国际重点部门碳减排政策行动与科技态势

2023年2期

2023-02-20

碳中和目标提出以来，工业、建筑和交通领域作为难以脱碳的重点部门受到主要经济体高度重视。本文梳理2022年以来主要经济体在工业、建筑和交通领域碳减排政策行动，分析科技布局态势与重大科技进展，为决策部门提供参考。1、主要经济体重点部门碳减排政策行动1.1 加强重点部门脱碳路线顶层设计，明确脱碳路径和关键技术清单美国陆续发布《工业脱碳路线图》和《交通脱碳蓝图》，确定工业和交通领域脱碳路径以及分阶段的研究、开发和示范议程；欧盟委员会针对欧洲研究区（ERA）能源密集型行业发布低碳技术、循环技术和商业模式路线图；韩国发布《碳中和绿色增长促进战略》和《技术创新战略》，以构建碳中和研发全周期体系为重点，确定百项碳中和核心技术。法国公布《2030年工业脱碳战略》和《钢铁计划》。主要经济体关注的重点部门脱碳关键技术包括：近中期以提高能源和资源效率、推进工业用能电气化、扩大利用循环技术、低碳与无碳供热和更节能的工艺为主，长期将发展绿氢应用、可替代原料、颠覆性工艺技术和碳捕集、利用与封存（CCUS）等。1.2 加大低碳产业和技术投资力度加速绿色转型主要经济体持续加大低碳和零碳产业投资，旨在未来几年引领零碳经济的发展。美国发布史上规模最大的气候法案——《通胀削减法案》，未来10年将在气候和清洁能源领域通过税收优惠、赠款和贷款担保的组合方式投资逾3900亿美元，重点支持清洁电力和输电、清洁交通以及CCS和清洁氢等前沿技术的研发和商业化。欧盟出台《绿色新政工业计划》，提出针对净零工业技术和产品（电池、风能、热泵、太阳能、电解槽、CCS技术等）、关键材料、电力建立可持续和简化的监管和投资环境，扩大可再生技术资助范围。欧盟在REPowerEU计划中提出到2030年将投资970亿欧元用于工业和建筑脱碳。法国将投资56亿欧元支持工业脱碳。1.3 多措并举强化重点部门和产品碳排放标准管控主要经济体通过立法、市场、标准等方式加强工业、交通、建筑行业碳排放标准管控。在工业领域，欧盟通过重大碳市场改革协议，继续扩大碳市场交易范围，确定碳边境调节机制（CBAM）实施方案，逐步降低免费配额比例直至全部取消，以市场机制激励减排并扩大绿色投资。在交通领域，欧洲议会和成员国达成协议，到2035年实现新售汽车和货车CO2零排放。欧洲议会通过《新电池法》，要求从2024年起对容量超过2 kWh（千瓦时）的工业和交通电池产品，逐步引入对碳足迹、回收成分以及性能和耐久性的可持续性要求。在建筑领域，美国白宫发布首个联邦建筑性能标准，该标准将要求联邦机构在2030年之前削减30%的建筑空间的能源使用，并将设备电气化。1.4 部署重大科技计划或项目，提升低碳产业技术竞争力美国在工业、建筑和交通脱碳领域部署了多类型科技项目。在工业领域，“工业能效和脱碳”项目资助具有中试或产业化前景的工业脱碳技术、“工业供热攻关计划”资助从基础研究到应用技术开发和演示的研究领域，包括清洁燃料、工业电气化、低热或无热工艺等。在交通和建筑领域，通过ARPA-E项目资助高效燃料电池、颠覆性高功率密度电机（电气化飞机推进系统）、高效建筑热能架构、镁电池等。欧盟依托“地平线欧洲”、“创新基金”支持工业CCUS、建筑节能技术、车用电池等基础研究与创新以及钢铁、水泥、化工等能源密集行业低碳技术和工艺的应用与示范，例如氢冶金、CO2转化制化学品和可持续航空燃料、化学回收塑料炼油等。日本“绿色创新基金”重点资助氢还原炼铁、绿氨电解合成及高比例混烧、专烧工艺、氢燃烧、CO2资源化利用技术、智能交通技术等。2、重点部门碳减排关键技术发展态势2.1 工业低碳变革性技术加速应用和示范无碳氢基流化床直接还原炼铁工艺示范取得实质性进展。英国普锐特冶金与韩国浦项制铁、鞍钢集团与中科院过程所分别开展了工艺合作研发，鞍钢集团将于2023年投产万吨级绿氢零碳流化床氢气炼铁工程示范。低温电化学还原炼铁技术有望进入试验阶段，美国ElectraSteel公司开发氧解耦电解（ODE）工艺将含量低至35%的低品位矿石在60 ℃下提炼成纯铁，拟于2023年完成试点工厂建设。先进电化学工艺、负碳发酵工艺助力化工产品生产零碳化或负碳化。澳大利亚莫纳什大学研究人员实现锂介导电化学合成氨近100%法拉第效率。日本东丽公司成功开发以生物质为原料合成100%生物基己二酸的方法并拟开展规模化试验。美国西北大学研究人员基于LanzaTech公司技术利用工程细菌将将工业废气转化为丙酮和异丙醇，与传统工艺相比可以减少160%的温室气体排放，目前该工艺已扩大到工业中试规模。高转化率、高选择性的CO2电化学、光/光电化学、生物转化研究取得快速进展。中国科学技术大学、电子科技大学联合独创一种CO2转化新路径，通过电催化与生物合成相结合，成功实现CO2转化制葡萄糖和脂肪酸。日本东京工业大学研究人员开发了一种基于含铅硫（Pb-S）键的新型CO2还原光催化剂KGF-9配位聚合物，在400 nm（纳米）的可见光照射下，将CO2还原为甲酸盐的选择性超过99%。2.2 碳捕集技术经济性持续提升，CCS商业项目数量创新高根据全球碳捕集与封存研究院数据，截止2022年9月，全球商业CCS项目数量再创新高，达到196个，比上年增加61个，捕集能力将达到每年2.44亿吨CO2，比2021年增涨44%。低成本、低能耗和高捕集率的碳捕集技术研发取得新进展。美国斯坦福大学和麻省理工学院的研究团队开发出一种新型烃梯形聚合物气体分离膜，可使化学分离的工业过程能耗降低90%。日本东京都立大学牵头的研究团队开发出了一种“液-固相分离系统”直接空气捕集新技术，能以99%的效率直接从大气中清除CO2。2.3 负碳水泥/混凝土技术引领绿色低碳建筑材料新方向基于生物基原料和工业固废，利用创新化学技术，生产负碳水泥/混凝土、研发高性能负碳隔热材料和可再生负碳粘合剂等是建筑材料的未来发展趋势。美国伍斯特理工学院研发了一种具有自愈能力的负排放酶促混凝土材料（ECM），实验发现该材料具有与传统砂浆相媲美的抗压强度。日本鹿岛建设株式会社等机构开发出将CO2固定在混凝土中的“CO₂-SUICOM®”技术，利用该技术生产的CUCO-SUICOM负碳混凝土模板，与普通高强度模板相比，每立方米可固定62千克CO2，实现负排放。该建筑模板已成功应用在日下川新泄洪道隧道工程中。2.4 零排放车用动力电池技术取得新突破日本艾迪科公司研发的新型锂硫电池已经测验成功，其能量密度可达到500 Wh/Kg（瓦时/千克）以上，是常规锂电池能量密度的2倍。法国国家科学研究中心开发出一种不含铂族金属的新型催化剂，在80 ℃条件下，可使氢氧化物交换膜燃料电池的峰值功率密度达到450瓦/平方厘米（当前研究报道最高为350瓦/平方厘米）。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室通过采用复合聚合物电解质，研发出新型燃料电池，能在160 ℃温度下实现每平方厘米近800毫瓦的额定功率密度，比磷酸基燃料电池高60%，有望解决交通工具中重型燃料电池长期存在的过热问题。

深度分析

孙玉玲 ; 滕飞 ; 秦阿宁 ; 赵佳敏 ; 李扬 ; 彭皓