产学研与科技创新

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清华大学碳中和研究院院长、中国工程院院士 贺克斌

发布时间:

2024-03-21 14:35

贺克斌:科技赋能碳中和与绿色高质量发展

碳中和已成为全球共同的目标和愿景,以此减少温室气体排放,实现全球控温目标。我国以及全球多个国家和地区均提出碳中和的气候承诺,积极探索其实现路径,加强科技创新,解决发展过程中存在的问题,加速碳中和进程。

一 国内外碳中和的进展

全球各国正积极开展“双碳”行动。截至2022年已有130多个国家提出碳中和目标,并大力推动风、光等新能源替代化石能源,促进世界经济从能源的资源依赖型向能源的技术依赖型转变。因此,众多跨国企业纷纷宣布碳中和目标,加快部署新能源产业链,抢占发展先机。互联网、零售、金融等现代服务业(包括部分制造业)的碳中和目标年份普遍早于国家碳中和目标年份,能源行业企业(电力、油气)承诺的碳中和目标年份相对较晚,但一般都不晚于2050年。

作为世界最大的发展中国家,我国也提出自己的碳中和承诺,但过程中仍面临“三高一短”四大挑战(能源结构高碳、产业结构高碳、工业化城市化的中高速进程、从碳达峰到碳中和过渡时间短)。未来,我国将通过资源增效减碳、能源结构降碳、地质空间存碳、生态系统固碳、市场机制融碳等路径逐步实现碳中和。其中,核心技术、新能源材料和“双碳”支撑体系备受国内外关注。

二 国内外碳中和实现路径的关注点

世界各个国家和地区正集中从以下三个关键点入手,深化碳中和的实现路径:

1. 关键核心技术创新

核心技术创新将为实现碳中和提供重要支撑。据国际能源署(IEA)统计,2050年实现净零排放的全球碳中和关键技术中50%目前尚未成熟。我国2/3的技术处于研发或中试阶段,碳中和技术发展任重而道远。我国的碳中和技术体系主要包括零碳电力能源、零碳非电能源、零碳工业、CCUS/碳汇与负排放、集成耦合与优化五类技术(表1)。各类技术处于不同的发展阶段,零碳能源技术是碳中和技术竞争的焦点,零碳工业技术则是技术发展的重点。

表 1. 碳中和技术体系

(来源:中国二十一世纪议程管理中心)

零碳电力能源系统:我国零碳电力能源技术整体成熟度较高,输配电技术国际领先,但储能技术、可再生能源电力与核电仍与国际水平存在一定差距(图1)。光伏发电、绿氢生产方面,我国相较欧美有成本优势;风电技术研发方面,我国成功攻克5至16兆瓦全球最大拥有自主知识产权的抗台风型大风机技术。

图1. 我国零碳电力能源技术与国际发展水平对比情况

(来源:中国二十一世纪议程管理中心)

零碳非电力能源技术:我国的零碳非电能源技术与国际先进水平并跑,但国内外整体成熟度均偏低。水热同产技术、新型制氢方法、新型燃料技术等技术尚处于基础研究阶段(图2)。

图2. 我国零碳非电力能源技术与国际发展水平对比情况

(来源:中国二十一世纪议程管理中心)

零碳工业技术:我国零碳工业技术整体接近国际先进水平,电气化应用技术成熟度较高;工业流程再造、回收与循环利用技术总体处于中试阶段;原料替代、燃料替代技术成熟度偏低(图3)。

图3. 我国零碳工业技术与国际发展水平对比情况

(来源:中国二十一世纪议程管理中心)

未来,光伏发电(光伏+储能)与终端用能“电气化”耦合是发展趋势,可促进化工材料生产、交通和建筑等领域深度减污降碳和光伏消纳。此外,在上述碳中和技术基础上,通过数字技术赋能其它行业可更大程度减少碳排,加速碳中和进程。

2. 关键新能源产业材料

新能源材料直接影响着新能源系统的运行效率、投资和运行成本,是新能源产业发展和各行业实现“双碳”目标的重要基础。目前在关键元素储量、技术研发等方面,新能源材料发展面临着巨大挑战。

可再生能源电力:所有可再生能源电力中,光伏的度电材料消耗量最高,其组件报废量在未来将持续增长,寻找报废光伏组件的合理消纳途径将影响光伏产业的可持续发展;风电所需的稀土元素在未来面临严重短缺问题,可能会成为风电装机的制约因素。

电动汽车:电动汽车是未来主流的电气化选择之一。锂电池生产的关键材料(锂、钴、镍、石墨等)储量空间分布不均,头部效应明显。我国的主要材料储量较少,未来需加强新技术的研发,减少对上述材料的依赖。

3. “双碳”行动支撑体系构建

“双碳”行动支撑体系为“双碳”工作提供了动力和保障。国内外在“双碳”政策体系、碳金融体系、气候投融资多个方面开展工作,逐步健全“双碳”行动支撑体系。

完善政策体系:欧盟在建立双碳政策体系方面处于领跑地位,发布绿色新政,通过完善的战略、制度和政策(减碳55)推动双碳工作;我国已基本建立双碳“1+N”政策体系,将重大制度与行动体系化,有序合力牵引技术走向。

推动气候投融资:2021年,全球多个国家在能源转型投资、绿色债券发行、碳市场交易等方面开展工作,气候投融资快速增长,为新技术的研发提供了经济激励。但气候俱乐部和碳关税的出现正筑起新的贸易壁垒。

构建碳金融体系:我国碳交易市场基本框架初步建立,但仍处于起步阶段,需通过完善制度体系推动碳交易市场进一步发展。

 

全球碳中和目标的实现仍面临诸多挑战,但国际社会不断加大减排承诺力度,总体上全球碳减排行动在不断推进。未来,需持续明确和细化“双碳”路径,加快核心技术创新、新能源关键材料技术研发以及完善“双碳”行动支撑体系,助力“双碳”目标实现。

 

 

 

 

专家简介

 

贺克斌

清华大学碳中和研究院院长

中国工程院院士



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