以二氧化碳為主的溫室氣體大規模無(wú)序排放所導致的全球持續變暖，已成為全球性的非傳統安全問(wèn)題，嚴重威脅人類(lèi)的生存和可持續發(fā)展。根據《巴黎協(xié)定》，要實(shí)現2℃溫升控制目標，全球要在2065—2070年左右實(shí)現碳中和，各國積極響應，陸續制定碳中和目標。2020年9月，習近平主席在第75屆聯(lián)合國大會(huì )上鄭重宣布，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和。這不僅彰顯了我國作為世界大國的責任擔當，也是推動(dòng)我國能源結構、產(chǎn)業(yè)結構、經(jīng)濟結構轉型升級的自身發(fā)展需要，對我國實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展，建設人與自然和諧共生的社會(huì )主義現代化強國具有重要戰略意義。
根據國際能源署（IEA）發(fā)布的報告，2021年全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量增加6%至363億噸，創(chuàng )歷史新高。2021年，我國二氧化碳排放量為119億噸，占全球總量的33%。需要說(shuō)明的是，一方面，從主要發(fā)達國家的發(fā)展歷史來(lái)看，一個(gè)國家的發(fā)展程度與人均累計碳排放密切相關(guān)，我國人均累計碳排放遠不及世界平均水平。另一方面，2021年我國GDP總量約114萬(wàn)億元，二氧化碳排放總量約119億噸，即1萬(wàn)元GDP排放約1噸二氧化碳，而在20世紀90年代，1萬(wàn)元GDP排放約12噸二氧化碳，我國在節能減排方面取得巨大進(jìn)步。
現階段，中國二氧化碳排放80%來(lái)自能源生產(chǎn)和工業(yè)利用，可見(jiàn)實(shí)現碳中和目標，需要變革能源生產(chǎn)及利用方式。黨的二十大報告明確指出，“深入推進(jìn)能源革命，加強煤炭清潔高效利用，加大油氣資源勘探開(kāi)發(fā)和增儲上產(chǎn)力度，加快規劃建設新型能源體系，統籌水電開(kāi)發(fā)和生態(tài)保護，積極安全有序發(fā)展核電，加強能源產(chǎn)供儲銷(xiāo)體系建設，確保能源安全。”
目前科技界認為能源革命和產(chǎn)業(yè)轉型的重要方向，一是化石能源清潔高效利用，二是低碳和可再生能源的規?；瘧?，三是二氧化碳捕集和利用。
一、化石能源清潔高效利用
我國能源具有“富煤、貧油、少氣”等特征。根據預測，我國能源消費在2030年達到峰值總量約56億噸標準煤。石油消費量在2025年進(jìn)入峰值平臺區，天然氣消費比重逐年增加，到2040年接近14%，但仍遠低于同期全球天然氣消費占比23%；煤炭消費比重持續下降，到2050年占比17%；非化石能源進(jìn)入快速發(fā)展期，到2050年占比57%，2060年達80%，到本世紀中葉，石油和天然氣消費比重總和為26%，仍是能源消費的主體之一?；茉吹那鍧嵉吞祭?，主要是指煤炭和石油的優(yōu)化利用。
（一）煤炭的清潔高效利用
煤炭的清潔高效利用和轉化一直是我國重要的能源發(fā)展戰略，這方面已經(jīng)開(kāi)展了很多研究工作并取得了一系列重要進(jìn)展，例如：2018年，以中科院的技術(shù)為核心，全球單套規模最大的煤炭液化裝置、年產(chǎn)400萬(wàn)噸煤制油工程成功投產(chǎn)，實(shí)現煤炭資源清潔高效轉化，拓寬我國油品供給渠道，有助于保障能源供應安全，習近平總書(shū)記專(zhuān)門(mén)致信祝賀；2021年，國家能源集團寧煤煤制油分公司全年產(chǎn)出油化品超過(guò)405萬(wàn)噸，全球單套規模最大煤制油項目建成投產(chǎn)以來(lái)首次達到設計產(chǎn)能。
乙烯、丙烯等低碳烯烴是現代化學(xué)工業(yè)的基石，日常生活中的塑料杯、保鮮膜、吸管等都是以烯烴為原料生產(chǎn)的。烯烴的傳統生產(chǎn)工藝高度依賴(lài)于石油資源，中科院大連化物所長(cháng)期開(kāi)展煤制烯烴的技術(shù)研究。一方面，成功開(kāi)發(fā)了煤經(jīng)甲醇制取低碳烯烴DMTO成套工業(yè)化技術(shù)，處于國際領(lǐng)先水平。截至2022年底，DMTO系列技術(shù)已經(jīng)簽訂了31套裝置的技術(shù)實(shí)施許可合同（含出口1套），烯烴產(chǎn)能達2025萬(wàn)噸/年，約占全國現有產(chǎn)能的1/3，預計拉動(dòng)投資超4000億元。已投產(chǎn)的16套工業(yè)裝置，烯烴（乙烯+丙烯）產(chǎn)能超過(guò)900萬(wàn)噸/年，新增產(chǎn)值超過(guò)900億元/年。另一方面，利用納米限域催化新概念，創(chuàng )立OXZEO催化劑和催化體系，開(kāi)創(chuàng )煤經(jīng)合成氣制烯烴新捷徑。合成氣是一氧化碳和氫氣的混合氣，可由煤、天然氣或生物質(zhì)氣化得到，傳統的合成過(guò)程會(huì )消耗大量水，產(chǎn)生很多廢水和二氧化碳。OXZEO可實(shí)現了煤經(jīng)合成氣直接轉化制低碳烯烴等高值化學(xué)品，低碳烯烴選擇性超過(guò)了80%。這一突破性成果于2016年發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上，并得到同行的高度評價(jià)和認可，被譽(yù)為“里程碑式新進(jìn)展”和“開(kāi)創(chuàng )煤制烯烴新捷徑”，入選2016年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”，并作為重要內容之一獲2020年國家自然科學(xué)獎一等獎。
（二）石油化工行業(yè)的發(fā)展趨勢
石油化工是化工產(chǎn)業(yè)鏈上游基礎，為國民經(jīng)濟的運行提供能源和基礎原料，從排放總量的角度看，石油和化工行業(yè)對于全國碳排放總量的貢獻較小，但單位能耗和單位碳排放強度較大。目前，原油加工市場(chǎng)逐漸趨于飽和，且新能源汽車(chē)迅速發(fā)展，石油化工行業(yè)的發(fā)展趨勢是煉化一體化，煉油企業(yè)應大力發(fā)展煉化一體化生產(chǎn)工藝，提高原油制化學(xué)品收率。代表性技術(shù)有?？松梨诩夹g(shù)，將布倫特原油直接進(jìn)行蒸汽裂解，化學(xué)品收率大于60%；沙特阿美技術(shù)，采用一體化的加氫裂化、蒸汽裂解和深度催化裂化工藝直接加工阿拉伯輕質(zhì)原油，化學(xué)品收率接近50%。國內中國石油、中國石化等大型企業(yè)，以及中科院過(guò)程工程研究所、中國石油大學(xué)（華東）等科研機構和高校也相繼開(kāi)展相關(guān)工作。
二、低碳和可再生能源的規?；瘧?/b>
據統計，我國2022年能源消費總量為54.1億噸標準煤，比上年增長(cháng)2.9%。煤炭消費量占能源消費總量的56.2%，比上年上升0.3個(gè)百分點(diǎn)。石油消費量占能源消費總量的17.9%，比上年下降0.6個(gè)百分點(diǎn)。天然氣、水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等清潔能源消費量占能源消費總量的25.9%，上升0.4個(gè)百分點(diǎn)，比2012年提高了約11.4個(gè)百分點(diǎn)，我國能源消費結構加快向清潔低碳轉變。根據預測，到2060年實(shí)現碳中和目標時(shí)，清潔能源消費量占比要達到80%，低碳清潔能源的規?；瘧脤⑹菍?shí)現碳中和目標的關(guān)鍵。
（一）非化石能源發(fā)展迅速，“棄水”“棄風(fēng)”“棄光”情況明顯緩解
近年來(lái)，我國非化石能源發(fā)展迅速，截至2021年底，全國全口徑非化石能源發(fā)電裝機容量達11.2億千瓦，同比增長(cháng)13.4%，占總發(fā)電裝機容量的47%，較上年提高2.3個(gè)百分點(diǎn)，歷史上首次超過(guò)煤電裝機比重。其中，水電裝機容量3.9億千瓦、風(fēng)電裝機容量3.3億千瓦、太陽(yáng)能發(fā)電裝機容量3.1億千瓦、核電裝機容量0.53億千瓦、生物質(zhì)發(fā)電裝機容量0.38億千瓦。非化石能源利用水平繼續提升，2021年中國風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電和水能利用率分別達到96.9%、98%和97.8%。廣東、廣西、云南、貴州、海南五省區風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電利用率均達99.8%，區域能源結構轉型成效顯著(zhù)，“棄水”“棄風(fēng)”“棄光”狀況明顯緩解。
（二）核能是實(shí)現碳中和戰略目標不可或缺的低碳能源
核能具有能量密度高、供能穩定、碳排放低等優(yōu)勢，對于波動(dòng)性的太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電來(lái)說(shuō)是良好的穩定劑。在全球范圍內，核能不僅是實(shí)現“雙碳”戰略目標的重要支柱能源，更被視為能源現代化產(chǎn)業(yè)的工業(yè)技術(shù)集大成者，其對能源清潔低碳轉型和科技轉型變革具有戰略性帶動(dòng)作用。2021年9月，《中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見(jiàn)》明確指出，“積極安全有序發(fā)展核電”。據測算2060年核電的總發(fā)電量達到2.7萬(wàn)億度，2021年我國核電發(fā)電裝機容量約5000萬(wàn)千瓦，還有很大的提升空間。
核能的利用包括核裂變和核聚變兩種方式。關(guān)于核裂變主要有以下三個(gè)問(wèn)題需要解決，一是安全性，二是核燃料的持續穩定供應，三是乏燃料安全處理處置。我國已經(jīng)探明的鈾資源約27萬(wàn)噸，按當前核電水平，已探明鈾資源支持約40年，核燃料的持續穩定供應急需解決。當前我國乏燃料已累積近2萬(wàn)噸，每年新產(chǎn)生約1千噸，主要采用濕式暫存法處理，濕式暫存費約4萬(wàn)元/（噸·年），乏燃料安全處理處置急需解決。近年來(lái)，我國核電技術(shù)持續取得進(jìn)步。關(guān)于核電的安全性問(wèn)題，2021年12月，山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程送電成功，是全球首個(gè)并網(wǎng)發(fā)電的第四代高溫氣冷堆核電項目，核安全性能較高，標志著(zhù)我國成為世界少數幾個(gè)掌握第四代核電技術(shù)的國家之一。關(guān)于鈾資源短缺問(wèn)題，中科院設立“釷基熔鹽堆核能系統（TMSR）”先導專(zhuān)項，以釷為核燃料具有資源豐富、核廢料少、毒性低和固有防核擴散等優(yōu)點(diǎn)，還可減少稀土開(kāi)采中的釷資源流失和放射性環(huán)境污染，是核能發(fā)展重要方向之一。但這目前還是研究項目，還沒(méi)有達到應用程度。關(guān)于核乏燃料的安全處理，我們目前也正在進(jìn)行重要的科研項目，瞄準解決這個(gè)問(wèn)題。
核聚變反應是宇宙中的普遍現象，它是恒星（例如太陽(yáng)）的能量來(lái)源。核聚變能也是能源發(fā)展的前沿方向，被視為未來(lái)社會(huì )的“終極能源”，如果人類(lèi)可以掌控這種能量，就能擺脫目前地球的能源與環(huán)境危機困擾。到目前為止，人類(lèi)對受控核聚變的研究主要分為兩類(lèi)：
一類(lèi)是磁約束核聚變，如“國際熱核聚變實(shí)驗堆（ITER）計劃”，它是全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。ITER裝置是一個(gè)能產(chǎn)生大規模核聚變反應的超導托克馬克，俗稱(chēng)“人造太陽(yáng)”。中國科學(xué)家積極參與國際熱核聚變實(shí)驗堆（ITER）相關(guān)工作，2021年5月，中科院建造的東方超環(huán)（EAST）在核聚變研究上取得進(jìn)展，成功實(shí)現可重復的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，進(jìn)一步證明核聚變能源的可行性，也為邁向商用奠定了物理和工程基礎。2022年2月，歐洲核聚變研發(fā)創(chuàng )新聯(lián)盟、國際熱核聚變實(shí)驗堆計劃（ITER）等單位聯(lián)合宣布，實(shí)現了受控核聚變能量的新紀錄，它們在目前世界上最大的聚變反應堆，即在歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）中，將氫的同位素氘和氚加熱到了1.5億攝氏度并穩定保持了5秒鐘，同時(shí)核聚變反應發(fā)生，原子核融合在了一起，釋放出59兆焦耳的能量。有測算稱(chēng)，這相當于11兆瓦電力，大約能夠為一個(gè)普通家庭提供一天的電力。JET是世界上唯一一個(gè)能夠實(shí)現“氘氚聚變”反應的實(shí)驗裝置，保持著(zhù)核聚變最大能量輸出紀錄。EAST更偏向于磁約束實(shí)驗，并不實(shí)現核聚變反應，這是因為在EAST運行過(guò)程中，等離子體內只有D核素（氘），沒(méi)有T核素（氚）。EAST實(shí)驗的意義主要在于研究如何長(cháng)時(shí)間穩定地約束等離子體，以便為我國參與的ITER項目及CFETR提供實(shí)驗支持，維持聚變反應、解決材料輻照問(wèn)題、能量轉換、T滯留問(wèn)題等都不是它的研究重點(diǎn)。我國自己籌建的中國聚變工程實(shí)驗堆（CFETR），以實(shí)現聚變能源為目標，將研究走向實(shí)用化，可以彌補EAST不能發(fā)電等缺點(diǎn)。
另一類(lèi)實(shí)現核聚變的方式是激光核聚變。2022年的12月，美國能源部官員宣布，加州勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗室，首次成功在核聚變反應中實(shí)現“凈能量增益”，即聚變反應產(chǎn)生的能量大于促發(fā)該反應的激光能量。實(shí)驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，能量增益達到153%。3.15兆焦耳的能量相當于二兩炸藥的爆炸威力。這是世界上首次激光核聚變點(diǎn)火，是一個(gè)里程碑式的工作，引起了科學(xué)界和社會(huì )的廣泛關(guān)注。當然，目前激光核聚變具有時(shí)間短，發(fā)電效率低等特點(diǎn)，科學(xué)上具有重要意義，可應用在一些特殊領(lǐng)域，離商業(yè)發(fā)電還有很長(cháng)的路要走。2020年，中科院也立項部署了與美國不同技術(shù)路徑的激光核聚變研究工作。
（三）儲能是可再生能源大規模融合利用的關(guān)鍵
以風(fēng)電、光伏為代表的可再生能源普遍具有間歇性、波動(dòng)性、隨機性的特點(diǎn)，要實(shí)現其大規模融合利用，儲能是關(guān)鍵。根據預測，2060年我國儲能規模將達到420GW（42000萬(wàn)千瓦）。根據統計，2022年我國已投運電力儲能項目累計裝機59.4GW，同比增長(cháng)37%，其中，抽水蓄能占據最大比重，累計裝機達46.1GW；新型儲能發(fā)展繼續保持高增長(cháng)速度，累計裝機規模達到12.7GW。儲能行業(yè)仍有較大發(fā)展空間，比如，國家能源局2021年8月發(fā)布的《抽水蓄能中長(cháng)期發(fā)展規劃（2021—2035年）》，到2025年，中國抽水蓄能累計裝機量要達到62GW以上，到2030年達到120GW，這意味著(zhù)未來(lái)8年間有將近2.6倍的成長(cháng)空間。
儲能技術(shù)主要分為機械儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能和其他儲能。機械儲能中的抽水蓄能技術(shù)成熟，是目前儲能市場(chǎng)上應用廣、占比高的技術(shù)，但其對地理條件依賴(lài)度高；壓縮空氣儲能可以不依賴(lài)地理條件，中科院工程熱物理研究所開(kāi)發(fā)的100MW壓縮空氣儲能技術(shù)，2022年9月在張家口并網(wǎng)運行，效率達到70%，接近抽水儲能效率，已具備大規模商業(yè)化應用的條件。電化學(xué)儲能是通過(guò)電池完成的能量?jì)Υ?、釋放和管理的過(guò)程，具有配置靈活、建設期短、響應快速，可以有效提高可再生能源消納水平，是未來(lái)儲能技術(shù)發(fā)展的重要方向。主要分為鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池、鈉離子電池和金屬—空氣電池等。其中鋰離子電池技術(shù)較為成熟，已進(jìn)入規?；慨a(chǎn)階段，是目前發(fā)展快、占比較高的電化學(xué)儲能技術(shù)，在電動(dòng)汽車(chē)和新型儲能中占主導作用。
液流電池方面，2022年10月，由中科院大連化學(xué)物理研究所提供技術(shù)支撐的迄今全球功率最大、容量最大的百兆瓦級液流電池儲能調峰電站正式并網(wǎng)發(fā)電，全釩液流電池一定程度上具備大規模商業(yè)化的條件，但目前仍存在成本較高、系統效率低等問(wèn)題。鈣鈦礦電池是電化學(xué)儲能的新方向，具有吸光能力強、低成本和易制備、弱光效率高等優(yōu)勢和特點(diǎn)，但存在穩定性較差和大面積應用時(shí)的效率損失兩個(gè)短板，是當前研究的熱點(diǎn)之一。
當前我國儲能技術(shù)發(fā)展仍然面臨一些問(wèn)題和挑戰。一方面，我國在儲能領(lǐng)域基礎性、原創(chuàng )性、突破性創(chuàng )新不足，具有“領(lǐng)跑”意義的先進(jìn)技術(shù)還不多，儲能轉化的相關(guān)機理、技術(shù)及系統的研究還不夠成熟，尤其是在設計軟件、設計標準與理念方面缺少話(huà)語(yǔ)權。另一方面，大規模儲能技術(shù)推廣，受電力系統市場(chǎng)機制不完善等方面限制，存在儲能市場(chǎng)主體地位不明晰、市場(chǎng)機制不完善導致儲能價(jià)值收益難以得到合理補償等問(wèn)題，現階段還未建立成熟的競爭性電力市場(chǎng)運行機制，很難合理核定各類(lèi)電力輔助服務(wù)的價(jià)格，從而造成儲能的價(jià)值和收益難以對接。近年來(lái)這些方面都已經(jīng)有所進(jìn)步和改善，但問(wèn)題依然突出。新型儲能大規模應用的關(guān)鍵仍是技術(shù)和成本。技術(shù)方面，面臨的難點(diǎn)是針對不同應用場(chǎng)景如何滿(mǎn)足電網(wǎng)高安全性、大規模、長(cháng)壽命、低成本、高效率等需求，關(guān)鍵材料、制造工藝和能量轉化效率也是行業(yè)需要面對的挑戰。成本過(guò)高是儲能電站面臨的普遍問(wèn)題，降低成本主要依賴(lài)技術(shù)創(chuàng )新、規?；a(chǎn)以及穩定的產(chǎn)業(yè)鏈體系。
（四）氫能與電化學(xué)儲能具有高度互補性
氫能受到各方高度關(guān)注，2022年初國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃（2021—2035年）》，首次明確了氫的能源屬性。氫能是一種來(lái)源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉型發(fā)展的重要載體之一。氫儲能在能量密度、儲能時(shí)長(cháng)上具有較大優(yōu)勢，在能量轉換效率、響應速度等方面相對較差，可以與電化學(xué)儲能形成互補。近年來(lái)，我國氫氣產(chǎn)量保持連續增長(cháng)，已成為世界第一產(chǎn)氫大國，2021年產(chǎn)量達3300萬(wàn)噸。但是氫能的發(fā)展仍存在一些問(wèn)題和挑戰。一方面，目前氫氣制取主要由化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫構成，據中國標準化研究院不完全統計，目前我國煤制氫占比約62%，天然氣重整制氫占比約19%，焦爐煤氣、氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)提純制氫和石油制氫占比約18%，電解水制氫等約占1%，可再生能源制氫規模還很小。大家知道，通過(guò)化石能源燃燒制氫過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生二氧化碳，是灰氫；在灰氫的基礎上，將二氧化碳副產(chǎn)品捕獲、利用和封存（CCUS）而制取后的氫氣是藍氫；通過(guò)使用再生能源（例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等）制造的氫氣是綠氫，我們真正需要的是綠氫。另一方面，氫是元素周期表上最輕的元素，很容易泄漏，對儲能容器要求高，常壓下液化需在-235℃下，能耗較高。如果以管道運輸，則需要克服純氫以及摻氫氣體給管道帶來(lái)的安全隱患?，F階段，我國氫氣儲運主要以高壓氣態(tài)長(cháng)管拖車(chē)運輸為主，常用的高壓氣態(tài)長(cháng)管拖車(chē)氫氣儲存壓力為20兆帕，單車(chē)運載量約300千克氫氣。液氫運輸和管道運輸的基礎尚不成熟，液態(tài)儲運、固態(tài)儲運均處于小規模試驗階段，目前氫氣管道里程約400千米，在用管道僅100千米左右。預計到2025年，液態(tài)儲運和管道儲運的方式將有初步發(fā)展，到2035年，高壓氣氫儲運、液體儲運和管道儲運等多種氫氣儲運形式將實(shí)現并存。
圖片3月28日，2023中國國際清潔能源博覽會(huì )暨2023中國國際氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)展覽會(huì )在北京舉行，展覽覆蓋新能源發(fā)電、儲能、輸電等新型電力系統生態(tài)鏈，以及氫能全產(chǎn)業(yè)鏈，全面展現清潔能源發(fā)展現狀，為業(yè)內人士提供交流平臺。圖為壓縮空氣儲能電站系統沙盤(pán) 張宇/攝
氨既能當儲氫介質(zhì)，又能做零碳燃料。氨是天然的儲氫介質(zhì)，常壓下，-33℃就能液化，便于安全運輸，有完備的貿易和運輸體系?？稍偕茉瓷a(chǎn)氫，再將氫轉換為氨，運輸到目的地，或許是一條解決途徑。目前，氨的主要制備方式是氫氣和氮氣反應合成，全球年產(chǎn)量1.8億噸，80%左右用于化肥行業(yè)，工藝成熟，成本低廉。在氨能使用方面，技術(shù)難題是不能穩定燃燒，如何獲取“綠氨”，日韓等國在充分燃燒的研發(fā)方面遙遙領(lǐng)先，有氨動(dòng)力船研究項目。
三、二氧化碳捕集和利用
根據測算，到2060年實(shí)現碳中和時(shí)，仍有一定數量的二氧化碳總排放量，其中一部分可以由海洋、陸地無(wú)機過(guò)程和陸地生態(tài)系統吸收，另一部分需要通過(guò)CCUS（碳捕集—利用—封存）技術(shù)進(jìn)行去除。
碳捕獲與封存（CCS）技術(shù)是指將二氧化碳從工業(yè)或相關(guān)排放源中分離出來(lái)，輸送到封存地點(diǎn)，并長(cháng)期與大氣隔絕的過(guò)程。根據國際能源機構的估計，到2050年，CCS要想對緩解氣候變化產(chǎn)生顯著(zhù)影響，至少需要有6,000個(gè)項目。每個(gè)項目每年在地下存儲100萬(wàn)噸二氧化碳，而全世界只有三個(gè)如此規模的項目?？梢哉f(shuō)，如果CCS在未來(lái)20年不能進(jìn)化為主流技術(shù)，情況將不容樂(lè )觀(guān)。CCS技術(shù)無(wú)法迅速得到推廣的主要原因是其高昂的成本，根據測算，以當前技術(shù)封存1噸二氧化碳需要200—300美元，就是說(shuō)1噸煤燃燒排放2噸二氧化碳，至少需要400美元進(jìn)行二氧化碳封存處理，將來(lái)如果技術(shù)沒(méi)有突破性進(jìn)展，這件事根本不可能做到。另外，其推廣過(guò)程還存在諸多不確定因素，對環(huán)境也存在一定的影響。
碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術(shù)是應對全球氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到世界各國的高度重視，紛紛加大研發(fā)力度，并取得一些研究成果。2021年9月，中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所從二氧化碳人工合成淀粉的成果引起了廣泛的關(guān)注，有網(wǎng)友將此比作空氣變饅頭。這是國際上第一次不需要依賴(lài)植物光合作用，而是采用人工手段，將自然的代謝過(guò)程重新拆解、組裝，以二氧化碳、水和氫能為原料，生產(chǎn)出了人工的淀粉。目前，淀粉主要由玉米等農作物通過(guò)自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)，合成與積累涉及約60步代謝反應以及復雜的生理調控，理論能量轉化效率僅為2%左右。天津工業(yè)生物技術(shù)研究所從頭設計出11步主反應的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，在實(shí)驗室中首次實(shí)現從二氧化碳到淀粉分子的全合成，合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向設計自然、超越自然目標的實(shí)現邁進(jìn)一大步，為創(chuàng )建新功能的生物系統提供了新科學(xué)基礎，是典型的從0到1的原創(chuàng )性成果。當然該成果目前尚處于實(shí)驗室階段，離實(shí)際應用還有一段距離。今年4月，電子科技大學(xué)、中科院深圳先進(jìn)院在國際期刊《自然·催化》發(fā)表研究成果，電催化結合生物合成的方式，能將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，進(jìn)一步利用微生物，可以合成葡萄糖和油脂。有科學(xué)家認為，該工作耦合人工電催化與生物酶催化過(guò)程，發(fā)展了一條由水和二氧化碳到含能化學(xué)小分子乙酸，后經(jīng)工程改造的酵母微生物催化，合成葡萄糖和游離的脂肪酸等高附加值產(chǎn)物的新途徑，為人工和半人工合成“糧食”提供了新的技術(shù)。
據媒體報道，中國農科院與首鋼朗澤新能源公司合作，全球首次實(shí)現從一氧化碳到飼料蛋白質(zhì)的一步合成，并已形成萬(wàn)噸級工業(yè)產(chǎn)能。該項研究以含一氧化碳、二氧化碳的工業(yè)尾氣和氨水為主要原料，制造新型飼料蛋白資源，將無(wú)機的氮和碳轉化為有機的氮和碳，開(kāi)辟了一條低成本非傳統動(dòng)植物資源生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料蛋白質(zhì)的新途徑。
2022年2月，美國西北大學(xué)和郎澤科技公司研究人員在《自然》發(fā)表論文稱(chēng)，他們在一項新的試點(diǎn)研究中，將一種梭菌進(jìn)行遺傳工程改造，用于合成此前它們無(wú)法產(chǎn)生的化合物，這種選擇、設計和優(yōu)化細菌菌株的過(guò)程，成功地證明了其將二氧化碳轉化為丙酮和異丙醇的能力。這種新的氣體發(fā)酵過(guò)程不僅可從大氣中去除溫室氣體，還可避免使用化石燃料，而化石燃料通常是生成丙酮和異丙醇所必需的。
“碳達峰、碳中和”目標是黨中央經(jīng)過(guò)深思熟慮作出的重大戰略決策，事關(guān)中華民族永續發(fā)展和構建人類(lèi)命運共同體?？萍紕?chuàng )新，特別是能源的科技創(chuàng )新，是同時(shí)實(shí)現經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展和碳達峰、碳中和的關(guān)鍵。社會(huì )各界應共同努力、攜手并進(jìn)，為實(shí)現“雙碳”目標作出更大貢獻。
雙碳產(chǎn)業(yè)
京公網(wǎng)安備 11010802020613號