碳達(dá)峰、碳中和領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)評估分析

傅翠曉, 莊 珺, 鄭 奕

(上海市科學(xué)學(xué)研究所, 上海 200031)

0 引言

2020 年9 月22 日,中國國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)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(dá)到峰值,努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。 在中央財經(jīng)委員會第九次會議上,習(xí)近平總書記進(jìn)一步強(qiáng)調(diào),實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革,要強(qiáng)化科技和制度創(chuàng)新,抓緊部署低碳前沿技術(shù)研究,加快推廣應(yīng)用減污降碳技術(shù)。 “雙碳”目標(biāo)是黨中央統(tǒng)籌國內(nèi)國際兩個大局作出的重大戰(zhàn)略決策,將全面引領(lǐng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革。 在此背景下,通過系統(tǒng)梳理“雙碳”領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)體系,對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行評估,可為我國加快推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供決策支撐。

1 文獻(xiàn)綜述

所謂碳達(dá)峰,是指碳的排放量達(dá)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(dá)到平衡,實(shí)現(xiàn)凈零排放。 當(dāng)前,盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和已成為國際社會的共識與行動,根據(jù)英國能源與氣候智庫統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,截至2022年年底,全球已有136 個國家提出了實(shí)現(xiàn)或承諾碳中和目標(biāo)。 2050 年是全球?qū)崿F(xiàn)碳中和的主要時間節(jié)點(diǎn),芬蘭承諾最早(2035 年)實(shí)現(xiàn)碳中和。

國外學(xué)術(shù)界較早對碳中和相關(guān)理論進(jìn)行了研究,綜合來看,主要集中在碳市場、碳補(bǔ)償及碳泄露等關(guān)鍵問題上,文獻(xiàn)[1] 探討了自愿碳市場的作用,分析了碳補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的有效性,提出基于項目績效驗證的標(biāo)準(zhǔn)比較可信度更高。 文獻(xiàn)[2] 分析了國際碳補(bǔ)償?shù)钠鹪春椭卫淼恼谓?jīng)濟(jì)意義,提出由超國家、非國家行為體與市場來承擔(dān)的碳補(bǔ)償治理來替代資本積累戰(zhàn)略。 文獻(xiàn)[3] 研究探討了森林碳封存項目的碳泄漏數(shù)量的主要影響因素。

自我國“雙碳”目標(biāo)提出以來,國內(nèi)學(xué)者也紛紛將研究視角投向這一領(lǐng)域,綜合來看,當(dāng)前研究主要集中在背景和趨勢分析、路徑探索、應(yīng)對機(jī)制等方面。在背景和趨勢分析方面,文獻(xiàn)[4] 圍繞國際和國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)和能源發(fā)展現(xiàn)狀,分析了我國“雙碳”提出背景,并基于碳匯事業(yè)的發(fā)展階段、發(fā)展邏輯及發(fā)展內(nèi)容視角,解析了我國“雙碳”愿景的內(nèi)涵。 文獻(xiàn)[5] 在分析了我國“雙碳”背景的基礎(chǔ)上,著重對綜合能源服務(wù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了研判。 在路徑探索方面,文獻(xiàn)[6] 研究指出,中國要實(shí)現(xiàn)2030 年前碳達(dá)峰核心目標(biāo),須建立倒逼機(jī)制,進(jìn)而明確提出了20 個方面的主要實(shí)現(xiàn)路徑和政策建議。 文獻(xiàn)[7] 為探尋我國低成本碳達(dá)峰、碳中和路徑,以我國主要耗煤產(chǎn)業(yè)、電力、供熱、交通以及森林碳匯量為研究對象,構(gòu)建了基于低成本碳達(dá)峰、碳中和路徑的多目標(biāo)模型。 在應(yīng)對機(jī)制方面,文獻(xiàn)[8] 研究指出,在推動碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的過程中,稅制可以發(fā)揮其獨(dú)特的作用。 文獻(xiàn)[9] 通過比較借鑒國際經(jīng)驗,提出了為落實(shí)我國“雙碳”重大決策部署,央行應(yīng)采取的政策建議。

綜上,目前國內(nèi)有關(guān)“雙碳”領(lǐng)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(tǒng)的技術(shù)分析和行業(yè)實(shí)踐性研究還比較少見。

2 雙碳領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)體系

雙碳領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)大致可分為3 類:一是源頭控制的“零碳技術(shù)”,即綠色能源技術(shù)。 主要包括開發(fā)新型太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽堋⑸镔|(zhì)能、核能等零碳電力技術(shù)以及機(jī)械能、熱化學(xué)、電化學(xué)等儲能技術(shù);高比例可再生能源并網(wǎng)、特高壓輸電、新型直流配電、分布式能源等先進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及可再生能源/資源制氫、儲氫、運(yùn)氫和用氫技術(shù)以及低品位余熱利用等零碳非電能源技術(shù)。 二是過程控制的“低碳技術(shù)”,即現(xiàn)有工業(yè)過程的節(jié)能減排技術(shù)。 主要包括圍繞化石能源綠色開發(fā)、低碳利用、減污降碳等相關(guān)技術(shù),如低碳建筑、低碳工業(yè)、低碳交通等領(lǐng)域相關(guān)技術(shù),以及多能互補(bǔ)耦合、智慧環(huán)保、新型低碳環(huán)保材料等源頭減排關(guān)鍵技術(shù)等。 三是末端控制的“負(fù)碳技術(shù)”,即捕集封存利用CO2(CCS/CCUS)技術(shù)。 主要包括二氧化碳地質(zhì)利用、二氧化碳高效轉(zhuǎn)化燃料化學(xué)品、直接空氣二氧化碳捕集、生物炭土壤改良等碳負(fù)排技術(shù)以及碳負(fù)排技術(shù)與減緩和適應(yīng)氣候變化之間的協(xié)同關(guān)系,構(gòu)建生態(tài)安全的負(fù)排放技術(shù)體系等。

除此之外,還有些外圍的配套支撐技術(shù),對“雙碳”領(lǐng)域發(fā)展起到重要推動作用,如綠色金融、綜合能源服務(wù)、合同能源管理、節(jié)能環(huán)保服務(wù)等領(lǐng)域技術(shù)。綜上,“雙碳”領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)體系如圖1—圖4 所示。圖5 為配套支撐關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 “雙碳”領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)體系

圖2 新能源關(guān)鍵技術(shù)

圖3 低碳應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

圖4 負(fù)碳關(guān)鍵技術(shù)

3 “雙碳”領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)評估分析

“雙碳”領(lǐng)域涉及技術(shù)范圍龐大,考慮到近年來發(fā)展較為迅速或備受關(guān)注的熱點(diǎn)方向,本文主要圍繞部分關(guān)鍵熱點(diǎn)技術(shù)展開評估分析,如零碳技術(shù)領(lǐng)域的海上風(fēng)電、新型太陽能電池、氫能,低碳技術(shù)領(lǐng)域的低碳建筑、氫冶金、新能源汽車以及CCUS 等技術(shù)。

綜合考慮各項技術(shù)的技術(shù)成熟度、技術(shù)先進(jìn)性、市場態(tài)勢及競爭格局情況,對部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜合評估,具體分析結(jié)果如表1 所示。

表1 部分雙碳領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)評估分析

綜合來看,在技術(shù)成熟度和技術(shù)先進(jìn)性方面,光伏發(fā)電技術(shù)相對最為成熟,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)也較好。其次,海上風(fēng)電、新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能電網(wǎng)、電池儲能等技術(shù)發(fā)展也相對較快,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈也基本成熟。 在市場態(tài)勢方面,電池儲能技術(shù)的未來市場發(fā)展可能呈現(xiàn)爆發(fā)式增長,年復(fù)合增長率顯示最高。 其次新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車、光伏發(fā)電、海上風(fēng)電、CCUS、環(huán)保服務(wù)等技術(shù)市場發(fā)展也較快,年復(fù)合增長率都在10%以上。 此外,環(huán)保服務(wù)、綠色金融、綠色建筑未來市場發(fā)展?jié)摿薮?均將造就萬億級市場。

4 相關(guān)對策與建議

4.1 發(fā)揮基礎(chǔ)優(yōu)勢,提升能源清潔化水平

服務(wù)國家碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略,發(fā)揮我國在可再生能源、綠色低碳產(chǎn)業(yè)、負(fù)碳技術(shù)等重點(diǎn)方向上的技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用場景和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等基礎(chǔ)優(yōu)勢,加強(qiáng)科技創(chuàng)新研究和重點(diǎn)突破,提升清潔能源開發(fā)和利用技術(shù)水平,進(jìn)一步推進(jìn)太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉匆约昂四堋淠艿惹鍧嵞茉吹睦谩?/p>

4.2 面向產(chǎn)業(yè)需求,推動產(chǎn)業(yè)向低碳化和高效化發(fā)展

以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向,面向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級改造,突破具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵核心技術(shù)。 以“補(bǔ)短板”和“卡脖子”技術(shù)為重大關(guān)切,加強(qiáng)重大共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),加快推動科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力,推進(jìn)石化化工和鋼鐵等重點(diǎn)行業(yè)的低碳原料替代,推動電機(jī)、制冷、水泵、空壓機(jī)等用能系統(tǒng)改造提升,優(yōu)化電力、鋼鐵、化工等重點(diǎn)行業(yè)生產(chǎn)工藝,推廣以二氧化碳為原料的工藝技術(shù),加大廢舊動力電池梯級利用和城市廢棄物協(xié)同處置力度。

4.3 瞄準(zhǔn)科技前沿,強(qiáng)化布局產(chǎn)業(yè)重要賽道

把握“雙碳”領(lǐng)域前沿發(fā)展大趨勢,進(jìn)一步加強(qiáng)戰(zhàn)略前瞻布局。 重點(diǎn)關(guān)注當(dāng)前世界范圍內(nèi)的前沿技術(shù)領(lǐng)域,如高效綠色能源、低碳技術(shù)替代與顛覆性生產(chǎn)工藝、二氧化碳轉(zhuǎn)化和利用等。 對于高效綠色能源領(lǐng)域,重點(diǎn)關(guān)注氫能、海上風(fēng)電、超高效光伏電池、可控核聚變等技術(shù)方向;對于低碳技術(shù)替代與顛覆性生產(chǎn)工藝,重點(diǎn)關(guān)注低碳建筑、氫冶金、新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車以及在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新型脫碳工藝及原材料替代等技術(shù)方向;對于二氧化碳轉(zhuǎn)化和利用領(lǐng)域,重點(diǎn)關(guān)注人工光合作用、綠色甲醇及相關(guān)變革性二氧化碳轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)等技術(shù)方向。

4.4 強(qiáng)化龍頭帶動,積聚創(chuàng)新資源

聚焦“雙碳”領(lǐng)域國內(nèi)外重點(diǎn)優(yōu)勢企業(yè)和機(jī)構(gòu),充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和創(chuàng)新生態(tài)優(yōu)勢,引導(dǎo)龍頭企業(yè)充分發(fā)揮引領(lǐng)示范作用,進(jìn)一步吸引和集聚相關(guān)配套支撐和服務(wù)企業(yè)和機(jī)構(gòu),吸引產(chǎn)業(yè)、人才和創(chuàng)新資本等資源的不斷匯集,分階段逐步建立重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)賽道,如氫能產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展格局。 同時,通過機(jī)制創(chuàng)新,不斷提高創(chuàng)新效率,以技術(shù)制高點(diǎn)和市場增長點(diǎn)為判斷依據(jù),提升重點(diǎn)賽道產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。

5 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是全社會的共同目標(biāo),通過技術(shù)推動是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑,“雙碳”領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)涉及廣泛,其核心關(guān)鍵技術(shù)主要包括綠色能源技術(shù)、低碳應(yīng)用技術(shù)和負(fù)碳技術(shù)三大類。 此外,一些智能型和管理類的配套支撐技術(shù)也發(fā)揮重要作用。通過對部分近年來關(guān)鍵熱點(diǎn)技術(shù)的評估分析發(fā)現(xiàn):在技術(shù)成熟度和技術(shù)先進(jìn)性方面,國內(nèi)光伏發(fā)電技術(shù)相對比較成熟,產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)較好。 海上風(fēng)電、新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能電網(wǎng)、電池儲能等技術(shù)在快速發(fā)展,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈也基本成熟;在市場態(tài)勢方面,電池儲能技術(shù)的未來市場發(fā)展可能呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。 新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車、光伏發(fā)電、海上風(fēng)電、CCUS、環(huán)保服務(wù)等技術(shù)市場也在快速發(fā)展。 而環(huán)保服務(wù)、綠色金融、綠色建筑等技術(shù)的未來市場也呈現(xiàn)較大的發(fā)展?jié)摿Α?我國應(yīng)充分發(fā)揮基礎(chǔ)優(yōu)勢,瞄準(zhǔn)重點(diǎn)需求,加快補(bǔ)齊短板,提前布局產(chǎn)業(yè)重要賽道,提升產(chǎn)業(yè)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(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜合性的評估分析,后續(xù)研究一方面可擴(kuò)展評估范圍,將更多技術(shù)領(lǐng)域納入評估分析范疇;另一方面可圍繞具體領(lǐng)域,進(jìn)行更為深入和細(xì)化的評估分析,精確把握技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。