中國儲能網訊：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、全球范圍內森林面積減少等，二氧化碳排放量不斷增加，導致全球氣溫升高、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，數據來源：Carbon Brief）
雖然我國歷史人均累計碳排放量遠低于發(fā)達國家，但單位國內生產總值（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（數據來源：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“碳達峰”，2060年前實現“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，通過植樹造林、節(jié)能減排、技術固碳等形式，抵消自身直接或間接產生的二氧化碳排放量，實現二氧化碳“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)提出實現碳中和的時間，大部分國家提出在2050年實現碳中和目標；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碳中和目標。
目前能源領域碳排放總量大、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。為實現碳中和，亟待變革能源利用方式和調整能源結構。一方面，改變化石能源利用方式、提高化石能源轉化效率、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，我國目前的資源結構為“富煤、少油、缺氣”，亟需改變能源結構，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，實現能源轉型，降低化石能源消費，提高能源利用率，節(jié)能減排，構建綠色低碳的能源體系，是降低二氧化碳排放、實現碳中和的重要舉措。
BP Energy預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，在非電能源領域將會加速推動氫能、碳捕獲、利用、儲存等新技術應用。預計到2060年70%的電力將由清潔可再生能源供應，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碳中和（圖4）。由于風能、太陽能等可再生能源發(fā)電受自然界的風速、風向、晝夜、陰晴天氣的影響，具有間歇性、波動性，為保證電網安全、穩(wěn)定、可靠供電，長時儲能技術將是實現“雙碳”目標的關鍵核心，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構變化預測（數據來源：BP Energy）
經過多年發(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，部分領域達到國際領先水平。但行業(yè)整體科技水平還不足以支撐能源結構轉型升級的需求，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)，尋求顛覆性的技術突破。因此，加快核心技術創(chuàng)新，推動能源開發(fā)、轉換、配置、儲存、使用等領域的技術創(chuàng)新、裝備制造和產業(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、先進特高壓電網技術、大規(guī)模新型儲能技術、綠色氫能技術、碳捕集利用與封存技術和先進核能技術攻關的同時，進一步推進煤炭綠色高效利用技術、石油化工綠色低碳技術的創(chuàng)新攻關，推動數字化信息化技術在節(jié)能、儲能、清潔能源利用、能源互聯(lián)網領域的創(chuàng)新融合（圖5）。可再生能源發(fā)電、先進儲能技術、氫能技術、先進核電、二氧化碳綜合利用等新技術有望取得系列重大突破，減碳脫碳技術將成為今后一個時期能源領域技術研發(fā)和攻關的重點。
圖5 新能源關鍵技術助力“雙碳”戰(zhàn)略
作者簡介
陳軍，無機化學家，中國科學院院士，南開大學教授、博士生導師、副校長、先進能源材料化學教育部重點實驗室主任。
陳軍主要從事能源材料化學與高能電池的研究。提出了“室溫—氧化還原—轉晶”新合成方法，室溫合成出系列穩(wěn)定的導電納米尖晶石復合催化劑，替代了貴金屬鉑電極，應用于可充電金屬鋰、鋅空氣電池；提出電極微納化可改善多電子電極反應活性和結構穩(wěn)定性的設想，經大量實驗制備了可充鋰、鈉、鎂電池的微納多級結構電極，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合固態(tài)電解質。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》和《化學電源：原理、技術與應用》，并主講能源化學、新能源科學與工程導論、化學概論等課程。入選國家教學團隊、國家實驗教學示范中心、教育部精品視頻公開課，獲國家教學成果一等獎（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“新能源科學與工程教學叢書”。
