“双碳”国际形势、技术前沿与宁波突破点探讨

　　“双碳”已成为全球共识。2017年12月，29个国家在“同一个地球”峰会上签署《碳中和联盟声明》，承诺到21世纪中叶实现零碳排放。2019年9月联合国气候行动峰会上，66个国家承诺碳中和目标，并组成气候雄心联盟。截至2020年6月，共有125个国家承诺21世纪中叶前实现碳中和的目标。

　　国别方面，许多国家对实现“双碳”目标提出了具体规划。英国、瑞典、法国、丹麦、新西兰、匈牙利等6国将碳中和目标写入法律。美国发布《清洁能源革命与环境正义计划》《建设现代化的、可持续的基础设施与公平清洁能源未来计划》《关于应对国内外气候危机的行政命令》等规划计划，部署投入2万亿美元推动交通、建筑、清洁能源等领域降碳。英国2020年发布《绿色工业革命十项计划》，涵盖清洁能源、交通、自然和创新技术等领域凯时88，并提出2030年前停止销售汽油和柴油新车，以期在2050年之前实现温室气体“净零排放”目标。德国2019年出台“气候行动规划2030”，2021年对《联邦气候变化法》进行了修订，提出到2030年温室气体排放水平较1990年降低65%、到2040年降低88%、到2045年实现温室气体排放中和的目标，较之前承诺提前了5年。日本2021年发布《2050碳中和绿色增长战略》，明确2050年实现碳中和目标，对14个重点领域设定了具体实施计划和路线月投票通过了碳边境调节机制（CBAM），欧盟将在货物贸易进出口环节，针对碳排放水平较高的进口产品，如铁、钢、水泥、铝、化肥、电力、氢等征收碳税。

　　2020年第75届联合国大会上，我国正式作出碳达峰与碳中和承诺，力争于2030年前实现二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2022年6月，科技部等九部门联合印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》，系统提出科技支撑碳达峰碳中和的创新方向。2023年4月，国家标准委、国家发展改革委等11个部门发布《碳达峰碳中和标准体系建设指南》，提出要围绕基础通用标准，以及碳减排、碳清除、碳市场等发展需求，加快建设“双碳”标准体系，不断将降碳增效工作落到实处。

　　当前，“双碳”或者零碳技术表现出五大突破方向。一是零碳电力技术，重点是储能、智能电网、虚拟电厂等技术，以及水、风、光等“资源利用—可再生发电—终端用能优化匹配”技术体系的构建。二是零碳非电能源技术，重点是化石能源制氢结合碳捕集、利用与封存（CCUS）等“蓝氢”技术、可再生能源发电制氢规模化等“绿氢”技术，以及生物质能、氨能等其他零碳非电能源技术。三是节能节材技术与资源产品循环利用技术，重点是现有节能技术与设备的升级，以及以二氧化碳为原料的化学品合成等。四是增汇技术和负碳排放技术，重点是CCUS关键技术及工业、电力等领域的集成技术，以及绿碳和蓝碳技术等。五是耦合集成与优化技术，重点是不同技术单元的集成耦合以及减排潜力的充分释放，助力社会经济全链条的低碳或者脱碳发展。其中一些重点领域的技术创新，值得宁波重点关注。

　　截至2023年底，我国太阳能光伏发电装机容量有望达到7000亿瓦，装机规模200亿瓦以上，发电量将会是火电的2.5倍。宁波是光伏设备生产大市，还有不少企业涉足光伏电站建设，若在机制上能突破，将为宁波带来巨大“双碳”空间。

　　太阳能发电技术的前沿研究主要包含两个方向：光伏发电技术和太阳能热发电技术。

　　光伏发电技术主要竞争点在太阳能光伏电池。市场上分为晶体硅电池和薄膜电池两类，晶体硅电池所占市场份额超过90%，具有产业化效率高、成本低等特点。钝化发射极和背面电池技术是主流量产技术。薄膜电池市场占比虽小但发展迅猛，中科大团队在2023年7月创造了钙钛矿电池稳态效率的认证世界纪录26.1%，前景看好。新型光伏系统及平衡部件技术也在快速发展，包括大功率高效率光伏直流变换器及中压直流系统稳定控制、快速保护技术，高可靠性、高性能海洋漂浮式光伏系统集成技术，光伏系统智慧运维和功率预测技术等。

　　太阳能热发电技术主要包括超超临界熔盐塔式太阳能热发电技术、超临界二氧化碳太阳能热发电技术、化学电池和卡诺电池协同储能技术。基于传统朗肯循环的超超临界太阳能热发电技术适用于以熔盐为传热流体的大型塔式太阳能热发电，其难点在于选择合适的熔盐系统和匹配的机组容量。基于超临界二氧化碳动力循环的塔式太阳能热发电技术具有热机转换效率高、系统回热温度高和热机功率匹配性好的特点。化学电池和卡诺电池协同储能技术也是未来可再生能源电力系统中可以规模化发展的关键技术之一，需要构建新型多源耦合储能系统优化模型，探索源网荷储协同调控耦合影响机制及核心关键技术。

　　《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》明确，氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，氢能是用能终端实现绿色低碳发展的重要载体，氢能产业是战略性新兴产业重点发展方向。随着技术的不断突破，氢能有望迎来爆发式增长，成为“双碳”的新增长极。

　　制氢方面，目前比较先进的是采用质子交换膜电解水（PEMWE）制氢技术和工业副产氢高效提纯技术。质子交换膜电解水制氢技术具有电流密度高、电解效率高、响应速度快、产出气体纯度高、安全性高和占地面积小等优势，可提高电力系统的灵活性。工业副产氢为各类工业生产过程中的副产物，采用变压吸附、低温吸附、膜分离等方法将工业副产“废氢”提纯制取为高纯氢，主要应用在焦煤炼焦、氯碱化工、丙烷裂化等工业过程中，具有氢产量大、效率高、成本低及零碳排等优势。

　　储氢方面，主要方向为金属合金固态储氢技术和有机液体储氢技术。前者是在一定温度与压力下，金属合金与氢气形成金属氢化物进行的氢气储存，用氢时可通过加热或减压将氢释放，操作简便，安全可逆，体积储氢密度高，同时可实现热能的储存与传递；后者以不饱和液体有机物为载体，在不破坏有机物主体结构的前提下，通过加氢和脱氢可逆过程来实现氢气储存的技术，具有理论储氢量大、储氢密度高、可多次循环使用、运输安全便利等优势。

　　氢燃料电池方面，主要有质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术和固体氧化物燃料电池（SOFC）技术。PEMFC技术能直接将储存于氢气与氧气中的化学能转换为电能，且副产物仅为水和热量，可实现零碳排，具有能量转换效率高、功率密度高、响应快、工作温度适宜、可快速启动及噪声低等优点。SOFC技术是将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接高效、环境友好地转换成电能的全固态化学发电装置，具有燃料选择范围广、催化剂成本低等特点。

　　随着风光电项目的增多，储能的重要性和紧迫性越来越明显，储备技术顺势成为能源利用进化的基础。中关村储能产业技术联盟（CNESA）数据显示，截至2022年底，我国已投运电力储能项目装机规模59.8GW。其中，新型储能累计装机规模达13.1GW/27.1GWh，功率规模、能量规模同比分别增长128%、141%。

　　分布式储能系统主要由各类储能设备以及智能微电网系统构成，是目前实施可再生清洁能源推广应用的一项重要且关键的技术。其通过削峰填谷参与需求响应，可以有效降低分布式电网的峰值调整压力，提高分布式电网的运行效率，强化电力网对分散型可再生能源的可接受性，实现可再生能源的综合发电功率稳定、性能可控的输出，满足对可再生利用能源综合发电的大型或小型规模并网接入的应用需要。与传统的集中型储能发电相比，分布式储能有效解决了集中型储能发电厂的线路损耗和资金压力，但同时也存在着布局分散、稳定性差等问题，有待技术突破。

　　我国已将碳捕集、利用与封存（CCUS）技术作为我国实现碳达峰、碳中和目标的重要路径。CCUS布局已处于起步阶段，CCUS技术需求紧迫、市场机制缺失、政策激励不足的问题还较为突出，技术、市场、政策三大要素深度融合存在巨大空间。

　　捕集方面，最先进、使用最广泛的是化学吸收和物理分离，还有尚处于原型阶段的膜分离和循环（钙和化学循环）。国内的燃烧前碳捕集技术与国际先进水平同步，但对于捕集潜力最大的燃烧后化学吸收法仍处于中试或工业示范阶段，而国外已经进入商业化应用阶段。

　　利用方面，大部分用于驱油和化工产品制造，少量用于电子和食品饮料行业。目前已开发出基于氯化物的矿物碳酸化反应技术、湿法矿物碳酸法技术、干法碳酸法技术以及生物碳酸法技术等，下一阶段的突破方向为突破高温、高压环境瓶颈，寻找合适的催化剂提高碳利用效率。

　　封存方面，强化采油技术和咸水层封存技术已进入商业应用，其他封存技术如开发地热、强化开发煤层气和页岩气、玄武岩矿化封存、水合物封存等，均处于研究阶段。此外，二氧化碳封存设施已在北美、欧洲、亚洲等地区进行了试验和应用，但在国内还没有专门的商业封存设施。

　　碳汇在碳中和愿景中扮演重要角色，主要分为绿色碳汇和蓝色碳汇两个板块凯时88。前者是指陆地绿色植物通过光合作用固定二氧化碳的过程；后者是指利用海洋活动及海洋生物吸收大气中的二氧化碳并将其固定、储存在海洋的过程。据统计，滨海湿地吸收二氧化碳的速率是陆地生态系统的10～100倍，蓝碳也是我国“十四五”碳达峰关键时期提升增量碳汇的关键，《国家生态文明试验区（海南）实施方案》率先提到“开展海洋生态系统碳汇试点”。目前，制约我国蓝碳发展的主要因素有滨海湿地逐渐退化、蓝碳评估标准未统一、蓝碳交易市场建设缓慢、相关技术研发未成熟等。围绕提升滨海湿地固碳能力，当前主攻技术有植物物种选择与种植相结合的技术、生境改造技术、植物种植和管理技术等。

　　对于宁波而言，“双碳”要狠抓理念创新、技术创新、产品创新、管理创新，大力培育低碳新经济，提升成熟产业的碳效率，积极探索用能和碳排放权的优化配置，促成“双碳”的产业共识、社会共识。当前可因地制宜、因时制宜聚力突破以下五个重点领域，并加强“双碳”或零碳前沿的技术引进转化和产学研联动发展。

　　宁波是国家七大石化产业基地之一。绿色石化是宁波打造“361”万千亿级产业集群行动中的重要万亿级产业，2022年成功入选国家级先进制造业集群，石化产业规上工业总产值达到5221亿元。围绕建设世界一流绿色石化产业集群和“双碳”目标，应着力推进以下工作。

　　生产组织方面，以风能和太阳能为重点发展清洁能源替代，专注于提高当前能源生产系统的效率凯时88，包括在生产阶段使用泄漏检测技术、数据分析和预测应用程序来提前确定维护要求，智能化测算各类机械效率以提高设备能效等。进行能源回收，积极开展废热、余压综合利用，通过智能系统对回收的能源和资源进行综合调度安排等。

　　技术创新方面，积极推进新技术、新工艺、新设备、新催化剂等技术研发，在原油直接制化学品技术、先进生物燃料制备技术、新型加热炉技术、新型纳米催化材料技术等领域取得重大突破。

　　碳资产管理方面，引导石化企业积极参与碳市场建设，强化碳资产管理，对碳金融等手段进行灵活运用，创建碳排放管理组织机构，搭建碳资产和碳交易管理的IT信息平台，建立健全低碳管理体系与制度，培养专门的管理团队。

　　绿色引领方面，加快建立健全行业绿色评价指标体系和标准体系，对行业绿色产品、工艺与生产基地作出科学评价。探索建立绿色责任考核体系，强化石化企业“双碳”责任意识和主体作用，尝试将碳减排任务压实给大型石化企业。

　　建筑业是宁波传统支柱产业和富民产业，2022年全市建筑业总产值超3000亿元，“象山建造”在国内国外都颇具名气。在“双碳”背景下，必须强化绿色发展理念，推动建筑行业高质量发展和市场美誉度提升。

　　建筑业产生能耗的主要阶段为建造阶段、运行阶段和拆除阶段。在建筑建造阶段，可通过使用低碳材料、运用构件再利用技术、采用低碳工艺与新型节能装备等方式进行减碳；在建筑运行阶段，可通过建造多用途社区、使用太阳能设备、进行自动照明控制等措施实现碳减排；在建筑拆除阶段，可通过老旧小区改造、控制建筑规模、加强各环节协作等措施节能减排。

　　建筑材料的“双碳”工作尤为重要。要调整优化建材产业产品结构，向终端化、轻型化、制品化方向发展；围绕碳减排探索技术性路径，致力于新型胶凝材料技术、低碳混凝土技术、吸碳技术和低碳建材的研发；利用信息化、数字化和智能化技术加强全过程节能管理，同时对水泥、平板玻璃、陶瓷等高能耗行业开展节能诊断；对各细分产业进行评估，鼓励水泥行业等在节能减排方面有天然优势的产业率先实现碳达峰；研究制定建筑材料各主要产业的碳排放标准，制定相关方案并开展碳交易模拟试算与运行测试，引导行业有序进入碳市场。

　　截至2023年6月底，宁波全市机动车总保有量370.98万辆，传统能源汽车占比92.31%；截至3月底，全市注册公路运输车辆5.94万辆，运力152.16万载重吨，其中集装箱车2.67万辆，运力86.23万载重吨，是全市重要的碳排放源头。在“双碳”目标的要求下，交通行业需要强化政策引领。

　　加快新能源汽车产业发展，建设新能源汽车之城。全面落实《宁波市新能源汽车产业发展规划（2023-2030）》，大力引育新能源整车制造和关键零部件企业，着力培育新能源汽车标杆型产品，推动新能源汽车向货车领域拓展。择机推动氢能、甲醇汽车发展，引育氢燃料电池汽车整车生产基地，迭代壮大氢能汽车产业链。

　　加快推动汽车配件轻量化。根据世界汽车协会的报告，汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%。要引导全市汽配企业更加专注新型材料的研发应用和设备集成创新，扩大产业链就近配套，通过降低汽车整备重量促进燃油车辆节能减排。

　　大力推动新能源汽车消费替代。加快制定国补退出后的新能源汽车购置补贴政策，持续开展购车消费券活动，重点实施针对家用汽车更新、人才购车、汽车下乡等补贴优惠。加快完善相关基础设施，强化电网保障，不断优化新能源汽车使用环境。

　　2022年宁波舟山港完成货物吞吐量超12.5亿吨，连续14年位居全球第一；完成集装箱吞吐量3335万标准箱，位居全球第三。推进“零排放港口”建设有助于进一步提升港口国际影响力和美誉度，锻造新形势下参与全球竞争合作的“金字招牌”。

　　港区内，完善港口绿色生产政策体系，落实港口节能减排相关法律法规和政策标准，探索出台绿色补贴、税收减免等激励政策。推动港口机械设备能源转换，完善港口LNG加注、船舶岸电使用的标准规范和应用服务体系，推动港口机械设备能源转型，推动航商、码头、拖轮、理货及代理之间费用结算全程电子化。提升港区智慧化水平，打造信息化港口生态环境协同治理平台，推动生态环境保护数据、信息的交互，实现港口环境多方协同监管与治理。

　　港区外，大力培育新兴优势产业集群和迭代提升集疏运效率。围绕港口重点优势产业，建立配套企业名录，引导区域资源向产业链配置，推动区域产业链上下游整合，促进临港产业集聚和专业化程度提升。优化集疏运体系，大力发展海铁联运，减少船舶和集装箱货车等待、运输时间。

　　2023年3月，象山西沪港进行了全国首次蓝碳拍卖。接下去要积极努力放大先发优势，充分发挥8355.8平方公里海域面积优势，为“双碳”提供更大动能。

　　加快建立健全蓝碳资源监测机制。开展蓝碳资源的综合调查与评估，建立基础数据库，查明蓝碳全生命周期和物质循环全过程的价值实现途径，为蓝碳资源的保护和开发提供科学依据。推动蓝碳资源资产化进程，建立统一的蓝碳资产核算、信息发布及共享体系，为蓝碳交易市场发展奠定基础。

　　加大蓝碳基础研究力度，瞄准蓝碳领域关键技术进行攻关突破。以数字化技术为抓手，积极推进海洋监测技术的数字化升级，如引进高分辨率卫星遥感技术，对海洋生态系统进行高精度的监测和预测。加强数字化技术在海洋生态系统保护中的应用，如数字化海洋垃圾识别、智能渔业管理等，为海洋生态保护提供更加精准的数据支持。

　　作者：邓武，宁波诺丁汉大学建筑与建筑环境系主任、副教授；管芮，宁波诺丁汉大学博士研究生；周彤宇，宁波诺丁汉大学助教

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