白春礼院士：碳中和背景下的能源科技发展态势

   刚刚过去的一年，受俄乌冲突、新冠肺炎疫情、极端天气频发等因素叠加影响，全球能源供需严重失衡，能源价格飙涨。

           以CO2为主的温室气体排放所导致的全球气候变暖，已成为全球性的非传统安全问题，严重威胁人类的生存和可持续发展。2020年9月，习近平主席宣布，中国CO2排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和，不仅彰显了我国作为世界大国的责任担当，也是推动我国能源结构、产业结构、经济结构转型升级的自身发展需要，对我国实现高质量发展，建设人与自然和谐共生的社会主义现代化强国具有重要战略意义。

          现阶段，我国CO2排放80%来自于能源生产和工业利用，可见实现碳中和目标，需要能源变革。党的二十大报告明确指出，“深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加大油气资源勘探开发和增储上产力度，加快规划建设新型能源体系，统筹水电开发和生态保护，积极安全有序发展核电，加强能源产供储销体系建设，确保能源安全。”目前科学界认为能源革命和产业转型的重要方向，一是化石能源清洁低碳利用，二是低碳和可再生能源的规模化应用，三是二氧化碳捕集和利用。

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化石能源清洁低碳利用

         我国总的能源特征是“富煤、贫油、少气”。化石能源的清洁低碳利用，主要是指煤炭和石油的优化利用。

1.1 煤炭的清洁高效利用

         煤炭的清洁高效利用和转化一直是我国重要的能源发展战略。例如，2018年，以中科院的技术为核心，全球单套规模*的煤炭液化装置、年产400万吨煤制油工程成功投产，实现煤炭资源清洁高效转化，拓宽我国油品供给渠道，有助于保障能源供应安全，习近平总书记专门致信祝贺。2021年，国家能源集团宁煤煤制油分公司全年产出油化品超过405万吨，全球单套规模煤制油项目建成投产以来首次达到设计产能。

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低碳和可再生能源的规模化应用

         根据预测，我国到2060年实现碳中和目标时，清洁能源消费量占比要达到80%，低碳清洁能源的规模化应用是实现碳中和目标的关键。

2.1 非化石能源发展迅速

          近年来，我国非化石能源发展迅速，截至2021年底，全国全口径非化石能源发电装机容量达11.2亿千瓦，同比增长13.4%，占总发电装机容量比重约为47%，比上年提高2.3个百分点，历史上首次超过煤电装机比重。2021年，我国风电、太阳能发电和水能利用率分别达到96.9%、98%和97.8%

2.2 储能是可再生能源大规模融合利用的关键

         由于以风电、光伏为代表的可再生能源普遍存在间歇性、波动性、随机性的特点，要实现其大规模融合利用，储能是关键。根据统计，2021年，我国已投运电力储能项目累计装机46.1GW，约占全球市场总规模的22%，同比增长30%，仍有较大发展空间。

         储能技术路径主要分为机械储能、电磁储能、电化学储能和其他储能。机械储能中的抽水蓄能技术成熟，是目前储能市场上应用广、占比高的技术，但其对地理条件依赖度高。

          当前我国储能技术发展仍然面临一些问题和挑战。一方面，我国在储能领域基础性、原创性、突破性创新不足，具有“领跑”意义的先进技术还不多，储能转化的相关机理、技术及系统的研究还不够成熟，尤其是在设计软件、设计标准与理念方面缺少话语权。另一方面，大规模储能技术推广，受电力系统市场机制不完善等方面限制，存在储能市场主体地位不明晰、市场机制不完善导致储能价值收益难以得到合理补偿等问题，现阶段还未建立成熟的竞争性电力市场运行机制，很难合理核定各类电力辅助服务的价格，从而造成储能的价值和收益难以对接。近年来这些方面都已经有所进步和改善，但问题依然突出。

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二氧化碳捕集和利用

         根据预测，到2060年，仍有25～30亿吨CO2总排放量，其中一部分可以由海洋、陆地无机过程和陆地生态系统吸收，另一部分需要通过CCUS（碳捕集-利用-封存）技术进行去除。

         碳捕获、利用与封存（CCUS）技术是应对全球气候变化的关键技术之一，受到世界各国的高度重视。这是国际上第一次不需要依赖植物光合作用，而是采用人工手段，将自然的代谢过程重新拆解、组装，以CO2、水和氢能为原料，生产出了人工的淀粉。

         据媒体报道，中国农科院与首钢朗泽新能源公司合作，全球首次实现从一氧化碳到饲料蛋白质的一步合成，并已形成万吨级工业产能。该项研究以含CO、CO2的工业尾气和氨水为主要原料，制造新型饲料蛋白资源，将无机的氮和碳转化为有机的氮和碳，开辟了一条低成本非传统动植物资源生产优质饲料蛋白质的新途径。

         碳达峰、碳中和目标是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。科技创新，特别是能源的科技创新是同时实现经济社会发展和碳达峰、碳中和的关键。