙碳”領域發展起到重要推動作用,如綠色金融、綜合能源服務、合同能源管理、節能環保服務等領域技術。綜上,“雙碳”領域關鍵技術體系如圖1—圖4 所示。圖5 為配套支撐關鍵技術。

圖1 “雙碳”領域關鍵技術體系

圖2 新能源關鍵技術

圖3 低碳應用關鍵技術

圖4 負碳關鍵技術

3 “雙碳”領域關鍵技術評估分析

“雙碳”領域涉及技術范圍龐大,考慮到近年來發展較為迅速或備受關注的熱點方向,本文主要圍繞部分關鍵熱點技術展開評估分析,如零碳技術領域的海上風電、新型太陽能電池、氫能,低碳技術領域的低碳建筑、氫冶金、新能源汽車以及CCUS 等技術。

綜合考慮各項技術的技術成熟度、技術先進性、市場態勢及競爭格局情況,對部分關鍵技術進行綜合評估,具體分析結果如表1 所示。

表1 部分雙碳領域關鍵技術評估分析

綜合來看,在技術成熟度和技術先進性方面,光伏發電技術相對最為成熟,國內產業鏈基礎也較好。其次,海上風電、新能源智能網聯汽車、智能電網、電池儲能等技術發展也相對較快,國內產業鏈也基本成熟。 在市場態勢方面,電池儲能技術的未來市場發展可能呈現爆發式增長,年復合增長率顯示最高。 其次新能源智能網聯汽車、光伏發電、海上風電、CCUS、環保服務等技術市場發展也較快,年復合增長率都在10%以上。 此外,環保服務、綠色金融、綠色建筑未來市場發展潛力巨大,均將造就萬億級市場。

4 相關對策與建議

4.1 發揮基礎優勢,提升能源清潔化水平

服務國家碳達峰、碳中和戰略,發揮我國在可再生能源、綠色低碳產業、負碳技術等重點方向上的技術研發、應用場景和產業化發展等基礎優勢,加強科技創新研究和重點突破,提升清潔能源開發和利用技術水平,進一步推進太陽能、風能、海洋能、地熱能等可再生能源以及核能、氫能等清潔能源的利用。

4.2 面向產業需求,推動產業向低碳化和高效化發展

以產業需求為導向,面向傳統產業升級改造,突破具有自主知識產權的關鍵核心技術。 以“補短板”和“卡脖子”技術為重大關切,加強重大共性技術和關鍵技術攻關,加快推動科技創新成果轉化為現實生產力,推進石化化工和鋼鐵等重點行業的低碳原料替代,推動電機、制冷、水泵、空壓機等用能系統改造提升,優化電力、鋼鐵、化工等重點行業生產工藝,推廣以二氧化碳為原料的工藝技術,加大廢舊動力電池梯級利用和城市廢棄物協同處置力度。

4.3 瞄準科技前沿,強化布局產業重要賽道

把握“雙碳”領域前沿發展大趨勢,進一步加強戰略前瞻布局。 重點關注當前世界范圍內的前沿技術領域,如高效綠色能源、低碳技術替代與顛覆性生產工藝、二氧化碳轉化和利用等。 對于高效綠色能源領域,重點關注氫能、海上風電、超高效光伏電池、可控核聚變等技術方向;對于低碳技術替代與顛覆性生產工藝,重點關注低碳建筑、氫冶金、新能源與智能網聯汽車以及在傳統工業領域的創新型脫碳工藝及原材料替代等技術方向;對于二氧化碳轉化和利用領域,重點關注人工光合作用、綠色甲醇及相關變革性二氧化碳轉化與利用技術等技術方向。

4.4 強化龍頭帶動,積聚創新資源

聚焦“雙碳”領域國內外重點優勢企業和機構,充分發揮產業基礎和創新生態優勢,引導龍頭企業充分發揮引領示范作用,進一步吸引和集聚相關配套支撐和服務企業和機構,吸引產業、人才和創新資本等資源的不斷匯集,分階段逐步建立重點產業賽道,如氫能產業的全產業鏈發展格局。 同時,通過機制創新,不斷提高創新效率,以技術制高點和市場增長點為判斷依據,提升重點賽道產業技術水平。

5 結語

實現碳達峰、碳中和是全社會的共同目標,通過技術推動是實現這一目標的重要途徑,“雙碳”領域相關技術涉及廣泛,其核心關鍵技術主要包括綠色能源技術、低碳應用技術和負碳技術三大類。 此外,一些智能型和管理類的配套支撐技術也發揮重要作用。通過對部分近年來關鍵熱點技術的評估分析發現:在技術成熟度和技術先進性方面,國內光伏發電技術相對比較成熟,產業鏈基礎較好。 海上風電、新能源智能網聯汽車、智能電網、電池儲能等技術在快速發展,國內產業鏈也基本成熟;在市場態勢方面,電池儲能技術的未來市場發展可能呈現爆發式增長。 新能源智能網聯汽車、光伏發電、海上風電、CCUS、環保服務等技術市場也在快速發展。 而環保服務、綠色金融、綠色建筑等技術的未來市場也呈現較大的發展潛力。 我國應充分發揮基礎優勢,瞄準重點需求,加快補齊短板,提前布局產業重要賽道,提升產業競爭力。 此外,鑒于本研究的時間與精力有限,目前只針對部分關鍵技術進行了綜合性的評估分析,后續研究一方面可擴展評估范圍,將更多技術領域納入評估分析范疇;另一方面可圍繞具體領域,進行更為深入和細化的評估分析,精確把握技術發展現狀和趨勢。