中國儲能網(wǎng)訊：自工業(yè)革命以來，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)境問題，人類賴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，美國二氧化碳排放量超過5090億噸，占全球總量的20.3%，是全球最大的累計排放國（圖1）。我國排在第二位，累計二氧化碳排放量約2884億噸，占全球11.4%。特別是進入21世紀以來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，二氧化碳排放量也急劇增加。
圖1 1850~2021年世界主要國家累計二氧化碳排放量（單位：十億噸，數(shù)據(jù)來源：Carbon Brief）
雖然我國歷史人均累計碳排放量遠低于發(fā)達國家，但單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗與碳排放量遠高于發(fā)達國家，如2020年我國單位GDP能耗為3.4噸標準煤/萬美元，單位GDP碳排放量為6.7噸二氧化碳/萬美元，均遠高于全球平均水平及美國、日本、德國、法國、英國等發(fā)達國家（圖2）。
圖2 2020年世界主要國家單位GDP能耗和二氧化碳排放量（數(shù)據(jù)來源：BP Energy）
為推動能源低碳化和綠色發(fā)展，2020年9月，我國政府在第75屆聯(lián)合國大會上宣布中國力爭在2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”。這里的碳中和（carbon neutrality）是指企業(yè)、團體或個人在一定時間內(nèi)，通過植樹造林、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，實現(xiàn)二氧化碳“零排放”（圖3）。
圖3 碳中和示意圖
不同國家推進碳中和的進度有所不同，目前全球已有130多個國家和地區(qū)提出實現(xiàn)碳中和的時間，大部分國家提出在2050年實現(xiàn)碳中和目標；世界各國從碳達峰到碳中和的時間平均需要50年以上。我國宣布從碳達峰到碳中和的間隔時間為30年，而歐盟承諾的碳達峰到碳中和的時間為60~70年，間隔時間超過我國的2倍以上。當前，我國仍處于工業(yè)化過程中，一次能源消費仍在快速增長，碳排放也仍處于增長階段。這預(yù)示著我國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現(xiàn)碳中和目標。
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采和利用，使得二氧化碳等溫室氣體排放量急劇增加。為實現(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、促進化石能源的清潔高效利用，從而達到節(jié)能減排的目的；另一方面，我國目前的資源結(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，大力推進低碳能源替代高碳能源、可再生能源替代化石能源?？偟膩碚f，發(fā)展新能源，實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，降低化石能源消費，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、實現(xiàn)碳中和的重要舉措。
BP Energy預(yù)計未來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)铀偻苿託淠?、碳捕獲、利用、儲存等新技術(shù)應(yīng)用。預(yù)計到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%的化石能源消費將通過碳捕獲方式實現(xiàn)碳中和（圖4）。由于風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(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、波動性，為保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠供電，長時儲能技術(shù)將是實現(xiàn)“雙碳”目標的關(guān)鍵核心，必須引起高度重視。新能源汽車替代燃油車也是有效降低二氧化碳排放的重要途徑，未來將得到更快的發(fā)展。
圖4 中國一次能源消耗結(jié)構(gòu)變化預(yù)測（數(shù)據(jù)來源：BP Energy）
經(jīng)過多年發(fā)展與積累，我國新能源科技水平和創(chuàng)新能力持續(xù)提升，部分領(lǐng)域達到國際領(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)型升級的需求，相比發(fā)達國家仍然在部分方向存在差距。特別是在雙碳目標提出后，更需要理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新，要從我國的實際出發(fā)，尋求顛覆性的技術(shù)突破。因此，加快核心技術(shù)創(chuàng)新，推動能源開發(fā)、轉(zhuǎn)換、配置、儲存、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，我國將以更大力度推進新能源先進發(fā)電技術(shù)、先進特高壓電網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模新型儲能技術(shù)、綠色氫能技術(shù)、碳捕集利用與封存技術(shù)和先進核能技術(shù)攻關(guān)的同時，進一步推進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)，推動數(shù)字化信息化技術(shù)在節(jié)能、儲能、清潔能源利用、能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的創(chuàng)新融合（圖5）?？稍偕茉窗l(fā)電、先進儲能技術(shù)、氫能技術(shù)、先進核電、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)將成為今后一個時期能源領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)和攻關(guān)的重點。
圖5 新能源關(guān)鍵技術(shù)助力“雙碳”戰(zhàn)略
作者簡介
陳軍，無機化學(xué)家，中國科學(xué)院院士，南開大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、副校長、先進能源材料化學(xué)教育部重點實驗室主任。
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)大量實驗制備了可充鋰、鈉、鎂電池的微納多級結(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。入選國家教學(xué)團隊、國家實驗教學(xué)示范中心、教育部精品視頻公開課，獲國家教學(xué)成果一等獎（2009年，第八完成人）、寶鋼優(yōu)秀教師特等獎提名獎（2013年）。主持的“新能源科學(xué)與工程專業(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”研究與實踐項目，并組織編寫了“新能源科學(xué)與工程教學(xué)叢書”。
