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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

邹才能院士团队提出“碳工业体系”概念

2022-11-24

  以 CO2 捕集、利用与封存/CO2 捕集与封存(CCUS/CCS)为核心的碳工业,正成为碳中和目标下的新兴战略产业。我国的碳工业发展面临 CO2 排放量偏大、煤炭占比偏高和完整工业格局未建立等挑战。为了给碳工业相关产业加快发展和能源公司加速转型提供理论支持,并为实现“碳中和”提供科学依据和参考,邹才能院士团队提出了“碳工业体系”概念,分析了 CO2 产业链中捕集、应用、封存、金融市场等重点环节的关键技术进展,展望了碳产业的发展与未来。相关研究成果11月23日发表于《石油勘探与开发》。

  

  研究将碳工业体系定义为是以实现人类社会可持续发展为核心目标,从全球碳循环的角度系统研究地球系统内碳的产生、演化和消亡体系,业务范围涵盖碳产生、碳捕集、碳运输、碳利用、碳封存、碳产品和碳金融等全碳产业,是保障绿色地球、构建人类命运共同体的关键产业和新兴产业之一。

  

  碳工业体系内涵包括 4 个方面:①化石能源清洁利用、清洁用能替代、资源回收利用、节能提效等碳减排技术;②利用风能、太阳能、海洋能、地热能等可再生能源,以及氢能、智慧能源、核能与可控核聚变等零碳技术;③CO2 捕集、利用、封存、转化及林业、海洋、土壤碳汇等负碳技术;④碳税制度、碳交易制度、复合碳排放权交易体系、碳经济与碳产业政策、碳财政补贴等。碳工业体系的核心目标是实现碳中和,关键是降低或者移除 CO2 排放。

  

  根据碳在地球系统中的赋存方式,研究将地球系统中的“碳”分为 3 类,即黑碳、灰碳和蓝碳。其中,黑碳是指未被封存或利用,并长期留存在大气圈中的CO2;灰碳是指被固定或永久封存在地质体中的 CO2;蓝碳是指通过生物、物理、化学等作用可转化为人类利用产品的 CO2

  

  3种碳概念的提出,为碳工业体系技术发展指明了方向,即在碳工业体系中,最大限度移除黑碳影响、最大限度提高灰碳封存规模、最大限度发展蓝碳经济,成为碳工业体系绿色可持续发展的关键。从黑碳到灰碳再到蓝碳,实现了碳资源的“变废为宝”与循环利用。特别是“蓝碳”概念的提出,不仅仅考虑了碳的类型,更从经济和环保的角度对碳工业体系内“碳”循环路径的设计提供了科学依据。

  

  碳工业体系是彻底消除“黑碳”影响、做大“灰碳”封存、做优“蓝碳”利用的系统性、革命性、颠覆性全新工业体系。3 种类型的碳在碳工业体系内可相互转化,通过碳捕集技术,可将黑碳捕集,封存到地质体中形成灰碳,转化为产品后形成蓝碳;蓝碳被人类社会利用后,可形成以游离态赋存于大气圈中的黑碳,也可经捕集封存后转变为灰碳。


碳工业体系覆盖碳产生、碳捕集、碳运输、碳利用、碳封存、碳产品、碳金融等业务,是彻底消除“黑碳”的革命性领域。研发以碳减排、零碳、负碳及碳经济为内涵的碳工业技术体系,构建以 CCUS/CCS 为基础的低成本、高能效的碳工业体系,是世界各国实现碳中和目标和能源清洁利用的战略举措,利于推动 4 个“80%”的中国能源供应格局转变,即由 2021 年含碳化石能源消费占比 80%以上、能源 CO2 排放 80%以上,转变为 2060 年非碳新能源占比 80%以上、CO2 排放减少 80%以上,保障实现 80×108t 碳减排总量与碳中和战略目标。

  

  在系统阐述碳捕集、碳利用、碳封存、碳金融关键技术研究进展基础上,基于中国碳工业发展面临的挑战,研究针对性地提出了如下应对举措:

  

  (1)坚定不移开展碳工业体系建设,保障 2060 年前如期实现碳中和

  

  碳工业的建立与发展实现碳中和的关键,是保护地球生态系统、维护人类绿色健康发展的重要保障,是中华民族伟大复兴与构建人类命运共同体的必由之路。开展碳工业体系建设,必须综合考虑地球系统内碳的产生、演化和消亡体系,重点开展碳捕集、碳利用、碳封存及碳交易体系建设,尤以碳交易市场建设为重。下步工作应加强 3 方面研究:①建立科学合理的全球碳排放权分配、交易、监管与标准体系,实现全球范围内发达国家与发展中国家碳排放权的合理分配;②建立全球碳数据库,实现国家级、大洋级、大洲级碳数据的实时获取与更新,为全球碳工业体系提供科学依据;③加强顶层设计,建立碳工业体系国家发展路线,明确碳工业与能源、建筑、金融等工业关系。

  

  (2)大力发展新能源,推动中国能源生产与消费结构实现革命性转换

  

  建立与发展碳工业体系,需从根本上改变中国能源生产与消费格局。2021 年中国能源消费格局呈现以化石能源为主“一大三小”的特征,煤炭在一次性能源消费结构中占比 54.7%,石油、天然气和新能源占比分别为 19.4%、8.6%和 17.3%;预计到 2060年,中国能源消费格局将转变为以新能为主的“三小一大”,即煤炭、石油和天然气在一次性能源消费结构中占比分别为 5.0%、5.6%和 9.4%,新能源占比达 80%,占据主导地位。因此,必须加大新能源扶持力度,通过技术创新、加大投资及不断优化产业布局的,助力新能源时代提速加快到来。

  

  (3)加快建立全产业的碳工业科技创新体系

  

  科技创新是赢得未来的关键,可为构建新发展格局、推动高质量发展提供有利支撑。为加快碳工业的发展,科技创新体系应重点加强 3 方面工作:


一是加强顶层设计,制定国家级发展规划,合理优化产业布局。紧密围绕力争“2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和”的国家战略,从中国实际国情出发,在国家层面开展碳工业发展规划战略设计,合理布局与碳相关的产业体系,建立从碳的产生、捕集、运输、利用、封存与交易的全产业链。


二是加大科技投入,制定适用性扶持政策,推动理论技术创新。系统梳理制约碳工业体系健康发展的关键科学问题与瓶颈生产难题,设立国家级、省部级、公司级重大科技项目,集中优势力量重点攻关;建立碳工业理论技术体系,助力产业的快速发展。


三是加强“碳中和学”学科建设,构建标准体系,培养碳工业专业人才。建设碳工业学,发展完善学科理论体系;围绕碳工业的核心环节,积极研究并制订国际与国家标准,推动中国成为碳工业标准化的制订者、推动者与引领者;在科研院所与高等院校开设碳工业学相关课程,培养专业化人才,保障碳工业体系的人才基础。


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碳工业体系构成框图


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全球碳市场发展标志性事件


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