碳達峰、碳中和需要技術創新驅動和支撐
國務院發展研究中心研究員 周宏春
推動碳達峰、碳中和,實現經濟社會綠色低碳轉型和可持續發展,成為各國應對氣候變化的共同選擇。碳達峰、碳中和本質上要依靠技術進步和創新,利用風能、太陽能、生物質能等可再生能源,支撐人民福利水平的不斷提升,支撐經濟社會可持續發展。碳達峰、碳中和是能源生產、消費和技術革命,而不是讓群眾回到“面朝黃土背朝天”的農耕社會。
能源革命由技術進步
和創新驅動引發
碳達峰、碳中和將引發以去碳化為標志的科技革命,從而為科學家和社會各界提供廣闊的創新平臺和合作空間,催生基礎研究領域一系列新理論新方法新手段,孕育一系列重大顛覆性技術創新,帶來新產業、新交通、新建筑、新能源乃至新的發展方式和消費模式。
縱觀世界歷史,每次能源革命都是由技術革命引發的,由發明動力機械帶動能源資源開發利用乃至工業革命。蒸汽機的發明引發了以煤炭大規模開發為特征的第一次能源革命;內燃機的誕生促發了以石油開發利用為代表的第二次能源革命;可再生能源開發利用將成為第三次工業革命的動力,不僅要替代煤炭、油氣等化石能源,電、氫及其載體(如氨)將成為新的能源組成,構成全新的能源體系。
能源生產端低碳化和消費端提效增效,離不開技術進步和創新的支撐。碳達峰、碳中和已成為各國技術進步和創新的“競技場”。實現“雙碳”目標,既要材料、制造工藝和能源等方面的技術更新迭代,也要產業、交通、建筑等領域的挖潛提效,提高能源利用效率。
在我國能源生產和消費活動中,化石能源占據極為重要的地位。當下,我國用得最多的能源是煤炭、石油、天然氣、可再生能源與核能等化石能源。2020年,在我國能源消費機構中,化石能源占56.8%,排放的碳占比超過80%。為減少化石能源碳排放,我國對相關技術進行了大量研發、創新和應用。例如,鋼鐵、水泥、化工等高能耗、高排放大戶,碳排放主要與生產技術工藝相關。實現工藝流程低碳再造是低碳發展的關鍵。推動化石能源向高值、高效和清潔低碳轉化,我國在碳基分子轉變為化學品和新材料等方面進行了關鍵技術攻關。
例如,科技部依托重點研究計劃,在煤炭清潔高效利用和節能技術、可再生能源與氫能技術、儲能與智能電網技術等方面部署了一系列研究,未來還將啟動“碳中和關鍵技術研究與示范”重點專項。中國科學院完成了“應對氣候變化的碳收支認證及相關問題”“低階煤清潔高效梯級利用關鍵技術與示范”等項目,啟動了“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”戰略性先導科技專項,以能源技術革命推進能源革命。
在“雙碳”領域技術創新中
“領跑”成為新時代新使命
放眼未來,碳達峰、碳中和將是一場新技術、新產業、新業態的競技場,在這場系統性變革中我國將與發達國家同場競技。在“雙碳”目標下,我國經濟社會系統性變革必將孕育全新的科學技術與工程;能源生產、消費、結構也將出現革命性的變化。我國以化石能源為主體的能源體系,將轉變為以可再生能源為主體、多能互補、高效利用、智能化管理的低碳能源體系,并帶動我國能源相關制造業的轉型升級和綠色低碳發展。
風能、太陽能、水能、生物質能等可再生能源的利用過程不排放二氧化碳,對環境和氣候相對友好。近年來,我國積極布局和大力發展可再生能源產業。數據顯示,“十三五”期間我國水電、風電、光伏、在建核電裝機規模等指標保持世界第一。但與化石能源相比,可再生能源有能量密度低、時空分布不均、發電間歇性、成本較高(初期尤其如此)等缺點,一定程度上限制了其規模化應用。
根據今年3月15日中央財經委員會第九次會議的精神,能源領域綠色低碳發展的重點:首先,要打通能源之間的聯系,促進多能互補、溫度對口、梯級利用;其次,發展大規模儲能技術以有效解決電網運行安全、電力電量平衡、可再生能源消納等問題;再次,研發能源轉化新途徑,減少傳統能源利用中的二氧化碳排放,將二氧化碳利用起來、或轉化為高碳材料;最后,氫能技術、先進安全核能技術、二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)技術等要協同共進,突破儲能、智能電網等關鍵技術,構建清潔低碳安全高效經濟的能源體系。
工業領域,要發展原料、燃料替代和工藝革新技術,推動鋼鐵、水泥、有色、化石等高碳產業生產工藝流程的零碳再造。交通領域,要加快發展新能源汽車,形成綠色低碳交通運輸體系。建筑領域,要推進建筑—光伏一體化;采用分布式蓄電方式實現充電樁與新能源汽車智能連接;進行直流配電,并實現建筑柔性用電,發展形成“光儲直柔”智能系統。要發展碳匯、碳捕集利用與封存等技術,以及非二氧化碳溫室氣體減排技術,另辟蹊徑,走出一條符合中國國情的碳中和之路。
我國應加快部署低碳領域的國際前沿技術研究,提升我國在低碳環保領域的技術優勢和儲備,應當加強技術集成耦合創新,注重顛覆性技術創新和推廣應用。2020年10月,中國科學院大連化學物理研究所研發的“千噸級液態太陽燃料合成示范項目”成功運行,中國科學院院士李燦總結道,“液態太陽燃料合成提供了一條減排二氧化碳,以及可再生能源到綠色液體燃料生產的全新途徑。”這是實現我國“雙碳”目標的有益探索。未來什么技術路線成為“主角”,技術經濟性和規模化應用是關鍵,因而要更好地發揮市場配置資源的決定性作用和政府調控作用。
碳達峰、碳中和是一項極為復雜的系統工程,事關中華民族永續發展和人類命運共同體建設。電力和能源過程低碳化是實現“雙碳”目標的關鍵,既要從可再生能源、核能、資源循環利用、智能交通、綠色建筑等方面提前做好技術儲備,也要從政策機制上給予保障,要利用政策、法律、經濟、行政、宣傳等手段為“雙碳”目標的實現營造良好環境,依靠理論創新、技術創新、制度創新、文化創新等途徑,推動我國實現在“雙碳”領域“領跑”,推進全球氣候治理邁上新臺階。
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