綠色技術(shù)發(fā)展加快全球邁向碳中和的步伐

唐新華

應(yīng)對(duì)全球氣候變化，減少溫室氣體排放、降低能源消費(fèi)強(qiáng)度、提高可再生能源比重是人類在21世紀(jì)的首要時(shí)代命題。當(dāng)前，綠色技術(shù)正搭上新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的快車深入發(fā)展，推動(dòng)人類社會(huì)邁向綠色低碳發(fā)展的時(shí)代。碳中和（凈零碳排放）的綠色發(fā)展目標(biāo)已成為國(guó)際社會(huì)的強(qiáng)烈共識(shí)。2020年9月，習(xí)近平主席在聯(lián)合國(guó)“氣候雄心峰會(huì)”上宣布，中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，力爭(zhēng)2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

中國(guó)的承諾為國(guó)際減排行動(dòng)注入強(qiáng)大動(dòng)能，全球低碳轉(zhuǎn)型步伐不斷加快。在亞洲，日本已宣布將于2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和，還發(fā)布了“綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略”，韓國(guó)亦宣布將在2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和。在歐洲，歐盟已公布《歐洲氣候法》，以立法形式明確規(guī)定2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和。為此歐盟還發(fā)布2020～2030年綜合能源系統(tǒng)研發(fā)路線圖，提出了未來(lái)十年投入40億歐元推動(dòng)歐洲實(shí)現(xiàn)2050年構(gòu)建深度電氣化、廣泛數(shù)字化、完全碳中和的循環(huán)經(jīng)濟(jì)愿景。英國(guó)也推出綠色工業(yè)革命十點(diǎn)計(jì)劃，以期在2050年之前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。在低碳轉(zhuǎn)型方面，美國(guó)拜登政府也表態(tài)積極，上任第一天就宣布美國(guó)重返《巴黎協(xié)定》，并簽署系列行政令推進(jìn)綠色復(fù)蘇和清潔能源轉(zhuǎn)型。綜合看，世界各國(guó)已為綠色轉(zhuǎn)型注入強(qiáng)大政治動(dòng)力，綠色技術(shù)加速發(fā)展迎來(lái)戰(zhàn)略機(jī)遇期。

風(fēng)能、太陽(yáng)能技術(shù)不斷取得新進(jìn)展

作為應(yīng)對(duì)氣候變化的關(guān)鍵，新能源技術(shù)正醞釀新變革。其中，風(fēng)能、太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用不斷取得新進(jìn)展。風(fēng)能方面，海上風(fēng)電發(fā)展成為新的增長(zhǎng)點(diǎn)。根據(jù)“全球風(fēng)能理事會(huì)”發(fā)布的《2020年全球海上風(fēng)電報(bào)告》，2019年全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)量6.1吉瓦，全球累計(jì)安裝量達(dá)到29.1吉瓦。其中，中國(guó)的新增裝機(jī)量連續(xù)第二年位居全球第一，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2.4吉瓦。據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年，全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量將激增至234吉瓦以上，而中國(guó)也有望超過(guò)英國(guó)成為全世界海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量最大的國(guó)家。

太陽(yáng)能比重快速上升。據(jù)彭博社新能源財(cái)經(jīng)發(fā)布的《2020年電力過(guò)渡趨勢(shì)報(bào)告》，太陽(yáng)能已成為人類第四大電力來(lái)源。截至2019年底，全球太陽(yáng)能裝機(jī)容量已達(dá)651吉瓦，超過(guò)了風(fēng)電裝機(jī)容量（644吉瓦）。太陽(yáng)能也成為僅次于煤炭（2089吉瓦）、天然氣（1812吉瓦）和水電（1160吉瓦）之后全球第四大發(fā)電來(lái)源。同時(shí)，太陽(yáng)能設(shè)備成本的快速下降使得太陽(yáng)能技術(shù)得以廣泛應(yīng)用于家庭、企業(yè)等多種場(chǎng)合。

儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)成為新能源革命的關(guān)鍵。圖為2020年11月29日，河北省唐山市的一家鋰電池工廠正在進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。

中國(guó)的新能源發(fā)展正進(jìn)入快車道。2020年，習(xí)近平主席在聯(lián)合國(guó)“氣候雄心峰會(huì)”上宣布，到2030年中國(guó)的非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。

儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)入重大突破關(guān)鍵期

發(fā)展高效、大容量的儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)成為新能源革命的關(guān)鍵。風(fēng)能和太陽(yáng)能等新能源的波動(dòng)性特征和將這些可再生能源整合到電網(wǎng)中的需求對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)提出了更高的要求。為此，儲(chǔ)能技術(shù)研究正在加大力度攻關(guān)突破，電池回收、電動(dòng)航空、液流電池、薄膜電池以及固態(tài)電池改進(jìn)等正在成為推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的主流技術(shù)。根據(jù)歐洲專利局和國(guó)際能源署聯(lián)合發(fā)布的《全球電池和電力儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新專利分析》報(bào)告，電池和儲(chǔ)能領(lǐng)域的專利申請(qǐng)?jiān)谶^(guò)去十年中大幅增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率為14%，在儲(chǔ)能領(lǐng)域中電池專利占據(jù)了90%的份額。當(dāng)前，創(chuàng)新主要集中在可充電鋰離子電池、電子設(shè)備和電動(dòng)汽車領(lǐng)域。其中，電動(dòng)汽車的發(fā)展推動(dòng)了新型鋰離子電池技術(shù)的創(chuàng)新，致力于不斷提高電池的功率輸出、耐久性、充放電速度和可回收性。

儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展已上升到大國(guó)戰(zhàn)略高度，相關(guān)產(chǎn)業(yè)有望迎來(lái)繁榮時(shí)刻。美能源部近期發(fā)布了儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)路線圖，計(jì)劃到2030年在美國(guó)國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)、制造能滿足美國(guó)市場(chǎng)需求的儲(chǔ)能技術(shù)。美國(guó)眾議院也通過(guò)了《清潔經(jīng)濟(jì)就業(yè)和創(chuàng)新法案》（H.R. 4447），該法案旨在為美能源部提供儲(chǔ)能和微電網(wǎng)升級(jí)改造資金，從而推動(dòng)清潔能源創(chuàng)新、運(yùn)輸部門電氣化、家庭部門效率提高和電網(wǎng)整體現(xiàn)代化。根據(jù)美國(guó)拉克斯研究所發(fā)布的《2019年全球儲(chǔ)能市場(chǎng)》報(bào)告預(yù)測(cè)，到2035年，世界儲(chǔ)能市場(chǎng)的年收入將達(dá)到5460億美元。當(dāng)前儲(chǔ)能的三個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因素為移動(dòng)應(yīng)用、電子設(shè)備和固定式儲(chǔ)能，這三者在未來(lái)15年將達(dá)到每年3046億千瓦時(shí)的裝備容量，其中移動(dòng)應(yīng)用將占據(jù)最大的增長(zhǎng)份額。

碳捕獲、利用和儲(chǔ)存是實(shí)現(xiàn)凈零排放的核心環(huán)節(jié)。圖為沙特阿拉伯國(guó)家石油公司（沙特阿美）的碳捕獲、利用和儲(chǔ)存設(shè)施。

氫能成為綠色技術(shù)中的“黑馬”

氫能已成為很多國(guó)家向零碳能源技術(shù)過(guò)渡的重要方案。由于水含有豐富的氫，可以作為制氫原料，而氫能利用后產(chǎn)物只有水，沒(méi)有二氧化碳，氫和水之間的相互轉(zhuǎn)化可實(shí)現(xiàn)一個(gè)能源循環(huán)的閉環(huán)。但氫能利用主要是通過(guò)燃燒獲取熱能再轉(zhuǎn)換為電能，這種能源轉(zhuǎn)換形式仍是一種化石能源到零碳能源之間的過(guò)渡能源形式。目前，氫能可在交通、發(fā)電和電網(wǎng)平衡、工業(yè)燃料和原料、住宅和商業(yè)建筑燃料等場(chǎng)合發(fā)揮重要作用。美能源部發(fā)布了氫能項(xiàng)目計(jì)劃，為相關(guān)研究活動(dòng)提供了戰(zhàn)略框架。根據(jù)麥肯錫咨詢公司發(fā)布的《美國(guó)氫能源經(jīng)濟(jì)路線圖》，美國(guó)當(dāng)前擁有全球過(guò)半數(shù)的燃料電池汽車，在40個(gè)州擁有超過(guò)8000個(gè)小型燃料電池系統(tǒng)。到2030年，氫能產(chǎn)業(yè)將為美國(guó)創(chuàng)造70萬(wàn)個(gè)工作崗位，并實(shí)現(xiàn)1400億美元的利潤(rùn)，而到2050年將創(chuàng)造340萬(wàn)個(gè)工作崗位，氫能也將滿足美國(guó)14%的能源需求。

在歐洲，氫能更是備受青睞。歐盟委員會(huì)發(fā)布《歐洲氫能戰(zhàn)略》，計(jì)劃未來(lái)十年向氫能產(chǎn)業(yè)投入5750億歐元，該戰(zhàn)略被視為歐洲未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要藍(lán)圖之一，也是歐盟應(yīng)對(duì)新冠疫情沖擊實(shí)施的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃中的重要一環(huán)。在各成員國(guó)層面，德國(guó)內(nèi)閣通過(guò)了《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》，并成立國(guó)家氫能委員會(huì)。意大利制定了《國(guó)家氫能戰(zhàn)略初步指南》，計(jì)劃逐步淘汰煤炭并提高可再生能源比重。到2030年，意大利將累計(jì)向氫能產(chǎn)業(yè)投資約100億歐元，使氫能占意大利能源消費(fèi)的比重達(dá)到2%，到2050年氫能占意大利能源需求的比重將達(dá)到20%。西班牙政府于2020年10月6日批準(zhǔn)了《氫能路線圖：對(duì)可再生氫的承諾》計(jì)劃，力圖使西班牙成為向歐洲其他地區(qū)出口可再生氫的國(guó)家。歐盟之外，英國(guó)也加大對(duì)可再生能源制氫供熱項(xiàng)目的資金支持，包括計(jì)劃在蘇格蘭打造全球首個(gè)“綠氫”供熱項(xiàng)目。

在亞洲，日本政府于2020年8月21日召開(kāi)了關(guān)于減少溫室氣體排放的專家會(huì)議，確認(rèn)在2030年左右建立氫能供應(yīng)網(wǎng)，預(yù)計(jì)日本到2030年每年需采購(gòu)約30萬(wàn)噸氫氣。中國(guó)的氫能應(yīng)用也在不斷增多，例如寶鋼股份近期接收了由蘇州金龍生產(chǎn)的60臺(tái)42噸氫燃料電池半掛重型卡車，這也是全球迄今為止最大一批氫燃料電池重卡交付。

新一代核能技術(shù)正在加速突破

隨著新一代核電技術(shù)的加速突破，核能應(yīng)用有望實(shí)現(xiàn)大幅增加。新核電技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要方向之一是核聚變反應(yīng)可控性程度的提高和核聚變裝置的小型化。要實(shí)現(xiàn)核聚變的“可控”就必須對(duì)反應(yīng)施加約束，目前主流的方案是使用大型托卡馬克裝置或仿星器實(shí)現(xiàn)磁約束聚變。美國(guó)麻省理工學(xué)院已設(shè)計(jì)出新型核聚變反應(yīng)堆SPARC，該反應(yīng)堆將于2025年建成，預(yù)計(jì)將成為第一個(gè)實(shí)現(xiàn)“燃燒等離子體”的設(shè)備。該反應(yīng)堆所有聚變反應(yīng)產(chǎn)生的熱量都可使聚變繼續(xù)進(jìn)行，而無(wú)需注入額外的能量，且該反應(yīng)堆會(huì)釋放出比其消耗更多的能量。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）最近發(fā)現(xiàn)了一種在金屬固體原子之間引發(fā)核聚變的方法，這為聚變反應(yīng)開(kāi)辟了新的途徑，可能成為托卡馬克裝置以及仿星器的替代方案。韓國(guó)也取得新突破，成功將超導(dǎo)核聚變研究裝置KSTAR的超高溫等離子體在1億攝氏度的溫度下保持了20秒。中國(guó)同樣在核聚變研究方面取得巨大進(jìn)展。2018年，中國(guó)的核聚變研究裝置“中型超導(dǎo)托卡馬克”實(shí)現(xiàn)了保持10秒運(yùn)行的世界最高紀(jì)錄。2020年12月，中國(guó)新一代“人造太陽(yáng)”裝置——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M裝置（HL-2M）在成都建成并實(shí)現(xiàn)首次放電。HL-2M是中國(guó)目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進(jìn)托卡馬克裝置，是我國(guó)新一代先進(jìn)磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置，其等離子體體積達(dá)到國(guó)內(nèi)現(xiàn)有裝置兩倍以上，等離子體電流強(qiáng)度達(dá)到2.5兆安培以上，等離子體離子溫度可達(dá)到1.5億攝氏度。HL-2M的建成標(biāo)志著中國(guó)已掌握了大型先進(jìn)托卡馬克裝置的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行技術(shù)，為我國(guó)核聚變堆的自主設(shè)計(jì)與建造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

氫能已成為很多國(guó)家向零碳能源技術(shù)過(guò)渡的重要方案。2020年9月20日，一輛氫能源汽車在中國(guó)（廣州）國(guó)際汽車展覽會(huì)展出。

小型模塊化反應(yīng)堆（小堆）技術(shù)也是當(dāng)下重要的清潔能源技術(shù)之一。同為核裂變反應(yīng)堆，與傳統(tǒng)反應(yīng)堆相比，小堆的能效更高、安全性更好，被國(guó)際能源署確定為后疫情時(shí)代推廣清潔能源的重要技術(shù)途徑之一。隨著小堆等核電技術(shù)加速突破，核電裝機(jī)容量也有望實(shí)現(xiàn)大幅攀升。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)發(fā)布的《展望2050年能源、電力和核電預(yù)測(cè)》報(bào)告稱，截至2019年底，全球在運(yùn)核電機(jī)組443臺(tái)，總裝機(jī)容量392吉瓦，約占全球總發(fā)電量的10%。另有54臺(tái)核電機(jī)組在建，總裝機(jī)容量為57吉瓦。到2050年，全球核電裝機(jī)容量將達(dá)到715吉瓦。美國(guó)正加大力度投入新一代核能技術(shù)研發(fā)。特朗普政府時(shí)期，美國(guó)能源部出臺(tái)了一項(xiàng)關(guān)于恢復(fù)美國(guó)核能領(lǐng)導(dǎo)地位的全面戰(zhàn)略。拜登政府上臺(tái)后，也高度重視核能技術(shù)發(fā)展。在小堆技術(shù)方面，美國(guó)政府和企業(yè)正在加大研發(fā)投入，目前擁有小堆技術(shù)的美國(guó)公司包括NuScale、Oklo、泰拉能源和通用日立公司等。涉及聚變核能和等離子體科學(xué)，美能源部發(fā)布了十年國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃，這是美國(guó)在這方面的首個(gè)長(zhǎng)期戰(zhàn)略路線圖。美國(guó)也高度重視太空核能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。2020年底，美國(guó)發(fā)布了《國(guó)家空間政策》，計(jì)劃在空間項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)和部署核能系統(tǒng)。

據(jù)國(guó)際能源署發(fā)布的《2020年能源技術(shù)展望》，在低碳能源技術(shù)加速部署的情況下，預(yù)計(jì)全球?qū)⒃?050年全面實(shí)現(xiàn)凈零排放（碳中和）。在這一輪能源體系綠色轉(zhuǎn)型和綠色技術(shù)創(chuàng)新的潮流中，中國(guó)作出了令世界矚目的巨大貢獻(xiàn)。習(xí)近平主席提出，中國(guó)將以新發(fā)展理念為引領(lǐng)，在推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展中促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型?！巴苿?dòng)綠色發(fā)展”也成為“十四五規(guī)劃”的重要內(nèi)容之一。中國(guó)已建成全球最大的清潔能源系統(tǒng)，并將進(jìn)一步加大對(duì)新能源技術(shù)、綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)投入。可以預(yù)見(jiàn)，中國(guó)的綠色增長(zhǎng)將成為全球綠色發(fā)展的先導(dǎo)，中國(guó)的綠色發(fā)展理念也將為世界貢獻(xiàn)中國(guó)智慧，中國(guó)的綠色技術(shù)創(chuàng)新則將為全球綠色轉(zhuǎn)型提供強(qiáng)大動(dòng)能。

（作者為中國(guó)現(xiàn)代國(guó)際關(guān)系研究院氣候變化與生態(tài)安全研究中心副主任，科技與網(wǎng)絡(luò)安全研究所副研究員）