国际碳中和行动关键技术前沿热点与发展趋势

2021-10-22 15:26 来源: 中国科学院院刊 |作者: 郭楷模 孙玉玲等

低碳产业转型关键技术体系


工业、交通等高排放行业绿色低碳转型是实现碳中和目标的重中之重,减排路径包括源头减排、革新技术和工艺流程再造、行业绿色低碳材料开发及末端治理等。技术创新是促进行业以成本效益实现碳减排的关键。

原料/燃料替代、工艺技术创新和碳捕集与利用是工业过程碳减排的主要技术路径

1可再生电力、生物质能、氢等清洁燃料应用是实现燃料端碳减排的重要途径

前沿热点方向包括:低成本可再生电力、高比例生物燃料替代化石燃料、技术与装备强化、高温工业过程氢燃料应用、低品位余热利用等。目前,在一些行业(如水泥钢铁)已实现化石燃料的部分替代,预计到 2060 年清洁燃料替代将使工业部门化石燃料的使用量减少 60%—80%。

2工艺技术变革和创新推动工业过程的碳减排

制氢结合 CCUS 是钢铁行业低碳工艺路径的关键技术组合。前沿热点方向包括:低成本绿氢制备、氢还原炼铁、低成本大规模 CCUS 技术的工业应用等。全球氢和 CCUS 技术相结合已探索了多条低碳钢工艺路线,预计 2050 年可实现商业化。CCUS 技术的工业应用前景广阔,预计到 2050 年工业行业二氧化碳捕获率将达到 90%,碳捕获成本比 2020 年水平降低 40%。

3 低碳替代产品研发和碳循环利用是工业碳减排的另一重要方向

在水泥行业,前沿热点方向包括:石灰石的零碳替代品开发、低碳水泥研发等。目前,已积极探索工业固废、黏土、火山岩等部分替代石灰石,以非石化基材料完全替代石灰石是未来发展的重要趋势。化工行业中,前沿热点方向包括:可持续的生物或废物基原料高效转化利用技术、绿色氢基大规模氨生产技术、碳循环利用新技术、分子炼油和多产化学品技术等。

节能提效、可持续性低碳燃料和电动化是交通部门绿色低碳转型的主要技术路径

1节能和能效提升技术是交通部门实现短期脱碳的主要方式,能够有效缓和不断增长的能源需求。

交通部门绿色低碳转型的前沿热点方向包括:轻量化技术、发动机技术、机电耦合一体化技术和智能交通技术等。在技术创新的推动下,交通运输工具的平均油耗和废气排放持续下降。提高轻质合金和复合材料等性能、开拓新型工艺技术和智能网联化技术等技术是未来主要的攻关方向。

2发展可持续性低碳燃料和电动化是交通部门实现中长期脱碳的关键。

前沿热点方向包括:可再生植物/海洋藻类或其他有机废物制成的生物燃料、氢能及氢基燃料和动力电池技术等。目前,部分低碳燃料在道路交通中处于示范阶段,在航空和航海领域处于起步探索阶段,动力电池技术已跻身世界前列。未来交通能源多元化发展将成为主流,下一代动力电池技术有望在 2030—2060 年逐步实现商业化。

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