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高校布局“碳中和”为哪般?
2021-12-13 14:08:00
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高校纷纷布局碳中和领域

  今年7月,教育部制定《高等学校碳中和科技创新行动计划》,推动高校在碳中和领域进行布局,鼓励聚焦重点技术,给予碳中和科研发展方向的全景建议。

  近一年以来,各高校大力布局碳中和领域,相关研究院/研究中心、学院如雨后春笋般纷纷成立。

  截至目前,又有多所高校成立碳中和研究院。

  9月11日-12日,2021年南京工业大学碳中和创新大会召开。会上,南京工业大学碳中和协同创新研究院揭牌。研究院将致力于服务碳达峰、碳中和的国家战略需求,重点在碳分离捕集与催化转化、生物质碳资源开发与循环、新能源与新材料、工业流程再造、低碳水泥与建筑节能等方面形成共性支撑技术。

  9月15日,河南师范大学碳中和研究中心成立。中心将围绕环境经济学与碳排放评估、清洁能源利用与低碳生产、废弃物处理和资源循环利用三个关键领域,系统开展学术研究和科技攻关。

  9月25日,中国石油集团与中国人民大学宣布共建双碳研究院。中国石油集团与中国人民大学努力打造国内一流、国际知名的高端智库和开放平台;以此为基础,推动与中国人民大学在智库建设、人才培养、产业发展、科技创新等领域开展战略合作。

  9月27日,新型工业化进程中的碳中和技术论坛暨贵州理工学院碳中和研究院成立大会成功举办,同时贵州理工学院碳中和研究院成立。

  10月11日,中央民族大学经济学院碳中和高端论坛暨碳中和研究院成立大会在民大举行。标志着学校和学院将进一步聚焦国家重大战略需求,解决民族地区在实现“双碳”目标过程中环境和经济社会可持续发展面临的重大科技问题,为民族地区高质量发展提供重要支撑。

  10月23日,山西省太原师范学院宣布成立碳中和研究院,将重点从气候变化、地质空间与陆地生态系统增汇减排等五个方向,开展基于碳中和基础理论、减排增汇技术、清洁能源、产业结构调整、碳核算、交易和碳金融体系构建、政策法规等综合研究。

  11月28日,东北林业大学正式成立碳中和技术创新研究院。聚焦东北亚(寒区),开展森林、湿地、冻土、土壤等碳增汇、保汇和生态系统重大基础理论与战略研究,开展生态碳利用前沿技术创新与成果转化,建立东北亚生态系统碳汇话语权体系,服务龙江绿色发展和国家战略。

年度热词“碳中和”“碳达峰”

  今年两会,双碳目标被写进政府工作报告,掀起热议,同时双碳目标也成为十四五期间最为重要的命题。

  在近一年的时间里,“碳中和”“碳达峰”也成为科普刷屏热词。

  九月以来,市场讨论最多的,是“能耗双控”;企业和居民关心的热点,则是“是否限电”。

  自8月下旬至今,已有20个省、自治区启动了不同程度的限电、限产举措。

  各地限电多少都离不开双碳目标,对于两高产业(高污染高耗能产业)来说,转型清洁能源生产更是迫在眉睫,否则将面临关停。

  8月,国家发改委印发《2021年上半年各地区能耗双控目标完成情况晴雨表》,能耗强度双控进程顺利的省市占比不足一半。

  9月,国家发改委网站发布《完善能源消费强度和总量双控制度方案》,明确了能耗双控制度的总体安排、工作原则和任务举措,绘制了能耗双控制度发展“路线图”, 特别强调要严格审批高能耗高排放规模化大项目。

  诸多企业因为“能耗双控”而停产,多地拉闸限电,居民用电受到影响。

  实质上,碳排放额度根据我国目前的双碳目标,国家依据预计的碳排放变化曲线,科学合理地制定出了年度配额。

  因为给各地的能耗双控目标额度上半年被用的多了,下半年的额度不够了,才只能出此下策,拉闸限电。

  今年,“碳市场”“碳交易”“能耗双控”,这些伴随着双碳目标而生的热词,接连成为公众关注的焦点话题。

极具挑战的1.5°控温目标

  第一次工业革命,煤、石油、天然气等化石能源的发现和利用极大提高了劳动生产率,也带来了严重的气候问题、环境问题。

  200多年来,化石能源燃烧产生的二氧化碳累计达2.2万亿吨,大气中二氧化碳浓度持续上升。2021年4月大气中的二氧化碳体积分数已达到419×10?6 , 全球地表平均温度已升高 1.1℃。

图片来源《碳中和愿景下的能源变革》

  2018 年联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布《全球升温 1.5℃ 特别报告》,报告指出全球气温升高的事实,以及气温升高给人类造成的影响远远高于早期预测,2℃ 温升给世界造成的影响将难以承受,人类必须把温升控制在 1.5℃。

  以二氧化碳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,严重威胁着人类的生存和可持续发展。

  2020年9月22日,国家主席习近平在第75届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话,提出了我国二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。

  中国是世界最大的能源消费国和二氧化碳排放国。2020年,我国能源消费总量为49.8亿吨标准煤,能源相关的二氧化碳排放量约99亿吨,占全球总排放量的30.9%。

图片来源《碳中和目标下我国能源发展战略探讨》

  我国历史人均累计碳排放量约为164吨二氧化碳/人,低于世界平均水平的214吨二氧化碳/人,美国的1232吨二氧化碳/人、英国的925吨二氧化碳/人、法国的521吨二氧化碳/人。

  但由于这些国家和地区,碳排放峰值在此前早已到来,欧盟主要国家已于20 世纪 90 年代之前实现碳达峰,美国也于 2007 年实现碳达峰。欧盟主要国家提出 2050 年实现碳中和,从实现碳达峰到碳中和有 60 年以上时间。

  欧洲多数国家,美国、和日本已完成工业化阶段,高能耗产业已退出或转移,而现阶段我国仍处于工业化、城镇化进程中,一次能源消费和碳排放都处于增长趋势。

图片来源《碳中和目标下我国能源发展战略探讨》

  尽管我国二氧化碳排放量已处于平台区,但峰值还未到来。

  《巴黎协定》的1.5°控温目标,极具挑战。实现碳达峰( 2030 年)到碳中和( 2060 年)的目标,时间只有欧盟主要国家的一半不到。

图片来源《碳中和愿景下的能源变革》

  2020 年我国能源消费总量世界第一,占比超过全球总量的 1/4, 二氧化碳排放占全球总量的 1/3。仍以化石能源消费为主, 2020 年占比超过 84%;我国能源消费仍有一半以上的来源是煤炭,远高于全球能源消费结构中的煤炭占比。

  2020 年全国总发电量中 68% 来自于火电。发电与热力(占比 51%)和工业(占比 28%)是我国来源最大的 2 个碳排放行业。

  将占比达 84% 的化石能源转变成净零碳排放能源体系,转变能源结构、产业结构、经济结构,进行能源革命,在能源供给、能源消费、能源技术和能源体制等方面实现新突破和新跨越,推进面向碳达峰、 碳中和的经济社会系统性变革,需要高校和科研院所技术加持。

能源变革的技术难点

  未来能源变革将呈现“五化” :从能源供给侧看,是电力零碳化、燃料零碳化;从能源需求侧看,能源利用高效化、再电气化、智慧化。

  最终使我国建成以新能源为主体,“化石能源+二氧化碳捕集利用与封存( CCUS)”和核能为保障的未来清洁零碳、安全高效能源体系。

  目前全球高达 41% 的碳排放来自于电力行业,我国更是高达 51% 碳排放来自于发电和热力,电力脱碳与零碳化是实现碳中和目标的关键。而电力脱碳与零碳化,核心是构建以新能源为主体的新型电力系统。

  CCUS 是目前实现大规模化石能源零碳排放利用的关键技术,化石能源发电可通过CCUS实现净零碳排放。

  结合 CCUS 的火电将平衡可再生能源发电的波动性,提供保障性电力和电网灵活性。“新能源发电+储能”与“火电+CCUS”将是不可或缺的技术组合。

  燃料零碳化是以太阳能、风能等可再生能源为主要能量制取可再生燃料,包括氢、氨和合成燃料等。

  同时,双碳目标的实现还需要是通过互联网、物联网、人工智能、大数据、云技术等信息与控制技术,将人、能源设备及系统、能源服务互联互通,使电源、电网、负荷和能源存储深度协同,实现能源流与信息流的高度融合。

  这些技术的实现都需要相关科研院所进一步攻关。

  随着众多知名高校在碳中和领域布局,组建碳中和研究院与相关技术创新团队,未来可与产业深度结合,服务社会经济发展转型。

  参考资料:

  苏 健、梁英波、丁 麟、张国生、刘 合《碳中和目标下我国能源发展战略探讨》中国石油大学(华东) 经济管理学院 青岛 266580;中国石油勘探开发研究院 北京 100083

  黄 震、谢晓敏《碳中和愿景下的能源变革》上海交通大学 碳中和发展研究院 上海 200240

  中国科学院院刊《趋势观察:国际碳中和行动关键技术前沿热点与发展趋势》,由中国科学院武汉文献情报中心战略情报中心先进能源科技战略情报研究团队、中国科学院文献情报中心情报研究部生态文明研究团队、中国科学院西北生态环境资源研究院文献情报中心资源生态环境战略情报研究团队、中国科学院成都文献情报中心战略情报部生物与信息情报研究团队联合撰稿。执笔人包括:郭楷模、孙玉玲、裴惠娟、陈伟、滕飞、秦阿宁、李娜娜、曲建升。

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