中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：自工業(yè)革命以來(lái)，由于工業(yè)化程度提高、化石燃料大量消耗、全球范圍內(nèi)森林面積減少等，二氧化碳排放量不斷增加，導(dǎo)致全球氣溫升高、冰川融化、海平面上升、極端天氣多發(fā)等諸多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，人類(lèi)賴(lài)以生存的地球面臨著前所未有的威脅與挑戰(zhàn)。
從1850年至今，美國(guó)二氧化碳排放量超過(guò)5090億噸，占全球總量的20.3%，是全球最大的累計(jì)排放國(guó)（圖1）。我國(guó)排在第二位，累計(jì)二氧化碳排放量約2884億噸，占全球11.4%。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，二氧化碳排放量也急劇增加。
圖1 1850~2021年世界主要國(guó)家累計(jì)二氧化碳排放量（單位：十億噸，數(shù)據(jù)來(lái)源：Carbon Brief）
雖然我國(guó)歷史人均累計(jì)碳排放量遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，但單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗與碳排放量遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家，如2020年我國(guó)單位GDP能耗為3.4噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)美元，單位GDP碳排放量為6.7噸二氧化碳/萬(wàn)美元，均遠(yuǎn)高于全球平均水平及美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家（圖2）。
圖2 2020年世界主要國(guó)家單位GDP能耗和二氧化碳排放量（數(shù)據(jù)來(lái)源：BP Energy）
為推動(dòng)能源低碳化和綠色發(fā)展，2020年9月，我國(guó)政府在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布中國(guó)力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。這里的碳中和（carbon neutrality）是指企業(yè)、團(tuán)體或個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)，通過(guò)植樹(shù)造林、節(jié)能減排、技術(shù)固碳等形式，抵消自身直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放”（圖3）。
圖3 碳中和示意圖
不同國(guó)家推進(jìn)碳中和的進(jìn)度有所不同，目前全球已有130多個(gè)國(guó)家和地區(qū)提出實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)間，大部分國(guó)家提出在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)；世界各國(guó)從碳達(dá)峰到碳中和的時(shí)間平均需要50年以上。我國(guó)宣布從碳達(dá)峰到碳中和的間隔時(shí)間為30年，而歐盟承諾的碳達(dá)峰到碳中和的時(shí)間為60~70年，間隔時(shí)間超過(guò)我國(guó)的2倍以上。當(dāng)前，我國(guó)仍處于工業(yè)化過(guò)程中，一次能源消費(fèi)仍在快速增長(zhǎng)，碳排放也仍處于增長(zhǎng)階段。這預(yù)示著我國(guó)要付出更加艱苦的努力，以更快的速度和更高的效率才能實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。
目前能源領(lǐng)域碳排放總量大、占比高，這主要是源于化石能源的大量開(kāi)采和利用，使得二氧化碳等溫室氣體排放量急劇增加。為實(shí)現(xiàn)碳中和，亟待變革能源利用方式和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。一方面，改變化石能源利用方式、提高化石能源轉(zhuǎn)化效率、促進(jìn)化石能源的清潔高效利用，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的；另一方面，我國(guó)目前的資源結(jié)構(gòu)為“富煤、少油、缺氣”，亟需改變能源結(jié)構(gòu)，提高新能源和清潔能源的占比，大力推進(jìn)低碳能源替代高碳能源、可再生能源替代化石能源?？偟膩?lái)說(shuō)，發(fā)展新能源，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，降低化石能源消費(fèi)，提高能源利用率，節(jié)能減排，構(gòu)建綠色低碳的能源體系，是降低二氧化碳排放、實(shí)現(xiàn)碳中和的重要舉措。
BP Energy預(yù)計(jì)未來(lái)將加快提升電氣化率，以非化石能源為主的電能將成為一次能源主體，在非電能源領(lǐng)域?qū)?huì)加速推動(dòng)氫能、碳捕獲、利用、儲(chǔ)存等新技術(shù)應(yīng)用。預(yù)計(jì)到2060年70%的電力將由清潔可再生能源供應(yīng)，約8%將由綠氫支撐，剩余約22%的化石能源消費(fèi)將通過(guò)碳捕獲方式實(shí)現(xiàn)碳中和（圖4）。由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電受自然界的風(fēng)速、風(fēng)向、晝夜、陰晴天氣的影響，具有間歇性、波動(dòng)性，為保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠供電，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵核心，必須引起高度重視。新能源汽車(chē)替代燃油車(chē)也是有效降低二氧化碳排放的重要途徑，未來(lái)將得到更快的發(fā)展。
圖4 中國(guó)一次能源消耗結(jié)構(gòu)變化預(yù)測(cè)（數(shù)據(jù)來(lái)源：BP Energy）
經(jīng)過(guò)多年發(fā)展與積累，我國(guó)新能源科技水平和創(chuàng)新能力持續(xù)提升，部分領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。但行業(yè)整體科技水平還不足以支撐能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求，相比發(fā)達(dá)國(guó)家仍然在部分方向存在差距。特別是在雙碳目標(biāo)提出后，更需要理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新，要從我國(guó)的實(shí)際出發(fā)，尋求顛覆性的技術(shù)突破。因此，加快核心技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)能源開(kāi)發(fā)、轉(zhuǎn)換、配置、儲(chǔ)存、使用等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、裝備制造和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等仍有巨大的發(fā)展空間。
未來(lái)，我國(guó)將以更大力度推進(jìn)新能源先進(jìn)發(fā)電技術(shù)、先進(jìn)特高壓電網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模新型儲(chǔ)能技術(shù)、綠色氫能技術(shù)、碳捕集利用與封存技術(shù)和先進(jìn)核能技術(shù)攻關(guān)的同時(shí)，進(jìn)一步推進(jìn)煤炭綠色高效利用技術(shù)、石油化工綠色低碳技術(shù)的創(chuàng)新攻關(guān)，推動(dòng)數(shù)字化信息化技術(shù)在節(jié)能、儲(chǔ)能、清潔能源利用、能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的創(chuàng)新融合（圖5）。可再生能源發(fā)電、先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)、氫能技術(shù)、先進(jìn)核電、二氧化碳綜合利用等新技術(shù)有望取得系列重大突破，減碳脫碳技術(shù)將成為今后一個(gè)時(shí)期能源領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)和攻關(guān)的重點(diǎn)。
圖5 新能源關(guān)鍵技術(shù)助力“雙碳”戰(zhàn)略
作者簡(jiǎn)介
陳軍，無(wú)機(jī)化學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院院士，南開(kāi)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、副校長(zhǎng)、先進(jìn)能源材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。
陳軍主要從事能源材料化學(xué)與高能電池的研究。提出了“室溫—氧化還原—轉(zhuǎn)晶”新合成方法，室溫合成出系列穩(wěn)定的導(dǎo)電納米尖晶石復(fù)合催化劑，替代了貴金屬鉑電極，應(yīng)用于可充電金屬鋰、鋅空氣電池；提出電極微納化可改善多電子電極反應(yīng)活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)想，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)制備了可充鋰、鈉、鎂電池的微納多級(jí)結(jié)構(gòu)電極，提高了電池的安全性；發(fā)展了系列高比能有機(jī)電極材料和復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。研究成果為降低電池電極材料成本、提高電池能量密度及解決電池燃燒爆炸隱患提供了新思路。
陳軍以第一作者編著《能源化學(xué)》和《化學(xué)電源：原理、技術(shù)與應(yīng)用》，并主講能源化學(xué)、新能源科學(xué)與工程導(dǎo)論、化學(xué)概論等課程。入選國(guó)家教學(xué)團(tuán)隊(duì)、國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、教育部精品視頻公開(kāi)課，獲國(guó)家教學(xué)成果一等獎(jiǎng)（2009年，第八完成人）、寶鋼優(yōu)秀教師特等獎(jiǎng)提名獎(jiǎng)（2013年）。主持的“新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)體系研究”入選教育部2018年公布的首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目，并組織編寫(xiě)了“新能源科學(xué)與工程教學(xué)叢書(shū)”。
