新能源在碳中和中的地位與作用

劉洋

摘要：在我國碳達峰碳中和的目標下，內燃機面臨嚴峻的挑戰。但內燃機實現碳減排仍然具有較大的潛力，短期內，提高熱效率是 內燃機實現碳減排的關鍵措施;中長期，使用零碳或碳中性燃料，內燃機可實現零碳排放。提高內燃機熱效率的關鍵技術包括先進燃 燒技術、智能可變技術、低摩擦技術。面向碳中和的新型燃料內燃機包括氫燃料內燃機技術、氨燃料內燃機技術、生物質燃料內燃機技 術。內燃機技術及燃料的不斷發展，將使得內燃機獲得長久的生命力。

關鍵詞：碳達峰;碳中和;內燃機;熱效率;零碳燃料;碳中性燃料

1全球碳中和概況

1.1“碳”的類型

碳是生命物質的主要元素之一，也是有機物質的重要組成部分。它以二氧化碳、有機物和無機物的形式儲存在地球大氣層、陸地生態系統、海洋和巖石圈中。碳元素通過碳固定和碳釋放在地球大氣、陸地生態系統、海洋和巖石圈中循環。固碳是指通過植物光合作用吸收二氧化碳，海水將二氧化碳溶解在大氣中，干旱地區鹽堿土吸收二氧化碳，形成含碳巖石，以及利用人工技術將二氧化碳轉化為化學品或燃料。碳釋放主要來自動植物的呼吸、化石燃料的消耗以及巖石圈含碳巖石的分解。本文將大氣中固定或有效的二氧化碳定義為“灰碳”;不能固定或利用并留在大氣中的二氧化碳被定義為“黑碳”。

1.2碳中和的內涵和意義

IPCC發布的全球變暖1.5℃特別報告指出，碳中和是指一個組織通過二氧化碳消除技術在一年內平衡二氧化碳排放量，或凈零二氧化碳排放量。碳中和的目標是到2030年將全球二氧化碳排放量比2010年減少約45%，到2050年實現凈零二氧化碳排放。

碳中和的首要任務是在本世紀末將全球變暖控制在1.5℃。碳中和不僅是控制氣候變化，也是人類保護生態環境的根本措施。它有助于保護生物多樣性和生態系統，避免更多物種滅絕。碳中和加速了能源系統的低碳綠色轉型，為世界帶來了新的經濟增長點。根據國際可再生能源署（International Renewable energy Agency）發布的《2050年能源轉型報告》（energy transformation 2050 report），碳中和帶來了2.4%的額外GDP增長，增加了7%能源行業有106個工作崗位。

2面向碳中和的新型燃料內燃機技術

隨著國際社會對碳排放的重視，零碳燃料和碳中性燃料等新燃料的使用為內燃機實現零碳化和零污染排放創造了條件。與其他新型動力裝置相比，內燃機可以繼續發揮其可靠性高、行業成熟、應用前景廣闊的優勢。選擇了幾種常用的用于碳中和的內燃機燃料進行概述。

2.1氫燃料內燃機技術

氫燃料被稱為零碳燃料，因為它不含碳，其燃燒產物只有水;氫燃料可以通過分解其燃燒產物水來制備，因此它也是一種可回收的清潔能源。目前，氫能產業受到各國的高度重視，被認為是未來能源的重要發展方向。氫燃料電池發動機也被認為是未來潛在的動力裝置，受到了廣泛的關注。容易被忽視的是氫氣容易點燃，燃燒速度快。它也可以直接應用于內燃機燃燒。與燃料電池相比，氫燃料內燃機對氫氣純度的要求較低，發電廠的可靠性較高。隨著內燃機技術的發展，其熱效率相差不大。孫白剛的團隊對氫燃料內燃機進行了各種研究，并研究了當量燃料空氣比、點火提前角和熱廢氣再循環對NOx排放的影響以及這些規律與轉速之間的相關性;通過實驗驗證了采用富氧進氣提高噴氫內燃機功率的可行性;論證了氫燃料內燃機的可行性。

2.2氨燃料內燃機技術

與氫燃料一樣，氨燃料不含碳，完全燃燒只產生清潔無污染的水和氮氣，這也是一種零碳燃料;由于其高氫含量和廣泛使用的基礎設施，它也被認為是理想的內燃機碳中和燃料。氨燃料還具有普通燃料的主要特點：廉價易得、易揮發、易于儲存和運輸、燃燒值合適、辛烷值高、運行相對安全、與普通燃料兼容。控制氮氧化物排放和提高熱效率是氨燃料發動機的主要技術發展方向。混合燃料燃燒也是調節其物理化學特性的重要手段。同時，氨燃料內燃機在船舶上具有較大的應用潛力。秦浩杰等分析了不同摻氫比的氫氨混合燃料的物理化學性質和燃燒特性。結果表明，隨著氫比的增加，混合燃料的低熱值、理論空燃比和總燃料能量均降低，指示效率先升高后降低。

2.3生物質燃料內燃機技術

生物質燃料在其生長過程中會吸收大量的二氧化碳。因此，從整個生命周期的角度來看，它屬于碳中和的燃料，實現碳的吸收和釋放。因此，它也是碳中和的理想燃料。綜上所述，在柴油機上應用生物柴油的研究現狀可以看出，適合生物柴油的高壓共軌燃油系統和排氣后處理技術是未來生物柴油內燃機的重要研究方向。各種醇醚含氧燃料的研究也是未來內燃機實現碳中和和近零排放的重要方向。黃震等人在電控共軌發動機上研究了乙醇混合比和噴油正時對二甲醚-乙醇混合燃料燃燒和排放特性的影響。與純二甲醚燃料相比，乙醇混合比的增加延長了點火延遲期，縮短了燃燒持續時間，增加了最大壓力上升率，有利于熱效率的提高。

3綠色轉型

3.1中國制造業面臨的多重挑戰

中國制造業是國民經濟的主體，是建設國家的基礎，是振興國家的工具，是鞏固國家的基礎。到2020年，中國工業增加值將達到31.31萬億元，連續11年保持世界第一制造國的地位，約占世界制造業的30%。其中，高技術制造業增加值平均增長率達到10.4%，高于規模以上產業4.9個百分點。然而，中國制造業綠色轉型的最大障礙是體制和機制問題。目前，中國普遍存在著與綠色經濟背道而馳的制度和機制。一方面，不完善的環境監管體系是影響制造業綠色轉型的關鍵因素。目前，為了追求經濟發展，地方政府在制定和執行環境政策方面給予了更大的靈活性。對于地方政府來說，綠色轉型是一項長期的、高投入、低效益的項目，影響了地方政府的積極性，也造成了綠色轉型的阻力。此外，地方政府僅依靠節能減排的市場調節，對綠色轉型的激勵作用不明顯。目前，綠色制造市場體系建設不完善，要素流動不暢，價格沒有充分反映綠色產品的稀缺性和供求關系，與碳排放相關的衍生市場還不成熟。長期以來，制造企業在生產中普遍停留在以經濟成本為導向的觀念上，綠色價值觀尚未真正普及。既有舊思維慣性的主觀原因，也有環境價值不能充分體現的客觀原因。

3.2企業綠色轉型能力的缺乏主要體現在資源和技術的缺乏上。

綠色轉型需要充足的資金、設備、人力資源等生產要素。雖然從長遠來看，轉型可以提高資源利用效率，增強企業的可持續發展能力，但從短期來看，企業需要花費巨大的代價，投入巨資更換生產設備、綠色設計產品、綠色回收和廢物處理，這不僅直接增加了企業的經營成本，也帶來了一定的投資風險。

4 結語

當今世界正在經歷一個世紀以來從未有過的巨大變化。生態環境關系到人類的生存和可持續發展，需要各國團結合作，共同應對挑戰。碳中和是人類為應對全球氣候變化而達成的共識。世界各國積極致力于實現碳中和的目標。碳替代、碳減排、碳儲存和碳循環是實現碳中和的四種主要途徑。碳取代是碳中和的主鏈。預計到2050年，它將貢獻47%的二氧化碳減排量。

參考文獻

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