實(shí)現(xiàn)2050年零碳排放，需要哪些技術(shù)？

曹欣

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，是中國(guó)對(duì)世界的莊嚴(yán)承諾，也是中國(guó)貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)將用30年左右時(shí)間完成全球最高碳排放強(qiáng)度降幅，用全球歷史上最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)從碳達(dá)峰到碳中和。

習(xí)近平總書記指出，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，不是別人讓我們做，而是我們自己必須要做。中國(guó)說(shuō)到做到，堅(jiān)定不移推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，既是對(duì)世界負(fù)責(zé)，也是對(duì)子孫后代負(fù)責(zé)。

腳下的熱能

談到可再生能源，大多數(shù)人會(huì)想到風(fēng)能和太陽(yáng)能。但還有另一種用于供暖和制冷的可再生能源技術(shù)并不總是得到應(yīng)有的重視：地源熱泵。地源熱泵系統(tǒng)冬季從地下提取熱量，夏季把建筑的熱量又存入地下，從而解決冬夏兩季采暖和空調(diào)的冷熱源，其效率是化石燃料系統(tǒng)的4～5倍。地?zé)崮茉磁c風(fēng)能和太陽(yáng)能不一樣，地?zé)釤岜每梢耘渲梦锫?lián)網(wǎng)，連接街道上的建筑物，按需儲(chǔ)存能源。

一戶人家正在安裝地?zé)釤岜?，管道循環(huán)解決方案將利用地下溫度

地源熱泵系統(tǒng)是一種先進(jìn)的高效節(jié)能、無(wú)任何污染的采暖空調(diào)方式，即便在建筑用能領(lǐng)域，也是作為環(huán)保和節(jié)能首推的新技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目。當(dāng)下地源熱泵采暖空調(diào)技術(shù)被列為建筑節(jié)能新技術(shù)成果大力推廣，對(duì)保護(hù)環(huán)境、提高環(huán)境質(zhì)量、進(jìn)一步推動(dòng)和落實(shí)藍(lán)天工程起到了很好的積極效果。

地源熱泵采暖空調(diào)系統(tǒng)冬季通過(guò)土壤換熱器，從地下垂直埋管環(huán)路中吸收熱能，再借助壓縮機(jī)系統(tǒng)將能量提升，產(chǎn)生 45～50 ℃的熱水，并且可以提供生活熱水。同樣在夏季，熱泵將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝熱釋放到地下，制取7 ℃左右的冷水供應(yīng)室內(nèi)。

地?zé)峒由衔锫?lián)網(wǎng)科技后，消費(fèi)者可以在手機(jī)微信小程序上查看他們關(guān)心的設(shè)備信息，如溫度、水量等，并且根據(jù)實(shí)際需要可以實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)。為廣大消費(fèi)者提供更加完美的服務(wù)。以前消費(fèi)者擔(dān)心溢水，缺水，水溫過(guò)高或過(guò)低，而且無(wú)法做到隨時(shí)知道，現(xiàn)在通過(guò)手機(jī)的APP就可以看到實(shí)時(shí)水量了，出現(xiàn)溢水缺水水溫異常設(shè)備主動(dòng)短信通知告警。用戶獲得信息后可以即刻處理，保證需要熱水的時(shí)間能及時(shí)滿足。

據(jù)一項(xiàng)可行性研究估計(jì)，到 2050 年，從天然氣轉(zhuǎn)換為物聯(lián)網(wǎng)熱泵可以為社區(qū)供暖、制冷和生活熱水產(chǎn)生的溫室氣體排放量減少 90% 以上。為了實(shí)現(xiàn)這一驚人的結(jié)果，政策和規(guī)劃方面的突破將是關(guān)鍵。

空調(diào)的革新

大多數(shù)人認(rèn)為住宅空調(diào)只是一種家用電器。實(shí)際上，在發(fā)展中國(guó)家，舊式空調(diào)較多，節(jié)能問(wèn)題不容樂(lè)觀。如果不加以控制，到 2050 年，僅室內(nèi)空調(diào)一項(xiàng)就可能在全球增加約132吉噸（Gt，1吉噸=10億噸）的累積二氧化碳當(dāng)量排放量。

好的消息是，正在開發(fā)的新型高效空調(diào)裝置可以成為緩解和適應(yīng)氣候變暖的工具，同時(shí)讓人們獲得更好的生活質(zhì)量。RMI（落基山研究所）近年就發(fā)起過(guò)一場(chǎng)全球制冷獎(jiǎng)（Global Cooling Prize）國(guó)際大賽，旨在找到一種比標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)空調(diào)機(jī)組至少減少五倍的住宅制冷技術(shù)，獎(jiǎng)金達(dá)300萬(wàn)美元。

最后的作品設(shè)計(jì)來(lái)自日本制造商大金工業(yè)和日建設(shè)計(jì)、中國(guó)格力電器和清華大學(xué)。將混合蒸汽壓縮系統(tǒng)與更環(huán)保的制冷劑相結(jié)合，能創(chuàng)造出高效的室內(nèi)空調(diào)，與當(dāng)今市場(chǎng)上的熱門型號(hào)相比，新技術(shù)對(duì)氣候的影響降低了80%。如果新的空調(diào)能擴(kuò)大規(guī)模實(shí)現(xiàn)商用普及，有可能在 2100 年之前將升溫幅度降低 0.5攝氏度。

核電的飛躍

歷經(jīng)9年建設(shè)，全球首座第四代核電技術(shù)加持的石島灣核電站成功啟動(dòng)，中國(guó)核能技術(shù)“換道超車”加速前進(jìn)，中國(guó)東部石島灣反應(yīng)堆機(jī)組于2021年12月投入使用。這個(gè)小型、創(chuàng)新的200兆瓦反應(yīng)堆除了產(chǎn)生清潔電力之外，還產(chǎn)生高溫?zé)崃?，可幫助能源密集型行業(yè)脫碳。

如今，大多數(shù)傳統(tǒng)反應(yīng)堆產(chǎn)生的出口蒸汽溫度高達(dá)300攝氏度，可為海水淡化和氫電解等工業(yè)過(guò)程提供動(dòng)力，在這些過(guò)程中，水被分解為氫氣和氧氣。石島灣反應(yīng)堆——使用涂有石墨的球形燃料卵石作為能源，加壓氦氣作為冷卻劑——在溫度約為560攝氏度時(shí)產(chǎn)生蒸汽，這為更多的工藝制造提供了動(dòng)力，例如塑料生產(chǎn)等。通過(guò)高溫水分解高效制氫，這種技術(shù)甚至可以促進(jìn)用核反應(yīng)堆替代燃煤發(fā)電機(jī)組，從而更廣泛地再利用現(xiàn)有的發(fā)電廠蒸汽基礎(chǔ)設(shè)施。

鑒于中國(guó)的重煤電網(wǎng)，該反應(yīng)堆的成功部署，對(duì)世界上排放量最高的國(guó)家及其他地區(qū)的氣候產(chǎn)生重大影響。這代反應(yīng)堆更小，容易建造，更能適應(yīng)不同的能源需求，并在提高安全性方面樹立了新標(biāo)準(zhǔn)，部分原因在于其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和高度耐熱的燃料。

中國(guó)最近在海外建設(shè)核項(xiàng)目方面取得的顯著成功，意味著該技術(shù)在全球范圍內(nèi)的傳播速度可能比許多人預(yù)期的要快。

凈化空氣

如果我們想實(shí)現(xiàn)凈零排放，從大氣中去除二氧化碳，將二氧化碳降低到工業(yè)革命之前的水平，需要什么技術(shù)？

有幾種去除碳的方法，例如種植更多的樹木、隔離土壤中的碳以及用機(jī)器直接從大氣中捕獲二氧化碳。還有一個(gè)選項(xiàng)，稱為直接空氣捕獲二氧化碳（或 DAC），特別強(qiáng)大，因?yàn)樵摷夹g(shù)是模塊化的，這意味著我們可以制作相同設(shè)計(jì)的多個(gè)副本，并且可以部署在任何地方。

DAC技術(shù)是一種剛剛興起的二氧化碳捕獲技術(shù)，用于在正?？諝庵刑崛〕龆趸?，凈化率可達(dá)到90%或更高，相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

DAC最重要的優(yōu)勢(shì)是可以在世界上任何有能源供應(yīng)和二氧化碳安全儲(chǔ)存場(chǎng)所的地方應(yīng)用。? 從二氧化碳的運(yùn)輸和儲(chǔ)存來(lái)說(shuō)，DAC所采用的方式與工業(yè)機(jī)構(gòu)或發(fā)電廠非常相似，但由于DAC設(shè)施可以放置在靠近儲(chǔ)存點(diǎn)的位置，因此可最大程度地降低壓縮和運(yùn)輸成本。

目前，正在開發(fā)研究的DAC類型包括：液體吸附法，吸附劑會(huì)以非常大的表面積接觸大氣;固體吸附劑，二氧化碳被吸附到多孔固體中，之后又被重新釋放出來(lái);以及靜電吸附法，充滿二氧化碳的液體吸附劑可以通過(guò)短電荷被激活，這比加熱吸附劑消耗的能源要少得多。

就在數(shù)月前，號(hào)稱是全球目前規(guī)模最大的DAC工廠“奧卡”在冰島西南部投入運(yùn)營(yíng)，該工廠每年將能夠捕獲4000噸二氧化碳，大約是790輛乘用車一年的排放量，然后通過(guò)礦化過(guò)程將其永久存儲(chǔ)在地下

與其他污染物不同，對(duì)二氧化碳而言，重要的不是其釋放的位置，而是大氣的總積累。在工業(yè)走廊釋放溫室氣體，然后在偏遠(yuǎn)地區(qū)將它們從大氣中清除，其凈效應(yīng)與最初沒(méi)有排放碳一樣。這意味著我們可以在其運(yùn)行所需能源最便宜、對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響最小且經(jīng)濟(jì)活動(dòng)受到歡迎的地方部署 DAC 系統(tǒng)。

DAC 系統(tǒng)的模塊化意味著二氧化碳去除的成本可能會(huì)在幾十年內(nèi)下降90%到 95%，就像最近其他模塊化解決方案（如風(fēng)力渦輪機(jī)、太陽(yáng)能電池板和鋰離子電池）的成本下降一樣。

冰島開始部署地?zé)崮茉?，?DAC 系統(tǒng)提供動(dòng)力，該系統(tǒng)可去除二氧化碳并將其永久隔離在地下。