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更多[2023-04-20]全球新型储能研究前沿与技术发展趋势
随着全世界各国陆续宣布碳中和目标，太阳能、风能等可再生能源的发展取得了显著进步。但其在时间上具有间歇性、在空间上具有分布不均的特点，如果直接并网将对电网产生强烈冲击。因此，储能系统的建立，尤其是将储能与数字化、智能化技术深度融合形成的新型储能技术，能有效融合电、热、冷、气、氢等多个能源子系统，实现多能协同，是未来能源革命的关键支撑技术。本文基于文献计量、专利分析等方法，分析了近十年（2013—2022年）锂离子电池、钠离子电池、液流电池、金属-空气电池、压缩空气储能、重力储能等6项新型储能技术的研究前沿、技术布局和发展趋势。 1、新型储能基础研究前沿主题 全球新型储能基础研究论文发文量在近10年快速增长，其中锂离子电池领域发文量最多（占比73.4%）。尤其是近2年，全球新型储能发文量占近10年总量的41.9%，其中金属-空气电池和重力储能技术方向占比均超过50%。全球主要国家均在新型储能领域开展广泛研究，中国表现尤为突出，以70091篇发文量位居全球首位（占比53.5%），其次是美国（16.6%）和韩国（8.4%）。中国钠离子电池和锂离子电池发文量全球占比最大（65.0%和59.5%），且具备相对较高的影响力，高被引论文数量占全球的76.0%，尤其是钠离子电池和金属-空气电池的高被引论文超过全球8成（84.7%和88.5%）。基于主题新颖度（Nj）、主题强度（Sj）、主题影响力（Aj）、主题增长度（Gj）4个论文计量指标的表现，综合指数排名前3位的新型储能基础研究前沿主题如表1所示。 2、新型储能技术布局重点方向 针对近3年（2020—2022年）6种新型储能技术相关专利进行主题聚类词云分析发现（图1），技术布局如下：①循环稳定性材料，包括负极材料、正极材料、锂电池隔膜、前驱体材料、热失控等；②合成工艺，如预测模型、电化学模型等；③锂电池，侧重于锂电池组、电极材料等；④钠离子电池，包括正极材料、电解液添加剂、固态电解质材料等；⑤物理储能系统，侧重于压缩空气储能、重力储能等。 分析近3年新型储能技术发明专利前15位国际专利分类号（IPC），可获知其主要布局方向，如表2所示。 3、新型储能技术发展趋势 锂离子电池：预计到2030年，锂电池储能系统的平准化成本可以降到0.2~0.3元/千瓦时，在灵活性调节资源中逐步具有竞争力。在技术突破方面，锂离子电池需要解决适应高安全、低成本、大容量应用需求的电池体系和材料、工艺及设备国产化问题；研究锂电池储能系统的故障机理、安全设计、成套设备及智能运维；锂矿资源高效开采、提炼及锂资源循环利用技术。 钠离子电池：目前仅处于研发示范阶段，未来商业化应用后其平准化成本预计比锂离子电池低20%左右，有望在固定式储能领域替代锂离子电池。重点需要突破以下技术方向：开发综合性能优异的正极材料，低成本、长循环、高能量密度、高倍率、无毒无害、加工简单是正极材料主要追求的性能；开发综合性能优异负极材料，同时如何兼顾合金或转换类的高容量与循环稳定性也是未来的发展方向；不断提高电池的能量密度，除了要提高材料本身性能之外，还需要在锂离子电池制造工艺的基础上探索适合于钠离子电池特点的制造工艺。 液流电池：未来全钒液流电池最具发展前景的方向是构建商用液流电池系统电站。预计到2030年平准化成本达到0.2~0.3元/千瓦时，将出现一定规模的商业化应用，随后将随着产业规模扩大成本进一步下降，并在长时、大容量储能中占据一定的份额。未来研究和开发将集中在：使用无腐蚀性、安全、低成本氧化还原活性的有机材料；通过开发氧化还原活性材料增加电池能量密度；通过电极表面改性修饰，提高电极表面电流密度；利用高度可逆的氧化还原电偶增加电池寿命；通过扩大活性物质的浓度以及降低电解液沉淀实现整个电池系统能效的提高。 金属-空气电池：金属-空气电池以其超高的能量密度在下一代储能设备研究中占有重要地位。未来需在以下领域开展研究：金属-空气电池的材料设计，通过提高金属电极的可逆性，抑制副反应，优先解决可再充电能力问题；除了开发提高电池性能的材料设计方法外，还需寻找适用于大容量储能的应用，以实现金属-空气电池大规模商业化发展；电池结构的设计，如循环电解质流动的电池结构。 压缩空气储能：作为最具发展潜力的大规模物理储能技术，到2030年先进压缩空气储能将在长时储能领域成为抽水蓄能的重要补充，并且每千瓦时装机成本预计将在目前的0.25~0.3元基础上再降低20%~30%。未来发展趋势包括：积极研究开发人造洞室、金属材料及复合材料储气等新型储气形式，摆脱压缩空气储能系统对地理条件的依赖，促进其大规模推广应用；开展精准热力学模型、地下洞穴稳定性评价和复合材料储气结构特性等方面的研究，为压缩空气储能系统储气装置的选型与应用提供理论指导依据；开发热塑性复合材料以取代金属材料用于压缩空气储能系统。 重力储能：目前，重力储能技术正处于探索发展阶段，大规模投入生产应用的项目案例鲜有报道。未来研究重点主要包括：大功率电动/发电机及其运行控制，发电机连接轴承研制和其他转动方法开发；重力储能电站上下仓布置方法，重物输送系统节能增效；重力储能系统集群运行与控制，重力储能系统的稳定性和全天候适应性；重物材料及来源的可循环性等。政策动态
[2023-03-20]主要经济体数字碳中和战略动向特点剖析
数字化和绿色化是全球经济社会转型的核心趋势，将塑造新产品、新服务、新市场、新商业模式，推动经济发展形态从线性经济模式向循环经济模式转变。为把握净零时代经济增长新机遇，美国、欧盟、英国、日本等主要国家和地区积极出台碳中和战略计划，加速构建零碳能源、零碳工业、零碳交通等新体系。其中，数字技术已成为各方加速实现碳中和目标的重要抓手。基于对国内外碳中和战略计划的综合分析，本文中的“数字碳中和”概念主要指利用数字技术推动能源、工业、交通、信息通信等行业低碳转型的创新方式。本文深入剖析了主要国家和地区数字碳中和战略的发展脉络、战略特点、重点部署方向等。 1、主要经济体数字碳中和战略动向 1.1 美国：将数据和智能技术作为数字碳中和战略的关键抓手 美国着重从立法角度部署数据和智能技术脱碳行动框架，加强基础数据建设，推动智能技术在关键行业脱碳中的应用。《2020年能源法案》部署了数据和智能技术在数据中心和智能建筑节能减排、核能开发、智能电网建设等领域的应用行动。2021年出台的《基础设施投资和就业法案》提出加强能源基础数据设施建设，实施国家能源建模系统计划，制定数字气候解决方案，利用人工智能、自动化、传感、建模等智能技术提高能源生产和使用效率。美国能源部发布《工业脱碳路线图》和《美国国家交通脱碳蓝图》，提出了智能制造和数据分析技术在工业脱碳中的应用路径，以及利用数字技术从增强生活便利性、减少出行、优化改善物流等基础层面助力交通脱碳。 1.2 欧盟：将绿色化和数字化转型作为首要政治议程，大力推进两者高效联动 欧盟委员会将绿色化和数字化双重转型作为政治议程的首要任务，制定了一系列转型发展战略政策，并加强两者之间的协同联动作用。《2022年战略前瞻报告：新的地缘政治背景下实现绿色化和数字化转型》分析了双重转型的联动作用和涉及的人工智能、数字孪生、物联网等关键数字技术，将关键行业双重转型的战略自主性、绿色外交、数字外交等作为关键行动领域。 能源系统双重转型被欧盟视为结束对俄罗斯化石燃料依赖、解决气候危机、获取可负担能源的关键举措。《欧盟能源系统整合战略》制定了能源系统双重转型框架；《能源系统数字化行动计划》提出能源系统数字化的关键行动，包括：建立数字化、绿色化和弹性能源系统；建立欧盟数据共享框架，支持创新能源服务；加强数字电力基础设施建设；为消费者提供数字服务、工具和法律保护；加强能源系统的网络安全和弹性；制定数据中心环境标签、计算机能效标签、区块链能效标签计划，控制电信网络、数据中心、加密货币等信息通信行业能耗；加强国内外合作。此外，欧盟还积极推出《欧洲新工业战略》、《循环经济行动计划》、《净零时代的绿色新政工业计划》和《可持续与智能交通战略及行动计划》等工业和交通领域双重转型战略计划，设定转型愿景与策略，制定转型框架。 1.3 英国：聚焦数字化导向，强化人工智能助力脱碳创新 英国将数字化转型作为应对气候危机的核心导向，密集出台能源、工业、交通等行业数字化转型战略计划，以实现到2030年建设高水平低碳基础设施的目标，推动经济低碳增长。《迈向净零排放的能源系统数字化：2021年战略和行动计划》提出了能源系统数字化的愿景和具体行动，主要包括：部署能源系统数据建设与协调行动，制定能源系统数字化监管和政策激励措施，开发能源数字工具和能源基础设施；《工业脱碳战略》提出加速制造业供应链数字化创新，从供应链整合和优化角度降低碳排放；《交通脱碳：更好、更绿色的英国》提出通过数据共享等数字解决方案优化交通效率，加快脱碳步伐。 英国大力推进人工智能脱碳应用。《绿色工业革命十点计划》强调将人工智能助力能源发展（AI for energy）等作为颠覆性技术发展的优先事项，《人工智能路线图》和《国家人工智能战略》等多项行动计划倡导利用人工智能技术应对气候危机，《人工智能助力脱碳创新计划》设立人工智能助力脱碳虚拟卓越中心和人工智能助力电力、工业、农业脱碳项目，最大限度地提高人工智能脱碳解决方案的技术准备度、经济效益和碳效益。 1.4 日本：积极推进数字技术赋能行业绿色发展 日本高度重视利用人工智能和物联网等数字技术赋能行业节能减排。《革新环境技术创新战略》强调利用数字技术建设弹性电网，开发分布式能源控制技术，推进“智能城市基础设施”国际标准建设；《第六次能源基本计划》指出利用数字技术提升供应链的物流效率、优化能源使用和控制系统、提升发电效率和电力系统安全性等；《巴黎协定下的长期战略》提出利用人工智能等技术降低交通、运输、建筑、农业等行业碳排放，到2050年实现地区层面供需控制数字技术的部署。此外，《2050年碳中和绿色增长战略》提出半导体和通信产业等14个行业的碳中和目标和重点任务，包括打造绿色数据中心和研发绿色数字技术等。 1.5 中国：着重推进工业数智化和绿色化融合发展 我国将工业数智化和绿色化转型作为实现“双碳”目标的关键策略。《“十四五”工业绿色发展规划》提出加快人工智能、物联网、云计算、数字孪生、区块链等信息技术在绿色制造中的应用，以数据为驱动提升行业绿色技术创新、绿色制造和运维服务水平。《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》提出深度融合大数据、第五代移动通信等新兴技术，引领高碳工业流程的零碳和低碳再造和数字化转型。此外，《信息通信行业绿色低碳发展行动计划（2022—2025年）》《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》指出建设绿色基础设施和绿色产业链供应链等，推动信息通信行业绿色低碳高质量发展。 2、主要经济体数字碳中和战略特点 综上，主要国家和地区积极利用大数据、人工智能、数字孪生、区块链等数字技术，赋能能源、工业、交通、建筑、农业、信息通信等行业低碳转型，构建经济低碳增长新模式，应对全球气候危机。 数字碳中和侧重从提效降耗角度助力各行业绿色低碳发展，主要路径包括：利用大数据实现碳排放和碳吸收计量与预测，为碳资产管理和碳汇研究提供支撑；利用人工智能技术提高能源调度和利用效率，优化交通运输管理体系；利用数字孪生技术提高工业生产过程的成本效益、效率和灵活性；利用区块链技术实现碳排放溯源和碳交易监管，优化能源市场架构和交易流程等。 数字碳中和战略行动将加速全球数字化转型进程，加剧能源等关键基础设施领域的网络安全风险，引发数据和人工智能技术相关的隐私和道德等问题。因此，须从统筹发展和安全角度部署数字碳中和战略行动。
[2023-02-20]国际重点部门碳减排政策行动与科技态势
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。
[2023-01-20]“双碳”背景下我国重点领域的减排措施及建议
国家主席习近平在多次国内外重要会议上强调实现“双碳”目标，党的二十大报告提出“积极稳妥推进碳达峰碳中和”。截至2022年底，我国陆续印发与“双碳”相关的国家战略与政策，各领域重点工作有序推进，“双碳”工作取得良好开局。本文旨在对能源、工业、交通、建筑、农业和全民行动等重点领域减排措施进行梳理和针对性分析，在此基础上为推进我国“双碳”战略进程提供参考。1、我国“双碳”战略政策体系我国“双碳”战略形成了“1+N”政策体系格局。2021年9月22日发布的《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》作为“1”，2021年10月24日发布的《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》明确了十大行动，这两份文件在“1+N”政策体系中发挥统领作用，是贯穿“双碳”阶段的顶层设计。“N”是指包括能源、工业、交通、建筑、农业、全民行动等重点领域碳达峰实施方案及科技支撑等保障方案。2、我国重点领域减排措施2.1 能源领域（1）加快推动能源绿色低碳转型。工业大省，如广东、黑龙江等推动发电能源转型，扩大可再生能源发电比例，研发启用先进能源技术。高原省区，如青海、甘肃、西藏等推动能源清洁低碳安全高效利用，建设清洁能源基地。（2）利用各地资源禀赋，调整优化产业结构。建材重要生产地，以华中地区为代表，主要表现为调整优化产业结构和能源结构，降低碳排放强度。沿海资源丰富地区，比如华南地区主要是利用地区资源禀赋大力发展清洁能源，推动传统产业生态化绿色化改造。（3）优化电源结构，有序推动电力系统清洁能源替代。多省区碳达峰方案提出推进智能电网建设，拓展电力跨区输送通道；加快配电网智能化升级改造，构建坚强智能电网。（4）积极发展非化石能源，控制能源消费。国资委将指导中央企业严格控制化石能源消费。各省区因地制宜地开发水电，加快发展风电、光伏发电，积极有序发展核电。2.2 工业领域（1）工业能源节约与能效提升。实施能源消费强度和总量双控制度，强化重点用能单位节能管理，组织实施节能重点工程，加强先进节能技术推广，强化节能法规标准约束。（2）产业结构绿色转型。持续严格控制高耗能、高排放项目盲目扩张，依法依规淘汰落后产能，加快化解过剩产能。严格执行钢铁、铁合金、焦化等13个行业准入条件，建立完善的制度和监管体系。（3）发展绿色低碳产业。关注能源资源消耗低、环境污染少、附加值高、市场需求旺盛的产业；加快发展新能源、新材料等战略性新兴产业，推动新兴技术与绿色低碳产业深度融合。（4）重点区域与重点行业减排。优化重点区域绿色低碳布局，分类实施绿色转型升级工程。强化钢铁、建材、化工、有色等重点行业能源消费及碳排放目标管理，推行绿色制造，推进工业绿色化改造。2.3 交通领域（1）优化交通运输结构。完善铁路、公路、水运、民航、邮政等基础设施网络，促进降低运输能耗和二氧化碳排放强度。比如山东计划耗资2700亿元用于全省综合立体交通网建设，湖北依托长江黄金水道通江达海的优势，开展铁水联运“一单制”综合试点。（2）加大绿色低碳新技术和装备研发。推动交通运输领域低碳前沿技术攻关，降低运输工具平均油耗和废气排放。鼓励支持科研机构、高等学校和企业事业单位开展低碳交通技术和装备研发，培育和建设创新基地与平台，加强创新成果转化应用。（3）推广低碳型交通工具。制修订适应“双碳”要求的交通工具能耗限值准入标准，引导行业选择和使用高能效车船。发展新能源和清洁能源运输工具，加强绿色基础设施建设，比如广东茂名已落地国内首个可持续航空燃料产业基地。（4）倡导低碳出行。完善城市公共交通服务网络，指导各地加快城市轨道交通等大容量城市公共交通系统发展。大力建设自行车、步行等城市慢行系统，宣传低碳出行，加快推动形成绿色生活方式。2.4 建筑领域（1）建立全新的低碳环境价值观和系统设计新理念。建筑设计策略强调个性化、自然化、健康化，形成以低碳建材为主的建筑新格局，减少高碳建材的使用，鼓励使用低碳建材。（2）改变生产方式，创新建造方式。推动建筑企业向全产业链模式转型，形成一体化全产业链工作模式，加快技术迭代和创新应用。创新建造方式，包括装配式建筑的现场施工以及后期的装修。（3）通过智能化实现节能降耗。加强人工智能等技术使用，推动既有建筑的智慧运维，包括基于“数字孪生”的实体空间和虚拟空间环境能耗的统筹优化，通过数据挖掘实现低排放人居环境。（4）公共建筑管理有助于推动建筑领域碳达峰工作。按照建筑能耗限额管理要求，公共建筑能耗指标严格控制于约束值以下，使公共建筑持续保持在节能、稳定和高效的运行状态。（5）加强清洁低碳和可再生能源利用。北方供暖地区需调整供暖用能结构，减少煤炉使用，提高热电联产、可再生能源供暖比例农村地区扩大可再生能源、光伏应用比例，建立屋顶光伏试点。2.5 农业领域（1）资源化利用。开展废弃物资源化利用，推进农药化肥减量增效行动，推进农田残膜回收工作，推广高效施肥、绿色防控技术。促进畜禽标准化规模养殖，减少粪污处理利用环节的温室气体排放。（2）调整优化结构。根据地区资源特点和市场条件，合理配置资源和生产要素，因地制宜确定发展方向，引导产业分工协作，推进特色优势产业提质增效。（3）清洁能源使用。构建以可再生能源为基础的用能体系，推进农村生物质能源多元化利用和光伏、风电发展。例如吉林大力推广生物质区域锅炉等为主的取暖炉具，推进农村用能低碳转型。（4）高标准农田。实施耕地地力保护工程，推广用地养地结合的培肥固碳模式，提升土壤有机质含量；加强水利化建设，增加有效灌溉面积和高效节水灌溉面积，因地制宜地提高农业机械化水平。（5）加强低碳化技术研发及应用。选择高产低碳品种、化种植方式提高农业生产效益。采取粪污干湿分离、粪肥深施还田等代化肥施用，同步实现增产与减排。利用秸秆地表覆盖、免耕播种，配套应用病虫草害防治技术，增强土壤固碳能力。2.6 全民行动（1）居民消费端碳减排。2022年5月，《公民绿色低碳行为温室气体减排量化导则》的正式实施为消费端碳减排量化提供了标准。（2）人才培养。推动全国高校加强绿色低碳教育，打造高水平科技攻关平台，加快紧缺人才培养，促进传统专业转型升级，深化产教融合协同育人，加强国际交流与合作。3、存在问题及建议3.1 存在问题（1）结构调整面临困难。我国煤炭和石油消费量较高，从能源供应系统到能源消费行业、重大基础设施，需在2060年前完全实现脱碳化改造升级，存在巨大挑战。钢铁、有色、化工、水泥等高耗能产业为主导的区域也将面临同样的挑战。（2）电力行业脱碳面临挑战。我国电力长期以省域平衡为主，跨省跨区配置能力不足，严重制约了可再生能源大范围优化配置。此外，我国非化石能源规模化、产业化应用不仅面临调峰、远距离输送、储能等技术问题，还面临电网体制机制问题。（3）技术创新支撑不够。我国碳捕集、利用与封存（CCUS）技术链条发展应用水平不一致，低碳技术、零碳技术、负碳技术等尚不成熟。关键“卡脖子”技术自主创新不足、集成难，清洁能源运输优化、存储等技术上有待实现突破。（4）金融财政体系不配套。“双碳”战略的实施将不可避免地对我国采矿大省、电力大省和建筑大省的主导产业产能造成巨大冲击，导致经济效益下降和产能过剩，进而影响金融体系稳定。另一方面，双碳技术研发及推广应用还缺乏完善的财政金融支持，也还存在资金效能不高等问题。3.2 建议（1）优化能源结构与统筹产业结构并行。推进源头防治，按照“双碳”目标加快推进减碳步伐，强化多污染物协同控制和区域协同治理，推动环境友好型产业生态。打造清洁能源低碳体系，加大清洁能源应用示范，形成绿色低碳生产方式。（2）加速电力行业脱碳。推进电力能源清洁化和高效化发展，通过以核能、CCUS为辅的多种技术组合发电，保证电力行业先于整体经济脱碳。推动电力市场机制体制进一步改革完善，统筹保障电力系统安全运行。（3）加强技术创新。支持CCUS、等离激元人工光合等关键技术研发，整合减碳、零碳和负碳技术。大力发展电化学储能等新型储能技术，推进新型清洁能源回收循环再利用技术突破。加快大数据、区块链、人工智能等前沿技术的绿色科技应用。（4）建立健全绿色金融体系。丰富绿色金融产品和工具，完善绿色金融机制体制，从国家、地方、企业多层面探索绿色金融路径，推动绿色金融体系不断完善。政策动态
[2022-12-20]2022年国际能源形势和能源科技领域发展态势
2022年以来，全球疫情延宕反复和俄乌冲突不断升级对国际能源生产和消费造成巨大冲击，能源危机改变碳中和进程，推动能源安全成为最优先议题。各国重新审视激进脱碳政策，务实发挥化石能源在近中期的兜底保障作用，加强能源产业链供应链自主化、多样化的战略布局，并着力夯实科技创新根基以应对国家发展和安全风险。1、国际能源形势与主要国家战略布局（1）复杂国际形势下保障能源安全成为能源领域优先议题激进脱碳政策不切实际，煤炭兜底保障作用凸显，能源危机持续发酵倒逼各国能源战略自主转型。欧盟出台多轮应急短期计划以确保油气资源供应安全，发布“REPowerEU”能源长期计划推动欧洲清洁能源转型。英国出台能源安全战略、紧急能源计划和解除水力压裂禁令，多举措促进能源供应多样化、清洁化、本土化。欧洲多国重启燃煤电厂，美国研究实施燃煤电厂改造发展核电可行性，并资助利用煤炭原料转化制高价值碳基产品的研究和示范。（2）低碳时代竞争焦点由传统油气资源转向战略矿产资源建立自主可控的低碳技术原材料供应链成为各国布局共性特点。美国首次发布保护清洁能源供应链的全面战略，强调摆脱对他国（点名中国）的过度依赖；并从国家安全高度启用冷战时期《国防生产法》、建立“矿产安全伙伴关系”，加速投资并构筑美国主导的关键产业链供应链。日、韩分别制定国家蓄电池产业战略，提出保障原材料供给、加速下一代电池技术创新等关键举措。欧盟将锂和稀土视为实现气候中和的战略资源，提出到2025年实现动力电池100%本土供给。英国发布首个关键矿产战略、建立首个关键矿产情报机构，多举措保障供应链自主可控。（3）碳中和长期目标显著强化清洁能源变革性科技布局虽然多种因素叠加加速全球能源格局嬗变，但碳中和长期趋势不会逆转，各国竞相强化能源科技战略和计划部署推动变革性技术开发。美国白宫发布“净零变革者倡议”确定高效建筑供热和制冷、净零航空、净零电网和电气化、工业净零排放的循环经济、核聚变规模应用等5项优先研发事项，已相继启动了氢能、长时储能、负碳技术、增强型地热系统、海上风能和工业供热等攻关计划，集中资源推动变革性技术创新。日本设立总额2万亿日元的“绿色创新基金”，目前已启动低成本海上风电、下一代电池、氢/氨供应链等19个为期10年的大型研发项目，资金落实率超过90%。2、关键能源技术发展趋势（1）燃煤“三改联动”加速推动煤炭清洁高效利用转型集成储能、余热回收等技术提升燃煤发电调峰潜力成为重要发展方向。韩国科学技术研究院提出了压缩CO2储能与火发蒸汽循环耦合系统，实现46%的最大往返效率和36千瓦时/立方米的储能最大能量密度。东南大学开发新型高效余热回收热电联产系统，集成了超临界再压缩再生布雷顿循环、跨临界再生布雷顿循环、CO2制冷循环、除湿系统和碳捕集系统，有效提升燃煤发电总功率和热效率。新型热力循环与高效热功转换系统聚焦灵活多源发电、混燃发电、新型工质热工转换，以实现燃烧高效低排放。日本JERA公司宣布将于2023年启动燃煤机组高比例混氨（20%热值）共燃项目，并希望到2028年实现50%混氨比例。美国宾夕法尼亚州立大学通过ReaxFF反作用力场模拟方法进行化学链燃烧的分子动力学模拟，为理解利用CuO载氧体的固体燃料化学链燃烧在原子尺度上的反应机理和反应动力学提供了新的视角。（2）新一代可再生能源技术逐步实现高效率、低成本转化利用，装备器件绿色循环利用受到关注新型高效太阳能转换效率不断突破，高效率钙钛矿电池迈向商业化。瑞士洛桑联邦理工学院和瑞士电子与微技术中心合作开发钙钛矿/硅叠层太阳能电池，认证效率创造31.25%新纪录。美国麻省理工学院在热光伏研究领域取得重大突破，转换效率首次超过40%。太阳能制氢取得突破。英国剑桥大学开发首个漂浮式钙钛矿-BiVO4人造树叶装置，助力太阳能燃料规模化生产。日本东京大学实现光催化全分解水制氢表观量子效率大于50%新突破。中国科学院大连化学物理研究所在国际上首次拍到光生电荷转移演化全时空图像，为突破太阳能光催化反应瓶颈提供了新的认识和研究策略。太阳能电池回收利用成为可持续发展的关键。德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所利用废弃光伏组件中100%回收的硅，重新生产出转换效率19.7%的钝化发射极背接触太阳能电池。风电重点研究低成本、长寿命、大容量风电机组、新型叶片材料以及全生命周期回收利用等关键问题。美国桑迪亚国家实验室成功开发不依赖稀土磁体的低成本新型风力涡轮机，在无维护情况下可运行超30年。维斯塔斯研制世界最高199米陆上风电塔筒，计划于2025年开始安装。金风科技研制全球单机容量最大、叶轮直径最大、单位兆瓦重量最轻的16兆瓦海上风电机组成功下线。西门子歌美飒利用新型树脂材料开发全球首款陆上风机可回收叶片，并实现应用。生物质高效转化技术不断发展，生物质制氢和生物质制己二酸技术进入规模化示范，生物质转化为生物基功能材料、高值化学品前沿技术是重要的研究方向。日本东丽公司成功开发了以糖为原料100%合成生物基己二酸的方法，并已开始进行规模化试验。中国大唐集团首台套生物质气化化学链制氢多联产中试成功制备纯度94.07%的氢气。瑞士洛桑联邦理工学院通过木质纤维素糖直接功能化，制备具有高玻璃化转变温度、坚韧机械性能、可进行二次加工的可持续塑料。美国特拉华大学提出强化反应蒸馏-还原催化解构工艺，解构木质素为芳香类生物油，可作为高性能添加剂用于立体光刻3D打印技术。（3）第四代核电系统和聚变研究持续取得突破核电强国积极布局第四代核电技术研发。法国将投资10亿欧元发展第四代核电技术和促进核安全研究，并重启核能建设。美国泰拉能源和南方公司合作建成热功率1兆瓦熔盐堆综合效应试验装置，将支撑在2030年代早期开展世界首座氯化物熔盐快堆示范。俄罗斯原子能工业公司全球首座全堆芯装填MOX燃料的钠冷快堆并网。比利时国家核能研究中心探索液态金属（钠或铅）冷却或气体冷却反应堆堆芯，加快第四代小型模块化反应堆研究。可控核聚变等离子体理论研究、运行实验不断涌现突破性成果，各国将谋划产业发展路线提上议程，私营企业纷纷加入应用研究赛道。美国白宫召开首届峰会，计划制定一项聚变能商业化十年战略。日本将聚变原型堆建设时间提前5年，并着手制定产业化战略。英国已完成球形托卡马克原型聚变电站选址。美国能源部国家点火装置首次实验验证了聚变自持燃烧产生增益的可行性，是世界首次成功的激光“核聚变点火”。欧洲联合环聚变实验装置启动了等量氘-氚聚变实验，5秒内产生了59兆焦耳的稳定等离子体，创造新的聚变能量输出纪录。谷歌DeepMind公司基于深度强化学习算法的控制系统，成功实现真实环境下的托卡马克等离子体控制和位形优化。英国First Light fusion公司弹丸惯性约束聚变技术首次成功实验，并计划在2030年前建立150兆瓦示范电厂。加拿大通用聚变公司和英国原子能机构计划合作建设一座磁化靶聚变系统原型。（4）多项规模化储能技术开展产业化示范，新型高效电化学储能技术取得重要进展先进高效率、大规模压缩空气储能技术推进产业示范。中国科学院工程热物理研究所国际首套百兆瓦（100兆瓦/400兆瓦时）先进压缩空气储能国家示范项目顺利并网发电，系统设计效率在70%以上，是目前世界单机规模最大、效率最高的新型压缩空气储能电站。澳大利亚可再生能源署宣布将资助建设200兆瓦/1600兆瓦时的先进绝热压缩空气储能设施，储能时长至少8小时。全固态电池、钠金属电池、金属-空气电池等新型电化学储能技术取得重要进展，部分技术已开始推进量产。美国航空航天局开发能量密度500瓦时/千克航空用固态硫硒电池，通过在单个外壳内将电芯堆叠在一起，较普通锂离子电池重量减少了30%~40%。澳大利亚迪肯大学利用全氟聚醚基电解质，首次实现超1000小时超稳定全固态钠金属电池制备。新加坡国立大学开发近中性条件下最高功率密度全有机氧化还原液流电池。德国明斯特大学与电子科技大学合作利用非碱性电解质开发稳定运行超过600小时实用性锌-空气电池。美国南卡罗莱纳大学开发新型低成本固体氧化物铁-空气电池首次实现12.5小时的长时储能，且能量密度高达625瓦时/千克。中科海钠全球首条吉瓦时级钠离子电池生产线产品下线。废旧电池高价值回收利用技术成为可持续发展的关键途径。日本东北大学利用固态电解工艺实现废旧电池高价值回收利用，铝纯度与铝合金铸造原铝相当，达到99.9%。北京化工大学提出了利用热裂解回收锂电池中双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）的不同路线，回收率最高可达到80%以上。韩国首尔国立大学用插层电极从酸性锂离子电池浸出液中直接电化学回收锂，最大回收容量达到3.51毫摩尔/克，能量消耗仅为13.6千焦/摩尔，且可重复利用。（5）低碳氢/氨技术突破推进终端能源消费零碳化电解制氢催化剂和电极设计制备策略不断拓展，氮还原制氨效率和反应条件持续优化。韩国蔚山国家科学技术研究院合成磷掺杂缺陷二氧化钛负载钌团簇析氢催化剂，质量活性达到商业铂碳催化剂和钌/二氧化钛催化剂的34.3和18.7倍。美国爱达荷国家实验室与Bloom能源公司成功完成核能高温蒸汽固体氧化物电解制氢实验室运行测试，制氢效率比其他商用电解槽高45%。澳大利亚莫纳什大学通过电极-电解质界面区域中的致密离子分层实现高效合成氨，法拉第效率接近100%。荷兰乌特勒支大学开发出温和条件下无过渡金属的氮还原制氨催化剂，性能可与经典贵金属催化剂媲美。新材料储氢技术突破推进向应用发展。法国诺曼底大学和美国贝鲁特大学开发出甲酸脱氢性能优异的非贵金属光催化剂，在环境条件下具备近100%选择性和高稳定性。美国劳伦斯伯克利国家实验室评估发现MOF吸附剂储氢有望成为10兆瓦级固定电源的首选。先进燃料电池性能持续提升。美国麻省理工学院和爱达荷国家实验室通过简单硝酸处理使氧电极与电解质之间发生反应性键合，实现了质子陶瓷燃料电池低至350 ℃的优异性能。北京理工大学首次构筑燃料电池催化层多孔共价有机框架离聚物，使铂碳催化剂的质量活性和燃料电池的峰值功率密度均提高了1.6倍。中国科学技术大学与南京理工大学开发出无铂族金属的镍-钼-铌金属玻璃催化剂，使碱性燃料电池功率密度突破390毫瓦/平方厘米。绿色氢/氨应用场景和规模逐渐扩大。法国Lhyfe公司投运全球首个海上可再生能源制氢示范项目，日产能达到400千克。法国阿尔斯通创纪录实现氢燃料电池火车连续行驶1175公里。美国通用电气公司实现燃气轮机50%混氢运行。瑞典钢铁集团SSAB投运用于无碳炼钢的大型储氢试点设施。英国混凝土公司TARMAC示范氢气替代天然气用于商业规模生石灰生产。新加坡吉宝集团与日本三菱重工、挪威船级社签署协议在新加坡建设100%氨燃气轮机发电厂。（6）规划建设新型智能能源系统成为各国战略竞争焦点分布式能源成为促进可再生能源部署和建设新型电力系统的可行途径。国际能源署指出分布式能源正在改变全球能源系统。欧盟发布“综合能源系统研发实施计划”推动跨部门集成和电网级储能等技术研发，出台“数字化能源系统计划”构建灵活分布式低碳能源系统。美国阿贡国家实验室与Packetized Energy公司合作开发Beyond DERMS软件平台，可解决集成数百万分布式电源设备的并网问题。“数智化”技术成为推动能源系统转型的有力手段。美国电力公司利用西门子的模拟运行软件建立整个输电网的数字模型。德国意昂电力公司推出数字化整体解决方案助力电网智能化发展。日本名古屋大学开发出具有睡眠和唤醒模式的能源互联网多执行器模型控制方案，可有效配置网络中的间歇性能源供应而无需蓄电池和电容器。C40城市集团与谷歌公司启动24/7城市零碳能源计划，利用人工智能等创新工具推进城市能源完全脱碳。政策动态
[2022-11-20]全球能源危机下的核电政策转变与技术趋势
2022年初，随着俄乌冲突的爆发，以及欧佩克组织成员国的原油减产，导致国际能源价格飙升，综合通货膨胀、疫情、极端天气等因素，全球陷入了巨大的能源危机之中，对于欧洲诸国尤其明显。能源问题可能在今年冬季因“三重”拉尼娜现象而进一步恶化。上述多重因素的叠加严重影响了各国的碳中和目标，导致这些国家的能源政策发生了转变，尤其表现在核电领域。1、全球重要国家核能源政策转变由于地缘政治、极端气候、新冠疫情等多方面的影响，各国的核能源布局与战略发生了巨大变化，特别是欧美国家迫于现实需要，逐步放弃了自福岛核事故后维持了多年的抑制核电发展的政策。美、英、法、韩等核电大国开始加大核电建设投入，以德、日为代表的废核、限核国家，现今也逐步放开核电政策。1.1 美国美国拜登政府上台之初就意识到了核电对于美国实现“碳中和”目标的重要性，因此一改历届民主党政府的“抑核”态度，对核电采取了务实的态度。早在去年3月，美国能源部核能办公室发布的《战略愿景》文件中就提出了美国核能事业到2030年的5大愿景目标，包括确保现有核反应堆的持续运行、实现先进反应堆的部署、开发先进核燃料循环技术、保持美国核电技术的领导地位、建立高效的核电业务组织，以应对美国核电领域面临的挑战。在今年8月出台的《通胀削减法案》中，给予了核电站建设与升级更优惠的税收政策与信贷额度，并提供拨款激励先进反应堆铀燃料的生产与升级国家实验室的核基础设施。1.2 英国2021年，由于核反应堆的退役，英国的核电发电量降至1982年以来的最低水平。今年4月初，英国《英国能源安全战略》指出，英国政府未来的能源政策将着眼于包括核电在内的清洁能源，计划到2050年将核电装机容量增加两倍，为了实现该目标，除了考虑现有核电站延寿以外，还计划在未来十年内以每年大约一个新核电项目的速度推进核电的开发。此外，英国政府也在积极推进核能制氢技术的发展以及聚变能发电的商业化应用，如其去年发布的《氢能战略》中提出到2030年实现5吉瓦低碳氢产能，在《英国聚变战略》中则表示将示范聚变发电技术的商业可行性，并向全球输出聚变技术。1.3 法国核电大国法国有近70%电力依赖于核电，但在2015年通过的法案要求实现电力生产的多元化，逐渐关闭部分现有核反应堆，在2035年前将核电占比将至50%。但随着全球能源危机的爆发，从今年2月开始，法国政府不得不重新加大对于核电的投入，除了要求法国电力公司（EDF）研究核电机组延寿运行到50年以上的技术以外，还起草了新法案，进一步加速发展新型核电，计划首批建设6个新一代欧洲压水反应堆（EPR-2），远期还考虑建设另外8个EPR-2。1.4 德国2011年日本福岛核泄漏事故后，德国政府制定了2022年底前逐步退役全部核电站的计划。德国目前仅剩3座核电站处于运行状态，原计划今年底关闭。近期，德国政府认为允许暂时延长剩余3座核电站寿命的关键条件已经得到满足，德国总理朔尔茨已于今年10月17日正式宣布，将德国剩余3座核电站的运营时间延长至2023年4月15日。1.5 韩国尹锡悦政府上台后，拒绝上届政府提出的逐步淘汰核电的方案，承诺加大投资核电产业，使韩国重获安全核反应堆出口主要国家的地位。韩国产业通商资源部今年6月宣布，计划到2030年将核电在全国能源结构中的比重提升至30％以上。2021年这一比重为27.4％。韩国政府还准备投入4000亿韩元开发小型模块化核反应堆，力争到2030年出口10座核反应堆。1.6 日本福岛核事故过去11年后，日本政府于今年8月24日宣布正在考虑未来建设“配备有新安全机制的新一代反应堆”，这既是为了实现碳中和，也是为了应对能源价格飞涨。除了新建新一代反应堆，重启现有反应堆也是日本政府近期的主要核电计划。7月14日，日本首相岸田文雄就透露，今年冬季最多将启动9个核电机组。为确保今后电力稳定供应，明年夏季之后，将计划重启的核电机组数量增加到17个，并进一步延长核电机组运营期限。2、核电技术主要发展趋势正是由于国际局势、经济环境、环保政策等的快速变化，以及其它清洁能源的一些劣势，如能源输出不稳定、成本仍然较高等，导致稳定和相对廉价的核能越来越成为各国理想的零碳能源来源。在多方因素作用下，当前核电技术快速发展，其研究主要集中在第四代核电技术以及小型模块化反应堆技术。2.1 第四代核电技术第四代核电技术目前仍处于开发阶段，目标是在2030年左右投入应用。第四代核电技术有六种设计概念，包括三种快中子堆和三种热中子堆。三种快中子堆分别是带有先进燃料循环的钠冷快堆（SFR）、铅冷快堆（LFR）和气冷快堆（GFR）；三种热中子堆分别是超临界水冷堆（SCWR）、超高温气冷堆（VHTR）和熔盐堆（MSR）。这些设计的目的是要达到大幅减少核废料、更充分利用铀资源、降低核电站建造和运营成本，以及更好控制核扩散，即保证核技术的和平利用。我国在第四代核电技术的研究与商业化方面处于优势地位，在钍基熔盐堆、铅基重金属冷却快中子反应堆等方面具有丰富的技术储备，同时，全球首个四代核电技术商业化示范项目，即石岛湾核电站高温气冷堆，也于今年11月初首次实现了核能供热。2.2 小型模块化反应堆技术小型模块化反应堆（SMR）已经成为未来核能技术发展的重要方向，各国正针对其开展研究，依据国际原子能机构（IAEA）最新统计数据，全球目前约有70种SMR设计和概念，处于不同开发阶段。SMR具备优异的灵活性，采用不依赖电源即可冷却反应堆的结构等，提高了安全性，能够以单一或多模块形式进行部署，并且可以在工厂内建造，根据需求运输到现场安装。我国与俄罗斯在SMR的应用落地方面处于世界前列，根据国际能源署（IEA）今年6月的报告显示，在2017年以后世界各地开工建设的31座反应堆中，中国和俄罗斯建造的占27座。2020年5月，俄罗斯开始运营世界上第一座海上浮式核电站“罗蒙诺索夫院士”号，其包括了两台35兆瓦的SMR机组。目前，我国自主研发的全球首个陆上商用小型反应堆“玲龙一号”示范工程正抓紧建设。“玲龙一号”是全球首个通过国际原子能机构安全审查的陆上SMR，标志着我国在SMR应用技术上走在世界前列。3、趋势总结在当前能源危机和碳中和交织的形势下，核电作为持续稳定的低碳能源，得到世界主要国家的进一步重视。目前核电领域主要发展的趋势可总结为：①能源危机的出现迫使各国不得不延长核电站使用寿命，这刺激了核安全技术的研发；②作为一种全天候稳定供能的清洁能源，核电已成为未来多能融合能源体系的重要组成部分；③安全化、小型化、环境友好化、应用多元化是未来核电技术发展的主要方向。对我国而言，在能源需求不断提升的背景以及“双碳”战略目标的指引下，核电作为稳定能源也将成为重要的能源选项。政策动态
[2022-10-20]澳大利亚低碳产业发展战略、技术路径与启示
自2015年后，澳大利亚政府推出了多个新能源发展战略，这使得澳大利亚迅速成为部署太阳能、风能等新能源的全球领先者，其低碳发展进入快车道。自2017年开始，澳大利亚的人均碳排放持续减少，2020年的人均碳排放水平降低到15.37吨（约与1985年持平）。本文以澳大利亚政府自2019年至2022年初发布的一系列低碳产业与技术发展政策为基础，分析了澳大利亚的“碳中和”战略和低碳产业发展的科技布局。1、澳大利亚低碳产业发展的战略部署2019年澳大利亚政府宣布《气候变化解决方案》和由一系列计划、路线图、特别声明和措施办法构成的《澳大利亚气候变化战略》，由此开启了以技术创新引导低碳发展的战略行动。根据《澳大利亚的长期减排计划》，澳大利亚的目标是力争在2050年实现净零排放。为实现这一目标，2020年5月，澳大利亚制定了《技术投资路线图》，指导澳大利亚和及其面向全球市场的低碳产业技术投资。2021年10月，澳大利亚又推出名为《净零计划：澳大利亚之路》的碳中和方案，未来二十年将在低碳技术领域投入200亿澳元，撬动800亿澳元的私有企业或州政府的投资。2、澳大利亚低碳产业发展的技术路径2.1 重点技术投资计划澳大利亚将要投资的低碳技术可分为三类，即优先发展技术、潜在新兴技术和具有战略意义的关键技术。（1）优先发展技术《技术投资路线图》作为澳大利亚长期减排计划中的重要战略组成部分，体现了澳大利亚政府未来数十年低碳产业发展的重点领域。依据该路线图，澳大利亚将发展新能源作为推动经济增长的新机遇，低排放炼钢炼铝和碳封存也是澳大利亚未来投资的重点领域。配合《技术投资路线图》，澳大利亚政府每年还会公布一份《年度低排放技术声明》，用于说明政府和私营企业在低碳产业与低碳技术领域的投资重点。2020年澳大利亚政府发布的《年度低排放技术声明2020》中阐述了五项优先发展的低碳技术，包括氢能技术、低成本储能技术、低碳材料（钢和铝）技术、碳捕集与封存技术和土壤碳测量技术；2021年发布的低排放技术声明又新增了低成本太阳能发电技术（表1）。澳大利亚政府为每项技术设定了经济性指标和时间表。（2）潜在新兴技术新兴技术是指那些具有变革潜力的低排放技术，但需要全世界共同研究、关注和投入。《年度低排放技术声明2020》中列出了10项新兴低碳技术，包括车辆充电和加油基础设施、高性能电网、新型高能效太阳能技术等。2021年又详细探讨了两种新兴的低排放技术，即可减少农业甲烷排放的牲畜饲料补充剂和低排放水泥。（3）具有战略意义的关键技术这类技术是指对澳大利亚国家利益具有重大意义的新兴技术，这些技术可能会对澳大利亚的经济发展、国家安全和社会凝聚稳定带来极大影响。依据2021年11月澳大利亚政府发布的《关键技术行动计划》和《关键技术蓝图和行动计划》，能源与环境领域的生物质能和发电用氢气/氨气是具有战略意义的低排放技术。2.2 重点行业低碳发展路径2022年1月澳大利亚政府公布了《澳大利亚现代制造业发展战略》，宣布向现代制造业投资15亿澳元，其中资源技术与关键矿物加工和清洁能源都是低碳产业发展的重点领域。（1）资源技术与关键矿物加工行业在资源技术产业发展方面，澳大利亚政府提出要采取以下四类措施，包括开发新技术以提高产业运营效率、开发可持续性技术、增强废物回收利用和部署跨领域制造技术；在关键矿物加工产业发展方面，澳大利亚政府提出要采取以下三类措施，包括挖掘原材料的附加价值，构建创新商业模式和塑造符合环境、社会和政府预期的一流产品标准。（2）可再生资源与清洁能源行业在可再生资源产业发展方面，澳大利亚的《国家可再生能源行动计划》提出通过更好的收集、分拣、加工和运输系统，减少污染和物料流成本，投资改造材料回收工艺以转向二次使用。在清洁能源发展产业发展方面，《澳大利亚现代制造业发展战略》将大力投资太阳能和海上风能，并引导在工业制造中使用这类能源，吸引投资，并在未来进入国际能源交易市场，如出口可再生能源、提供分布式可再生能源设备、建设远程能源传输系统、发展清洁热能和氢能，从而有机会获得大规模投资。2.3 澳大利亚推动低碳产业发展的政府行动在政府的执政措施层面，澳大利亚提出低碳发展的战略路线、制定各类低碳产业发展策略、组建低碳产业融资机构和进行各类低碳产业投资。2020年，澳大利亚政府启动了19亿澳元的新能源技术一揽子投资计划；建立了澳大利亚第一个地区氢气出口中心；对澳大利亚可再生能源机构和澳大利亚清洁能源金融公司（CEFC）进行立法改革；建立了关键机构主席在内的常设技术投资顾问委员会；制定了澳大利亚长期减排战略。2021年澳大利亚政府启动了《太阳能30 30 30计划》；依据《Rio太平洋氢能计划》评估氢能基础设施需求；联合钢铁和制铝企业研发氢能储能和CCS基础设施设计；启动《澳大利亚氢能战略计划》，拟向七个清洁氢工业中心投资4.64亿澳元助力氢能的工业应用。在基础设施建设层面，2020年澳大利亚政府启动了《未来燃料与交通战略》支持构建电动汽车充电站建设；启动了《社区电力系统计划》，构建了新能源交易市场以助力低碳技术在经济活动中的应用。2021年又在2020年的基础上启动了商业应用层面的基础设施建设，包括氢能电池充电站和支持太阳能与风能发电的数字电网。3、启示建议澳大利亚制定了较为详细的低碳发展目标、实施路线，明确了优先发的技术领域。澳大利亚政府推动低碳产业发展的行动可以概况为三个方面，即：①对低碳技术的研究、开发、示范和早期商业化进行投资；②投资低碳技术相关的基础设施；③鼓励消费者和企业选择低碳技术产品。澳大利亚政府选择通过技术突破和建立竞争市场推动低碳产业的成长，一方面采取了各种行动加快零碳、可靠和具备经济性的电能系统的建设；另一方面积极在绿氢、碳捕集与封存、土壤碳封存、交通低碳化储能技术以及低排放或零排放钢铝等具备发展潜力的技术领域进行投资，以政府项目拉动商业投资。澳大利亚的各项技术投资机会为最重要的低碳技术项目设定了明确的研发目标，控制成本是评价各项技术的重要指标。澳大利亚的低碳产业战略部署对我国有以下启示：①加强低碳产业技术路线顶层设计，前瞻预判关键产业低碳技术发展路径，研究制定低碳技术经济性发展目标，引导技术投资；②引入社会资金投入创新性低碳技术的研发，包括新兴氢技术及其与重点行业的耦合应用，例如氢储能、氢基炼钢、大规模储能技术、碳捕集与封存等技术研发和产业化投入；③继续完善减排立法和碳排放管理体系。单纯基于市场难以有效推动低碳产业发展，我国应继续完善减排立法和碳排放管理体系，保障碳中和进程顺利推进。政策动态
[2022-09-20]美国《工业脱碳路线图》解读及启示
9月7日，美国能源部（DOE）发布《工业脱碳路线图》，确定了美国制造业碳减排的四个关键路径，针对CO2排放量占比较高的五大行业部门——炼油、化工、钢铁、水泥以及食品和饮料，量化了不同情景下四个关键路径的贡献，阐述了各行业脱碳障碍、机遇、优先方法以及拟议的研发和示范行动计划。同时发布了1.04亿美元的近期工业脱碳研发项目资助指南。本文梳理和分析了美国工业脱碳路线图的主要内容和近期研发部署，对我国完善工业碳减排政策和研发布局提出启示建议。1、美国工业部门碳排放现状路线图回顾和总结了美国当前工业碳排放现状。2020年，美国工业领域的一次能源相关CO2排放量为13.6亿吨，约占全经济部门30%。炼油、化工、钢铁、水泥以及食品和饮料五大行业碳排放约占美国工业部门与能源相关的CO2排放量的51%，占美国经济范围内CO2总排放量的15%。2、美国实现工业脱碳的四个关键路径路线图确定了美国实现工业脱碳的四个关键路径，即能源效率，工业电气化、碳捕集、利用和封存（CCUS）及低碳燃料、原料和能源（LCFFES），并通过情景分析预测了四个关键路径未来的碳减排潜力（图1）。到2030年，通过四种路径可实现29%的碳减排，重点路径是提高能效；到2040年实现58%的碳减排，重点路径是提高能效和CCUS；到2050年，上述四个关键路径将实现87%的碳减排，剩余13%的难减排量将由替代方法例如负碳技术来实现。路线图强调这四个支柱并非独立，需要发挥协同作用并寻找跨部门的投资机会。图2展示了面向2050净零排放目标工业部门的减排路线，以及相应的研究、开发与示范需求和机遇。能源效率：能源效率是一项基本的、跨领域的脱碳方案，是近期温室气体减排最具成本效益的选择。实施路径包括：①系统级优化工业过程性能的战略能源管理方法；②制造过程加热、锅炉和热电联产（CHP）的热能系统管理和优化；③智能制造和先进的数据分析。工业电气化：实施路径包括：①使用感应、辐射加热或先进的热泵对过程热进行电气化；②工业高温过程的电气化；③用电化学过程代替热驱动过程。碳捕集、利用和封存：实施路径包括：①燃烧后CO2的化学吸收；②开发先进CO2捕集材料以提高效率并降低捕集成本；③开发利用捕集的CO2制造新材料的工艺。低碳燃料、原料和能源：低碳和无碳燃料、原料的替代可减少工业过程的燃烧相关碳排放。实施路径包括：①开发灵活的燃料工艺；②将氢燃料和原料整合到工业应用中；③使用生物燃料和生物原料。3、重点行业碳减排技术优先事项及研发和示范需求根据路线图的研究结果，四个关键路径均适用于钢铁、化工、水泥、炼油及食品等五大重点行业，只是不同发展情景下四个关键路径的减排贡献以及行业影响有差异。除此以外，行业内也存在特定的减排技术机会。本文梳理路线图提出的钢铁、化工、水泥、炼油四个行业实现2050年净零排放近期、中期和长期技术需求（图3）以及脱碳优先事项。（1）钢铁行业目前美国约67%的钢铁是通过电气化工艺路线电弧炉（EAF）生产的。在净零排放的情景下，到2050年，美国钢铁产量将增加12%。其中大部分钢将采用废钢电弧炉生产，仅不到10%通过高炉转炉（BF-BOF）工艺生产，还有一小部分采用氢基直接还原铁-电弧炉工艺和铁矿石电解工艺。钢铁行业脱碳的优先事项包括：①需要积极研发、试点示范和规模测试氢基钢铁生产、铁矿石电解、CCUS等变革性技术；②研发高效电解槽以满足使用大规模用氢和低碳电力的需求；③提高材料利用效率和循环利用率，并加强技术经济性分析；④为行业战略能源管理系统提供技术援助。（2）化工制造业美国化工制造业拥有超过7万种产品。路线图研究了几种主要化学产品（氨、甲醇、乙烯和BTX（苯、甲苯和二甲苯））的潜在温室气体减排量，电气化和低碳燃料、原料两个途径对CO2减排贡献最大。化工行业脱碳优先事项包括：①提高可替代的低能量分离方法的效率；②开发低碳能源和/或带有CCUS的蒸汽甲烷重整器（SMR）制氢工艺；③开发更有效的方法来识别、分类和回收材料，改进化学回收；④探索将生物质和废物用作化学品原料的机会。（3）石油精炼行业大多数美国炼油厂的CO2排放来自五个主要能源消耗过程，即加氢裂解、常压蒸馏、催化裂化、蒸汽甲烷重整和再生催化重整。这些过程代表了炼油厂减少CO2排放的最具成本效益的研发方向。炼油行业脱碳优先事项包括：①生产低碳排放的液态碳氢化合物燃料；②炼油脱碳应与更广泛的脱碳研发、示范相协调，需要⼀个强大的、基于整体生命周期的“从油井到车轮”新型治理结构。（4）水泥行业美国水泥行业煅烧过程相关的CO2排放量占总排放量的58%，因此，水泥行业的脱碳重点依赖CCUS部署和创新化学技术实现。在净零情景中，到2050年水泥产量将增加46%。约有65%的碳减排量来自CCUS的使用。脱碳优先事项包括：①利用资本相对较低的解决方案（能源效率、废热减少/回收解决方案（WHP））；②探索继续提高材料效率和灵活性的途径，例如循环利用，开发具有低排放和良好性能的新型水泥；③探索碳利用的更多途径，包括部署创新捕集方法，例如钙循环和CO2膜分离等；④增加使用低碳粘合材料和天然辅助胶凝材料，降低产品碳强度。4、近期工业碳减排研发项目指南在发布《工业脱碳路线图》的同时，美国能源部发布了一项用于推进工业脱碳技术1.04亿美元的融资征集。要求申请人与行业伙伴合作，在碳目标约束下努力将当前基线技术水平提升至中试或商业化规模，其中在钢铁、化工和水泥行业重点关注如下技术方向。钢铁行业须达到碳排放减少40%以上的目标。重点关注：①过程脱碳的创新技术，例如新的炼铁或炼钢技术、焦炭替代、增加废钢使用和热回收等；②电气化和清洁燃料。化工行业须达到碳排放减少50%以上和能源强度降低30%以上的目标。重点关注：①先进分离；②先进反应和反应器系统；③替代生产方法和过程加热技术。水泥行业须达到碳排放减少50%以上的目标，重点关注先进技术的中试规模验证：①下一代水泥/混凝土成分和生产路线，例如新型水泥或混凝土成分、熟料/原料替代；②低碳燃料氢或生物质等工业过程中的应用；③低成本、低能耗碳捕集技术。跨行业脱碳技术，侧重热能利用、回收和管理，重点关注：①高效高温热存储（400 ℃及以上，超过10小时存储）；②新型高效低温余热发电技术；③工业热泵技术。5、启示与建议作为美国工业脱碳战略的顶层设计文件，路线图为工业和重点行业碳减排研发与示范提供了近期、中期和长期指引。我国工业碳排放占全经济部门比重高达68%（含直接排放和间接排放），远高于美国、英国等发达国家，主要原因在于低碳工业技术水平不高、应用经济性不足以及煤为主的电力。以经济方式实现工业脱碳面临更大的挑战。基于对美国工业脱碳路线图的内容解读，针对我国工业碳减排政策和研发提出以下建议：（1）尽快完善工业碳减排顶层设计。我国已制定《工业领域碳达峰实施方案》，需尽快针对重点行业研究制定碳减排路线图，明确未来分阶段的行业碳减排目标和研发需求，以指导国家相关领域攻关项目部署和相关企业开展技术研发。（2）加强先进技术早期研发和基础科学研究。既要重视成熟度较高碳减排技术的规模化部署，也要重视未来变革性技术的早期研究，基础科学研究和技术成熟度较低的技术必须同步推进。（3）组合推进多种碳减排工艺策略。工业部门的脱碳不仅需要特定技术的创新，例如低碳燃料和原料替代、CCUS等，还需要系统层面的变革。需要协同推进电气化、核能、可再生能源、氢以及储能技术的研发及低成本应用。（4）加强产学研深度合作攻关，并通过示范扩大部署。为加快新兴技术尽快成熟和部署，需要产学研紧密合作开展研究，并通过试验和示范项目来促进规模化应用和降低投资风险。（5）重视技术评估和预测研究。积极开展系统的技术生命周期和技术经济性建模和分析，确保低碳解决方案具有预期的积极影响并具有商业可行性。政策动态
零碳能源
更多[2023-04-20]国际可再生能源机构发布《2023世界能源转型展望》预览报告
3月28日，国际可再生能源机构（IRENA）发布《2023世界能源转型展望：1.5 ℃路径》预览报告。要点包括：①能源转型形势紧迫，每年投资必须增加四倍以上才能确保迈向1.5 ℃路径，其中到2030年累计投资需达到44万亿美元（技术投资占80%，即35万亿美元）。②可再生能源投资差距持续扩大，未来几年必须优先考虑能源效率、电气化、电网扩张和灵活性技术投资。③全球能源体系必须在30年内发生系统性深刻变革，转向以可再生能源为基础的减排、弹性和经济的新型能源体系。④未来优先行动包括：净零目标立法；能源基础设施长期投资；加强可再生能源、能源效率、电气化、现代生物质、氢能等投资和政策支持及持续创新。⑤加强和重新设计能源国际合作。
[2023-04-20]美国能源部提出加速氢能、储能和先进核能商业扩张路径
3月21日，美国能源部（DOE）发布“商业扩张之路”首批系列报告，关注氢能、长时储能和先进核能技术，旨在引导私人投资、促进公私合作，以加速关键清洁能源技术的商业化和部署。（1）清洁氢能：①近期扩张（2023—2026年），在税收抵免激励下，清洁氢取代当前的碳密集型氢，主要用于工业/化工领域，包括制氨和炼油；②产业规模化（2027—2034年），制氢成本将继续下降，私人投资的氢基础设施项目上线，推动清洁氢在交通、发电、储能等领域的应用；③长期增长（2035年以后），税收抵免到期后，由于清洁电力和设备成本下降、可靠的规模化储氢和氢能分配基础设施的高利用率使得氢能成本下降，清洁氢市场能够保持自我发展。（2）长时储能：①到2028—2030年，长时储能成本比当前最先进技术下降45%~55%，到2030年往返效率提高7%~15%；②通过补偿或估价等机制确保市场对储能全部价值的认可，到2030年通过公用事业委员会补偿约50~75美元/千瓦以激励私人投资，或是通过拨款、碳支付等政策和监管机制；③扩张供应链，到2030年实现3吉瓦/年的制造和部署能力，到2035年实现10~15吉瓦。（3）先进核能：①到2025年需要部署5~10个第三代+和小型模块化反应堆的承诺订单，随后推出第四代反应堆；②到2035年期间，需准时交付第一批部署订单，以确保持续需求和商业化动力；③到2050年，先进核能处于产业化阶段，新项目可在政府支持力度大幅减少的情况下逐步交付，需要相应扩大劳动力、供应链和许可能力。
[2023-04-20]英国提出将建立可靠的脱碳电力系统
3月9日，英国气候变化委员会（CCC）发布题为《实现可靠的脱碳电力系统》的报告，提出到2035年将建立一个可靠、有韧性的英国脱碳电力系统，将基于可再生能源系统，提供经济有效、安全可靠的能源供应。未来的创新、投资和就业机会包括电力存储、氢基础设施、智能充电、灵活供暖、电力网络和互连等。报告建议采取以下措施：①制定全面长期的能源系统转型战略；②明确气候适应和具有韧性的能源系统愿景；③阐明未来系统运营商、天然气和电力市场办公室等相关部门的机构责任；④检查现有的能源系统的韧性治理安排；⑤制定长期的跨部门基础设施战略；⑥确定可以立即推进的低风险电力和氢气投资；⑦创建基础设施交付小组；⑧制定中长期市场设计战略；⑨支持到2030年开发10吉瓦的低碳氢生产；⑩发展新的氢气运输和储存基础设施的商业模式。
[2023-04-20]欧盟未来三年拟投资1.32亿欧元支持核能研究
3月17日，欧盟委员会通过了《2023—2025年欧洲原子能共同体（Euratom）工作计划》，实施欧洲原子能共同体研究与培训计划，投入1.32亿欧元支持核能研究。提案征集活动将侧重小型模块化反应堆的安全、核材料的开发以及放射性废物的安全管理和处置。该计划还支持核安全、教育和培训、基础设施和包括循环性在内的倡议和合作项目。此外，该计划正在寻求电离辐射的医疗应用方面的协同作用。
[2023-04-20]美欧发布联合声明推进能源安全转型
4月4日，美国和欧盟在第十届美国-欧盟理事会后发布联合声明，将强化能源战略合作，加快能源转型并强化能源安全以应对俄乌冲突以来的风险。关键要点包括：①在能源基础设施方面继续合作。消除日益严重的网络和物理威胁，通过双边和多边措施确保全球能源市场稳定，并重申将采取适当措施直接对抗所有进一步破坏全球能源局势稳定和规避制裁的行动。②加强合作以减少对俄罗斯在核材料和燃料循环服务方面的依赖，并支持欧盟成员国发展核燃料多样化。③通过加速能源转型促进能源安全。继续协调各自邻近地区的跨大西洋政策行动，建立透明、一体化和竞争性能源市场，包括加快可再生能源部署，逐步消除对俄罗斯天然气进口依赖。④多边合作。美欧将在重大多边活动之前继续讨论战略议题和协调立场，并加强联合努力使能效成为全球优先事项。⑤能源政策协调。促进相关领域国际贸易并部署节能和可再生能源技术解决方案。促进能源投资，尤其是确保关键矿物和原材料供应链多样化和供应链安全，继续强化矿产安全伙伴关系、关键材料和矿物会议以及国际能源署关键矿产工作组等相关工作。继续推进全球甲烷减排，加强对甲烷排放数据的监测、报告和核查并提升透明度，与其他国家合作制定国际一致的方法以监测甲烷和CO2排放量。⑥技术创新合作。在2023年共同组织一次高级别小型模块化反应堆论坛，讨论在小型模块堆和其他先进核反应堆领域的跨大西洋合作。制定新的示范项目协议条款和多年期工作计划，加强核聚变研究；提高各自数据和模型的兼容性和相互可比性，为气候中和转型途径建立相互建模能力。
[2023-04-20]美加发布联合声明加强核能合作
3月27日，美国能源部（DOE）和加拿大自然资源部（NRCan）发表联合声明，加强在核能技术方面的合作。两国将共同推进小型模块化反应堆等先进核能技术的应用，在放射性废物长期管理的选址方面达成一致，并与核能新兴市场密切合作，在全球范围内促进核能的加速应用，同时确保核安全、核安保和核不扩散的最高标准。
[2023-04-20]美国能源部近期投入近22亿美元支持低碳能源研发示范
3~4月，美国能源部（DOE）宣布多项资助信息，共计投入近22亿美元，支持低碳能源基础研究、技术开发和示范，详情如下：3月17日，投入7.5亿美元推进清洁氢能技术研发和示范，包括电解槽制造、组件和供应链开发，燃料电池组件、电堆制造，以及电解槽和燃料电池回收再利用等。3月17日，为五大湖生物能源研究中心、生物能源创新中心、联合生物能源研究所、先进生物能源和生物产品创新中心资助5.9亿美元，支持直接利用柳枝稷、杨树等非粮生物质生产产品和燃料。3月21日，投入1.5亿美元进行氢能、长时储能、负碳技术、增强型地热系统、浮动式海上风电、工业供热跨领域基础科学研究，实现“能源攻关计划”目标。3月22日，DOE宣布拨款超过2亿美元，促进水电设施现代化和扩建，并研发新型海洋能技术。3月30日，DOE先进能源研究计划署（ARPA-E）宣布投入4000万美元支持开发经济安全的地下电力传输技术，包括：①地下线路安装高速施工工具；②识别地下公共设施和障碍物的传感器；③自动电缆拼接系统。4月4日，DOE宣布投入4.5亿美元支持在现有和废旧矿区部署清洁能源示范项目，部署的技术包括太阳能、微电网、地热能、直接空气碳捕集、配备碳捕集封存利用的化石燃料发电、储能、先进核能等。
[2023-04-20]美国首个核能制氢示范项目投入使用
3月7日，美国能源部宣布位于纽约州九英里峰核电站的1兆瓦核能制氢示范项目投入运行，成为美国首个利用核能制备清洁氢设施。该核电站采用质子交换膜（PEM）低温电解制氢技术路线，每天可产生560千克氢气，能够满足核电站发电机冷却等现场用氢需求。此外，DOE还支持了另外三种核能制氢技术路线，分别是戴维斯-贝斯核电站1~3兆瓦规模的低温电解制氢、草原岛核电站的高温蒸汽电解制氢和帕洛弗迪核电站的低温电解制氢，计划于2023年、2024年相继投运。
低碳产业
更多[2023-04-20]法国发布铝业部门转型计划
3月22日，法国发布“铝业部门转型计划”，提出了“国际合作”和“区域极化”两种前瞻性情景，并认为这两种情景均能实现到2050年工业温室气体排放量减少81%的目标。该计划强调了三个重要战略方向：①制定原铝产能扩大计划，以满足法国铝业的增长需求和铝产品再工业化的挑战；②部署惰性阳极等颠覆性技术；③加强废铝回收利用。到2050年底，行业投资规模将在33~34亿欧元之间，其中约40%的投资将与新的原铝产能扩大和回收能力的提高有关。
[2023-04-20]美国能源部拨款4700万美元支持油气行业甲烷减排项目
3月13日，美国能源部宣布为22个油气行业甲烷减排创新项目资助4700万美元，旨在推动甲烷监测与测量技术发展。22个项目分为5大类：①改造升级和研制油气开采设备，控制上游/中游甲烷排放；②建立地基甲烷监测和测量系统试点示范，收集和汇编地表甲烷排放数据；③围绕油气供应链中开采、运输、存储等环节，进行甲烷排放量估算，制定排放清单，探索特定产油、产气盆地的甲烷减排策略；④设计针对综合甲烷监测平台，持续收集和分析整个供应链的甲烷排放情况，确定甲烷快速、慢速排放特征；⑤评估和量化储罐排放，长期监测储罐等油气存储设施的甲烷泄漏情况，找出泄漏根本原因。
[2023-04-20]麻省理工学院发现低碳混凝土生产新途径
3月28日，美国麻省理工学院研究人员发现，在现有的混凝土制造工艺中添加碳酸氢钠可显著减少碳足迹，而不会改变混凝土的性能。该研究采用原位水下拉曼光谱成像的方法，对其早期水化动力学过程进行了研究。在反应过程中，水合位点处无序氢氧化钙的碳酸化形成碳酸钙，它们作为成核位点形成碳酸钙和硅酸钙水合物的复合材料，加速了固化过程。经实验室测试表明，该工艺能够在混凝土搅拌和浇筑过程的早期形成碳酸盐，与水泥生产相关的CO2被矿化的比例高达15%，在很大程度上消除了材料固化后不利于CO2吸收的影响。
[2023-04-20]利用机器学习算法预估交通业能耗
4月3日，爱尔兰科克大学和美国哥伦比亚大学的研究人员利用机器学习算法，提高了预估交通业能耗的准确性，有助于消除脱碳路径的不确定性并加速能源模型和气候政策创新。交通业能耗一直以来是通过模拟客运和货运需求或使用传统回归分析方法来预测的，研究人员开发出一种被称为“TrebuNet”的机器学习算法，在能源系统模型和数据分析方面均实现创新，相比传统方法更准确，可以预测短期、中期所有交通方式的能耗。
[2023-04-20]瑞典钢铁集团推出新型零排放钢材
3月28日，瑞典钢铁集团（SSAB）宣布推出一种新型零排放钢材——SSAB Zero™。SSAB Zero™以回收钢材为基础，使用由非化石燃料电力和沼气驱动的电弧炉进行冶炼，生产过程几乎零排放。该产品为同类产品中的第一款商用钢，其质量和性能与SSAB的传统钢材相当，将于2023年第二季度上市，届时SSAB将提供全面的零排放钢材产品。SSAB的目标是2023年向市场交付4万吨，到2025年增加到约10万吨。
[2023-04-20]必和必拓与赫氏开始电熔炉试点设计研究
3月23日，必和必拓与全球工程、项目管理和专业服务公司赫氏（Hatch）签署了一项协议，在澳大利亚设计并建造一个电熔炼炉（ESF）中试工厂，测试和优化ESF的铁生产。ESF是一种新型熔炉，支持使用可再生电力和氢气替代炼焦煤，与直接还原铁（DRI）步骤相结合，利用铁矿石生产钢铁。不同于专为废钢和高品位DRI设计的电弧炉，它在输入原材料方面具有更大的灵活性，ESF还有可能整合到钢铁厂现有的下游生产单元中。据估计，通过DRI-ESF途径加工皮尔巴拉铁矿石，与目前传统高炉钢铁路线的行业平均水平相比，有可能将CO2排放强度降低80%以上。负碳科技
[2023-03-20]国际能源署发布《2022年全球二氧化碳排放》报告
3月2日，国际能源署发布《2022年全球二氧化碳排放》报告，详细分析了2022年全球温室气体排放的变化趋势。主要包括：①2022年，全球温室气体排放和二氧化碳排放分别达到了413亿吨CO2当量和368亿吨，与2021年相比分别增加了1.0%和0.9%。②不同部门（或能源类型）二氧化碳排放变化趋势存在显著差异。从部门来看，二氧化碳排放增长主要来自电力和运输部门，分别增加了2.61亿吨和2.54亿吨。从能源类型来看，主要来自石油和煤炭，分别增加了2.5%和1.6%。③不同地区二氧化碳排放趋势存在明显不同。受到疫情影响，2022年中国的二氧化碳排放量变化很小，与2021年相比，下降了0.2%，降至121亿吨。能源危机促使欧盟通过清洁电力以及减少需求等措施降低了2022年的二氧化碳排放，与2021年相比下降了2.5%。在天然气消费不断上升的推动下，2022年，美国二氧化碳排放量呈现增加趋势，与2021年相比增长了0.8%，增至47亿吨。尽管2022年出现了能源价格冲击、通胀上升和传统能源贸易流中断等现象，但并没有出现人们担心的全球二氧化碳排放大幅增加趋势。这主要归因于可再生能源、电动汽车、热泵等清洁能源技术的部署与应用，避免了5.5亿吨的额外二氧化碳排放。
[2023-03-20]美智库发布《水泥和钢铁行业创新的需求拉动工具》报告
3月1日，美国未来资源研究所发布《水泥和钢铁行业创新的需求拉动工具》报告，探讨了应用需求拉动政策使钢铁行业和水泥行业脱碳，并详细分析了不同技术准备阶段政策的适用性。需求拉动政策用于通过增加对创新技术的需求来推动创新。包括：①奖励创新，用于资助具有明确目标的早期研发，通过奖励建立竞争机制来实现指定目标；②预先市场承诺，与选定生产商通过合同约束，确保价格和保证性能，降低双方风险；③政府采购，政府优先采购低碳产品，为具有商业前景的创新提供市场拉动；④里程碑付款，为成功完成产品创新开发的创新者提供里程碑付款，降低大型项目实施风险；⑤新技术性能标准化，该政策工具可作为奖励和政府采购的必要条件，通过提供有关技术性能的信息来刺激需求；⑥差价合约，在碳市场下设置稳定的碳价格，减少阻碍创新价格波动的风险。
负碳科技
更多[2023-04-20]全球碳捕集与封存研究院发布《中国CCUS进展》报告
3月17日，全球碳捕集与封存研究院（GCCSI）发布《中国CCUS进展》报告，概述了中国CCUS取得的部分进展，指出中国商业规模的综合CCUS项目仍面临诸多挑战，如CO2减排成本高、缺乏有效的商业模式、激励和监管措施不足、源汇匹配问题等，最后提出了相关的政策建议。进展包括：①捕集技术相对先进；②公路运输和内河船舶运输均已投入商业应用；③CO2生物或化学利用技术总体处于工业中试阶段，CO2合成化学材料技术已处于工业示范阶段，CO2气驱强化采油技术（CO2-EOR）相对成熟，处于工业示范和商业应用阶段；④与2021年相比，CCUS示范项目在数量和规模上均有显著增长，示范项目的总成本处于中低水平，具有成本优势；⑤CCUS技术在工业领域的减排潜力已经得到验证。建议包括：①明确CCUS是中国实现双碳目标技术组合的重要组成部分；②构建面向双碳目标的CCUS技术规划，加快前瞻性部署技术研发和大规模集成示范；③建立和完善相关机构、法规和标准，加强CCUS能力建设；④探索激励机制，促进有效商业模式形成；⑤深化国际合作与交流。
[2023-04-20]英国发布碳捕集、利用和封存净零投资路线图
4月5日，英国能源安全和净零排放部发布《碳捕集、利用和封存（CCUS）净零投资路线图》，概述了政府的CCUS政策和可用的投资机会，主要包括：①21世纪20年代中期至2030年部署四个CCUS集群，目标是每年捕集3000万吨CO2。②解决投资障碍：建立工业碳捕集商业模式，设计和开发结合碳捕集与封存的生物能源（BECCS）、温室气体清除（GGR）商业模式等，CCUS早期部署可用资金达200亿英镑（248.7亿美元）。③构建强大的CCUS供应链：通过CCUS供应链战略、政产合作、发展海外网络等措施构建强大供应链。④资助技能培训与研发创新：为英国各地技术学院提供1.2亿英镑培训支持，2024—2025年教育部将额外投资38亿英镑用以技能培训。在支持创新方面，已成立工业脱碳研究与创新中心，工业战略挑战基金和净零投资组合将为CCUS技术研发提供资助，后者将提供1.15亿英镑资金支持开发创新技术。
[2023-04-20]美研究评估多种碳去除方法的潜力
3月9日，美国西北太平洋国家实验室（PNNL）领导的一项研究使用综合评估模型（IAM），评估了6种碳去除（CDR）方法的潜力，包括生物能源碳捕集与封存（BECCS）、植树造林、直接空气碳捕集与封存（DACCS）、增强风化、生物碳和直接海洋碳捕集与封存（DOCCS）。研究结果表明，在1.5 ℃目标下，全球总去除量约为100亿吨CO2/年。多种CDR方法组合贡献的碳去除量不同，从每年百万吨到十亿吨CO2不等，其部署情况和相关影响因地区而异。例如，到21世纪中叶，增强风化作用每年可以去除40亿吨CO2，这是最具成本效益的方法之一。相比之下，直接海洋碳捕集与封存可能会去除更少的碳，且这种新兴技术本身非常昂贵。在撒哈拉以南非洲，生物碳、增强风化作用和结合生物能源的碳捕集与封存将显著减少碳排放。
[2023-04-20]日本绿色创新基金支持通过生物技术促进CO2转化研究
3月22日，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）在“绿色创新基金”框架下，投入1767亿日元（约合13.37亿美元）启动“通过生物制造技术促进以CO2为直接原料的碳循环”项目，以推进发展碳回收材料产业发展，助力实现碳中和目标。该项目实施周期为2023—2030年，目前已确定资助3个主题的6个课题，包括：①CO2固定微生物利用平台的构建；②开发和实证以CO2为原料的微生物制造技术；③开发以CO2为原料生产高价值化学品的生物制造技术；④开发利用氢细菌、以CO2和H2为原料的转化技术；⑤利用CO2直接合成聚合物的微生物技术；⑥基于光合作用的CO2直接利用技术。
[2023-04-20]澳大利亚联邦科学与工业研究组织资助开发新型CCS技术
3月8日，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）宣布启动价值2000万澳元（约合1340万美元）的研究项目“碳锁”（CarbonLock），以开发下一代创新技术和利用新兴科学领域从大气中移除并永久封存CO2。“碳锁”是CSIRO“未来科学平台”的一系列项目之一，重点关注如何创新澳大利亚的负排放技术。项目还将研究能够加速和扩大直接空气碳捕集效率的新型复合材料，以及训练人工智能和开发CCS技术集成系统的网络技术，旨在推动应对气候变化的科学突破。
[2023-04-20]美研发出新型直接空气捕集装置大幅提升捕集效率
3月8日，美国理海大学与佐治亚理工学院的研究人员研发出新型直接空气碳捕集（DAC）装置，可大幅提升碳捕集效率。该研究提出了一种路易斯酸碱相互作用衍生的杂化吸附剂与聚胺-Cu（II）配合物形成的复合材料（Polyam-N-Cu2+），可以作为一种高容量阴离子吸附剂。该材料既可以在不到90℃的温度下再生，也可以使用海水作为再生剂，将CO2转化为无害、化学稳定的碳酸氢盐进行封存，可实现每千克吸附剂超过5.0摩尔的CO2捕集效率，约为传统直接空气碳捕集装置的两到三倍。该装置将有助于利用海洋碳汇功能，以扩大DAC的应用机会。
[2023-04-20]多伦多大学实现在温和条件下CO选择性合成丁烷
4月3日，多伦多大学研究人员提出了C1-C2-C4级联系统，通过将CO2或CO电解槽连接到液相C2H4二聚化反应器上，在常温常压环境条件下实现CO选择性合成C4H10，CO到C4H10级联选择性为43%。研究发现，与C2H4同时存在的CO可提高C2H4二聚化的选择性，C2H4到C4H10的转化率可达95%，远高于CO2电解槽。此外，研究人员通过密度泛函理论计算对其机理进行研究，发现增加CO的覆盖有利于C2H4二聚化和*CxHy吸附物的氢化，并使*C4H9中间体变得不稳定，从而促进目标烷烃的选择性合成。
[2023-04-20]英科学家研发一种利用多矿物岩石捕集CO2新工艺
3月13日，英国斯特拉斯克莱德大学的研究团队公开了一种利用硅酸盐岩石捕集CO2的新工艺。研究团队在CO2气氛中进行的研磨实验表明，花岗岩、玄武岩等多矿物岩石能够更有效地捕集CO2。与以往基于碳酸盐形成金属的碳酸化不同，CO2被化学吸附到矿物岩石的晶体结构中。在环境温度条件下，多矿物岩石每克可以捕获超过13.4毫克的CO2并成为热稳定的不溶性CO2。因此，多矿物岩石经机械化学处理后均可稳定地捕集大量CO2，且在生产中不会带来额外能源需求。多矿物岩石在世界范围内被大量破碎以生产建筑骨料，如果压碎过程可以在排放的CO2气体流（如水泥产生）中进行，那么每生产1亿吨硬岩骨料，将有40~50万吨CO2被截留在采石场的细料中。
生态碳汇
更多[2023-04-20]安第斯山脉的山区和山前河段是温室气体排放的热点地区
3月16日，比利时列日大学的一项研究指出，安第斯山脉山区和山前的河流贡献了亚马孙流域CO2和CH4排放的35%和72%，是温室气体排放的热点地区。研究获取了亚马孙流域河水中的CO2、CH4浓度数据，发现：①山区河段在陡峭地形的加持下，与大气进行着剧烈的物理交换，同时通过不断侵蚀山体，带动矿物颗粒向下游流动堆积，是河流中CO2和CH4的主要生产地；②山前河段接收了大量来自上游山区河流的矿物颗粒并以沉积物形式保存，通过发酵产生CH4，是河流中CH4的主要来源；③平原河段与大气的物理交换相对减小，但流域附近发育的茂密植被提供丰富的CO2和CH4，另外，平原河流还承担着向低地或海洋输送CO2和CH4的“职责”。
[2023-04-20]恢复热带森林只能抵消同期毁林造成碳排放的1/4
3月15日，英国布里斯托大学领衔的研究指出，恢复热带森林只能抵消同期该地区毁林产生碳排放的约1/4。科研人员量化了1982—2018年亚马孙、婆罗洲和中非热带森林中退化森林与次生林恢复产生的地上碳储量，发现恢复热带森林可从热带地区的大气中去除1.07吨碳，抵消了同期毁林造成的碳排放的26%，此外恢复可产生的碳汇潜力为每年5300万吨碳。研究人员指出，投资于次生林和退化林的保护至关重要，但原始森林仍是土地利用领域最具成本效益的气候减缓战略。
[2023-04-20]北极河流中腐烂生物质的碳输出被严重低估
3月13日，美国佛罗里达州立大学研究发现，北极主要河流中的水生生物是碳输出的关键贡献者，约占流入海洋的颗粒有机物（微小腐烂生物）的40%~60%，远超以前估计的比例，对海洋中封存的碳量以及进入大气层的碳量有重要的影响。研究发现，水生生物量这个以前被忽视的因素可能贡献了泛北极颗粒有机物（POM）每年平均439.1万吨通量的39%~60%。其余部分来自页岩、深层土壤、浅层土壤、岩石成因输入和新鲜陆地产品。该研究表明，有必要重新评估北极河流POM的命运和在全球碳循环中的作用。
[2023-04-20]短期氧化亚氮排放事件降低苜蓿连作的碳汇潜力
4月6日，加利福尼亚大学伯克利分校的研究指出，长期连续监测发现氧化亚氮排放每年会将苜蓿种植产生的碳汇功能削弱14%。科研人员使用长期自动化仪器观测数据与卫星图像来量化加利福尼亚州苜蓿连作生态系统中温室气体通量的模式和驱动因素，发现苜蓿连作生态系统排放的氧化亚氮每年会将苜蓿种植产生的碳汇功能削弱14%，而短期高排放事件排放的氧化亚氮占其年排放总量的57%，凸显了持续测量对准确核算生态系统规模的温室气体的重要性。
[2023-03-20]非洲旱地树木的碳储量估计超8.4亿吨
3月1日，由美国航空航天局和哥本哈根大学领导的一项国际研究利用商业高分辨率卫星图像和人工智能技术，绘制了非洲旱地近100亿棵树的地图，以评估非洲大陆茂密的热带森林之外的碳存储量。旱地树木在次大陆至大陆范围内的分布及其密度、覆盖率、大小、质量和碳含量等信息对于旱地生态系统的生态保护、碳核算、气候缓解和恢复工作非常重要。研究团队通过耦合现场数据、机器学习、卫星数据和高性能计算，分析了覆盖赤道以北的半干旱撒哈拉以南非洲地区的30多万张卫星图像，计算出研究区域的碳存储量为8.4亿吨碳（±19.8%）。研究结果表明，分布在非洲半干旱地区的树木比之前想象的要多得多，而在一些气候模拟中使用的大多数植被模型中，它们储存的碳也被高估了。在最干旱的地区树木个体能够存储51公斤的碳，在降雨最多的地区则上升至98公斤。该项目研究构建了关于这些树木的木材质量、叶质量、根质量和碳储量的数据库，可为从事森林恢复工作的参与者以及能够估计其土地碳储量的农民提供的基本信息。
[2023-03-20]联合国粮农组织发布首份全球草地土壤碳评估报告
2月14日，联合国粮食及农业组织（FAO）发布报告首次全面分析了全球草地土壤的碳储量状况和碳封存潜力，主要结论包括：①全球范围内，预计2010年草地土壤30厘米深度层中的有机碳年储存量为350万吨。②温带地区有机碳储量最高，干旱半干旱草地土壤有机碳储量最低。③世界上大多数的草地碳吸收量大于排放量，而在东亚、中美洲和南美洲以及赤道以南非洲草地，人为压力因素和气候条件叠加可能导致碳储量正在下降。④如果连续20年采取措施增强土壤有机碳封存，可使草地0~30厘米深度层中的土壤有机碳含量增加0.3%。⑤农民缺乏改善管理实践的动力，同时准确监测土壤有机碳存量和变化量面临困难，导致目前土壤有机碳未被纳入“国家自主贡献”（NDC）。⑥未来提高草地碳汇能力的建议：保护有机质含量高的土壤中的二氧化碳；对牲畜实施轮流、计划或适应性放牧等措施；改善草原的管理实践；改进与土壤、动物和植被特性及其碳交换相关的地理统计学方法和数据准确性。
[2023-03-20]人类造成的环境波动威胁地球陆地碳储量
2月22日，比利时安特卫普大学领衔的研究指出，人类活动造成的日益不稳定的环境条件导致陆地碳汇的碳吸收能力不断降低。科研人员利用大气反演模型，基于大气二氧化碳浓度季节周期数据，研究陆地净碳吸收及其时间变异性的趋势和控制因素。研究结果表明，陆地生态系统年度净生物群区生产力（NBP）及其年代际变率在全球范围内增加，NBP不稳定风险最大的地区包括地中海盆地、东南亚以及北美和中美的西海岸。NBP在区域范围内的变异性不断增加主要归因于气候变化，这可能导致碳-气候耦合系统的不稳定。
[2023-03-20]土壤湿度或可影响雨林的植物多样性和碳汇功能
由以色列海法大学领导的研究团队在巴拿马的热带雨林开展了一项新研究，发现土壤湿度会影响热带雨林的生物多样性，进而对其碳汇功能产生影响。在雨林生态系统中，存在一个物种调节机制，这个机制会阻碍优势树种长期占据生态系统的主导地位，从而使物种多样性保持动态平衡。该研究通过改变地块的湿度，来对这个平衡进行调整，最终发现在高湿度的环境下，雨林中的昆虫和微生物更为活跃，从而加强了对优势树种幼苗的抑制，使得树种更加多样，地块的碳汇功能也更强；而在经历干旱时，森林多样性和碳汇就会受到损害。
