导图社区 碳达峰碳中和发展路径-丁仲礼
深入理解碳中和的基本逻辑和技术需求；碳中和的路线图规划；碳中和对我国的挑战和机遇。希望本思维导图对你有所帮助！
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第14章DNA的生物合成读书笔记
碳达峰、碳中和
电力供应端的技术需求
发电
发展要求
发电装置24亿千瓦； 2060年50-60亿千瓦
未来电力的70%左右来自风、光发电
其他30%的稳定电源、调节电源和应急电源也要尽可能地减少火电的装机总量
技术发展
火电
“稳定电源”“应急电源”“调节电源”
灵活性改造，用电高峰时机组可以发挥100%发电能力，用电低谷时只“出工”20%或30%
核电
稳定电源的重要组成部分
核电还得较大程度地发展
水电
开发程度已经较高
雅鲁藏布江、金沙江上游有较大潜力
光伏
平价上网
降成本、增效率
光热
对电网友好，既可保证稳定输出，也可用于调峰
目前发电成本过高
未来应在材料、装置上寻求突破
风力发电
大功率风机制造
更高空间风力的利用
更远的海上风电站建设
地热能
分布广、总量大，但能量密度太低
干热岩中提取热能
生物质能
技术成熟
占比较为有限
海洋能和潮汐能
总量不小
利用技术有待进步
储能
物理储能
抽水蓄能电站
东部山地
西部还需探索
压缩空气储能
利用地下盐穴、矿井
起步阶段
重力储能
利用悬崖、斜坡
试验阶段
飞轮储能
成熟技术，能量密度不高
化学储能
锂电池、钠电池、铅酸（碳）电池、液流电池、液态金属电池、金属空气电池、燃料电池（氢、甲烷）
具有不可或缺的地位，但今后会遇到电池回收、环保处理、资源供应等问题
电磁储能
超级电容器和超导材料储能
作用还有待观察
电动汽车储能
商业模式创新
储热
水、油、陶瓷、熔盐
储燃料
氢气、甲烷
输电
远距离的输电规模将在现有的基础上增加数倍
分布式微电网建设将受到重视
电网的智能化控制技术上实现质的飞跃； 解决波动性强的可再生能源占比高、电力电子装置比例高的特点
能源消费端的技术需求
替代
绿电、绿氢、地热等非碳能源替代传统的煤、油、气
从理论上讲是不难做到
增加成本
重建
一系列工艺过程需要重新建立
绝不简单
需要时间
建筑
建筑本身作出节能化改造
城市的建筑用能，包括取暖/制冷和家庭炊事等，均应以绿电和地热为主；
农村的家庭用能，则可采用屋顶光伏+浅层地热+生活沼气+太阳能集热器+外来绿电的综合互补方式
交通
私家车以纯电动车为主
重卡、长途客运可以氢燃料电池为主
铁路运输电气化改造，特殊地形和路段可采用氢燃料电池，同时发展磁悬浮高速列车
船舶运输行业中的内河航运可用蓄电池，远航宜用氢燃料电池或液化天然气
航空可用生物航空煤油
钢铁
钢铁行业碳排放主要来自炼焦和焦炭炼铁
第一阶段是对炼焦炉、高炉等的余热、余能作充分利用，同时用钢化联产的方式把炼钢高炉中的副产品充分利用起来
第二阶段是逐步用新的低碳化工艺取代传统工艺，研发和完善富氧高炉炼钢工艺，炼钢过程中以绿氢作还原剂取代焦炭，对废钢重炼用短流程清洁炼钢技术
建材
水泥、陶瓷、玻璃的生产，其中80%来自水泥
一是用电石渣、粉煤灰、钢渣、硅钙渣、各类矿渣代替石灰石作为煅烧水泥的原料，从原料利用上减少碳排放的可能性；
二是煅烧水泥时，尽可能用绿电、绿氢、生物质替代煤炭；
三是用绿电作能源生产陶瓷和玻璃。
化工
排放
一是生产过程用煤、天然气作能源
二是用煤、油、气作原材料生产化工产品时的“减碳”，比如用煤生产乙烯，需要加氢减碳，其中加的氢如果不是绿氢，就会有碳排放，减的碳一般会作为二氧化碳排放到大气中。
减排
蒸馏、焙烧等工艺过程用绿电、绿氢
对余热、余能作充分的利用
适当控制煤化工规模，条件许可时尽量用天然气作原料
对二氧化碳作捕集—利用处理
冶金
有色工业中的碳排放主要来自选矿、冶炼两个过程，在整个冶金行业排放中，铝工业排放占比在80%以上，因为电解铝工艺用碳素作阳极，碳素在电解过程中会被氧化成二氧化碳排放。
一是在选矿、冶炼过程中尽可能用绿电；二是研发绿色材料取代电解槽中的碳素阳极；三是对电解槽本身作出节能化改造；四是对铝废金属作回收再生利用。
其他工业
食品加工业、造纸业、纤维制造业、纺织行业、医药行业等也有一定量的碳排放，其排放来源主要有两个方面，一是生产加工过程中用的煤、油、气，二是其废弃物产生的排放。
这些行业的低碳化改造主要在于用绿电替代化石能源，同时做好废弃物的回收再利用。
服务业
节能
电能替代
农业
碳排放主要来自农业机械的使用，与此同时，农业中的畜牧养殖业以及种植业是甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）的主要排放源
一是农业机械用绿电、绿氢替代柴油作动力；二是从田间管理的角度，挖掘能减少甲烷和氧化亚氮排放但不影响作物产量的技术；三是研发出减少畜牧业碳排放的技术；四是尽可能增加农业土壤的碳含量
固碳端的技术需求
自然固定：54%
陆地生态系统31%
森林生态系统
保育
扩大面积
山地森林
近海滩涂
城乡绿化
海洋生态系统23%
人为固定
二氧化碳封存到地下深处和海洋深处
通过生物或化学过程，把它转化成其他化学品
CCUS
捕集技术
一是化学吸收法，它用化学吸收剂同烟道气中的二氧化碳生成盐类，再加热或减压将二氧化碳释放并收集。
二是吸附法
化学吸附法是用吸附材料同二氧化碳分子先作化学键合，再改变条件把二氧化碳分子解吸附并收集；
物理吸附法是利用活性炭、天然沸石、分子筛、硅胶等对烟道气中的二氧化碳作选择性吸附后再解吸附回收。
三是膜分离法，即利用膜对气体分子透过率的不同，达到分离、收集二氧化碳之目的。在具体操作上，碳捕集还可分为燃烧前捕集、燃烧后捕集、化学链燃烧捕集、生物质能碳捕集、从空气中直接捕集等技术。
捕集后的工业化利用技术
生物利用
一是利用二氧化碳在反应器中生产微藻，这些微藻再用作生产燃料、肥料、饲料、化学品的原料。二是将捕集到的二氧化碳注入温室中，用以增加温室中作物的光合作用，这个过程又可称为二氧化碳施肥。三是把二氧化碳同微生物发酵过程相结合，生成有机酸。四是把二氧化碳用于合成人工淀粉。
化工利用
一大类是把二氧化碳中的四价态碳还原后加甲烷、氢气等气体，再整合成甲醇、烯烃、成品油等产品。另一大类为非还原技术，有二氧化碳加氨气后制成尿素、加苯酚后合成水杨酸、加甲醇后合成有机酸酯等技术，也有合成可降解聚合物材料、各类聚酯材料等技术。
地质利用
利用收集起来的二氧化碳驱油、驱煤层气、驱天然气、驱页岩气等，这属于油气开采领域的应用，二氧化碳则滞留在孔隙、裂隙中得以长期封存。国内外已有工业应用示范
开采干热岩中的地热;用二氧化碳作为工作介质，既起到开采干热岩热量的作用，又可把部分二氧化碳封存于地下。
封存技术
地质封存技术则是把二氧化碳收集后直接通过钻孔注入地下深处或灌入深部海水中。
深海对二氧化碳的溶解保存能力是巨大的。
碳中和的路线图规划
数据测算100亿吨减到25亿吨
排放量=海洋吸收量+生态系统固碳量+人为固碳量+其他地表过程固碳量
2060年排放25亿吨
海洋吸收5.75亿吨
继续保持比例不变，海洋吸收23%
生态系统固碳14亿吨
2010—2020年间我国陆地生态系统每年的固碳量为10亿—13亿吨二氧化碳
预测2060年我国陆地生态系统固碳能力为10.72亿吨二氧化碳/年
如果增强生态系统管理，还可新增固碳量2.46亿吨二氧化碳/年，即2060年我国陆地生态系统固碳潜力总量为13.18亿吨二氧化碳/年。
此外，我国近海的生态系统固碳工程还没启动，这块儿也应该有较大潜力。
封存利用4亿吨
第一阶段控碳
争取到2030年把碳排放总量控制在100亿吨之内，即“十四五”期间可比目前增一点，“十五五”期间再减回来。
在这第一个十年中，交通部门争取大幅度增加电动汽车和氢能运输占比，建筑部门的低碳化改造争取完成半数左右，工业部门利用煤+氢+电取代煤炭的工艺过程大部分完成研发和示范。这十年间电力需求的增长应尽量少用火电满足，而应以风、光为主，内陆核电完成应用示范，制氢和用氢的体系完成示范并有所推广。
第二步减碳阶段
争取到2040年把二氧化碳排放总量控制在85亿吨之内
在这个阶段，争取基本完成交通部门和建筑部门的低碳化改造，工业部门全面推广用煤/石油/天然气+氢+电取代煤炭的工艺过程，并在技术成熟领域推广无碳新工艺。这十年火电装机总量争取淘汰15%落后产能，用风、光资源制氢和用氢的体系完备及大幅度扩大产能
第三步低碳阶段
争取到2050年把二氧化碳排放总量控制在60亿吨之内。
在此阶段，建筑部门和交通部门达到近无碳化，工业部门的低碳化改造基本完成。这十年火电装机总量再削减25%，风、光发电及制氢作为能源主力，经济适用的储能技术基本成熟。据估计，我国对核废料的再生资源化利用技术在这个阶段将基本成熟，核电上网电价将有所下降，故用核电代替火电作为“稳定电源”的条件将基本具备。
第四步为“中和阶段”
力争到2060年把二氧化碳排放总量控制在25亿—30亿吨。
火电装机只占目前总量的30%左右，并且一部分火电用天然气替代煤炭，火电排放二氧化碳力争控制在每年10亿吨，火电只作为应急电力和一部分地区的“基础负荷”，电力供应主力为光、风、核、水。除交通和建筑部门外，工业部门也全面实现低碳化。
尚有15亿吨的二氧化碳排放空间主要分配给水泥生产、化工、某些原材料生产和工业过程、边远地区的生活用能等“不得不排放”领域。
其余5亿吨二氧化碳排放空间机动分配。
碳中和对我国的挑战和机遇
从1900年到2020年间，不同国家的累计二氧化碳排放量（以亿吨二氧化碳为单位），美国为4047，欧盟27国为2751，中国为2307，俄罗斯为1152，日本为655，英国为618，印度为545，墨西哥为201，巴西为156。
1900年到2020年间的人均累计排放，这套数据以国家为单位，把每年的全国排放除以人口，获得逐年人均排放，再把这120年来的人均排放加和即可得出（数据以吨二氧化碳为单位），具体为：美国2025，加拿大1522，英国1209，俄罗斯848，欧盟27国713，日本575，墨西哥295，中国190，巴西107，印度58，全球人均累计为375，中国迄今为止只有全球人均的一半，不到美国的十分之一。
目前以国家为单位的排放量（以亿吨二氧化碳为单位），具体是：中国100，美国52，欧盟27国30，印度25，俄罗斯16，日本11。
（2016年到2020年人均排放，以吨二氧化碳为单位），具体是：美国15.9，加拿大15.3，俄罗斯11.4，日本9，中国7.2，欧盟27国6.6，巴西2.3，印度1.9。
国家间通过进出口而产生的“碳排放转移”。2018年到2019年间的数据如下（单位为吨二氧化碳）：美国15.4，德国7.6，加拿大7.5，日本7.4，俄罗斯7.0，英国5.7，法国4.4，中国2.7，巴西1.5，印度1.1。
中国改造
第一端是电力端
即电力/热力供应端的以煤为主应该改造发展为以风、光、水、核、地热等可再生能源和非碳能源为主。
第二端是能源消费端
即建材、钢铁、化工、有色等原材料生产过程中的用能以绿电、绿氢等替代煤、油、气，水泥生产过程把石灰石作为原料的使用量降到最低
交通用能、建筑用能以绿电、绿氢、地热等替代煤、油、气
第三端是固碳端
生态建设
碳捕集之后的工业化利用
以及封存到地层和深海中
中国排放
能源消费总量约为50亿吨标准煤
其中煤炭、石油和天然气三者合起来占比接近85%
煤炭占比接近70%
其他非碳能源的占比只有15%多一点
总排放量100亿吨左右排放，全球的1/4
发电和供热约占45亿吨
电力消费领域
约29亿吨最终也应记入工业领域排放
约12.6亿吨应记入建筑物建成后的运行排放
工业排放约占39亿吨包含四大领域 总计68亿吨
而建材排放的大头是水泥生产（水泥以石灰石（CaCO3）为原料，煅烧成氧化钙（CaO）后，势必形成二氧化碳排放
有色
建筑物建成后的运行（主要是用煤和用气）约占5亿吨 总计17.5吨
交通排放约占10亿吨
全球排放
最近几年全球排放数据400亿吨
其中的86%来自化石燃料燃烧
14%由土地利用变化造成
这400亿吨二氧化碳中的184亿吨（46%）加入到大气中， 导致大约2ppmv的大气二氧化碳浓度增加。
概念
碳排放（碳源）
一是化石燃料的燃烧形成二氧化碳（CO2）向大气圈释放
二是土地利用变化（最典型者是森林砍伐后土壤中的碳被氧化成二氧化碳释放到大气中）
自然界也有多种过程可向大气中释放二氧化碳，比如火山喷发、煤炭的地下自燃等
碳固定（碳汇）
大气46%
