湖北省碳達峰科技支撐體系及路徑研究*

曾 煒 方澤慧

(湖北工業(yè)大學經濟與管理學院，湖北武漢 430068）

1 研究背景

受新冠肺炎疫情的影響，2020年湖北省的碳排放量出現(xiàn)了明顯的下降，其主要原因在于疫情造成的工業(yè)及能源活動大幅減少。第一大溫室氣體占比87.69%的二氧化碳排放總量下降10.2%。

1.1 能源活動是二氧化碳排放的首要來源

湖北省的二氧化碳排放總量中，由能源活動產生的排放量占比達84.42%，化石燃料燃燒中的能源工業(yè)、工業(yè)和建筑業(yè)部門是能源活動的二氧化碳排放主要來源，其貢獻地位相當。2020年湖北省能源活動的二氧化碳排放量有超過九成來自化石燃料燃燒[1]。其中，工業(yè)和建筑業(yè)部門排放占35.9%，能源工業(yè)部門排放占32.19%，交通運輸部門排放占19.05%，其余排放則來自于居民生活部門、服務業(yè)部門及農業(yè)部門等。從動態(tài)來看，2018-2020年湖北省能源活動的能源工業(yè)、工業(yè)和建筑業(yè)二氧化碳排放占能源活動總排放量由78.56%下降至68.08%，且兩者貢獻率之差由29.87個百分點縮小至0.04個百分點，兩者地位逐漸相當。

在非能源活動中，工業(yè)生產過程則是僅次于能源活動的第二大排放源，占比15.18%，同時也是含氟氣體排放量全部來源，主要由半導體生產、電力設備制造和運行、鋁生產過程所引起。根據近年排放趨勢來看，湖北省工業(yè)生產過程中二氧化碳排放各部排放來源相對地位較為穩(wěn)定，主要來源為水泥、石灰和鋼鐵的生產。其貢獻地位依次遞減。

1.2 農業(yè)生產活動及廢棄物處理是非二氧化碳排放的主要來源

農業(yè)生產活動是其他非二氧化碳等溫室氣體排放的主要來源。其中，湖北省稻田甲烷排放量占農業(yè)生產甲烷排放量的58.85%。湖北省農業(yè)用地氧化亞氮占農業(yè)活動氧化亞氮排放量的85%，動物糞便管理系統(tǒng)占比15%。

在廢棄物處理過程中，固廢和廢水處理是非二氧化碳排放來源，固體廢棄物焚燒是二氧化碳排放來源。2020年，湖北省固體廢棄物處理甲烷排放量占廢棄物處理甲烷排放量的70.35%，生活污水處理及工業(yè)廢水處理的甲烷排放量分別占比10.52%和19.13%。在廢棄物處理的二氧化碳排放方面，近年來湖北省廢棄物焚燒處理的二氧化碳排放量均來自于固體廢棄物焚燒處理，且排放量逐年上升。

1.3 林業(yè)碳匯能力快速增長

湖北省土地利用變化和林業(yè)部門的二氧化碳吸收匯2020年的增幅為12.97%，較上一年增幅提升了8.74個百分點，使得二氧化碳凈排放量下降幅度達到12.34%。森林及其他木質生物質的碳儲量變化中，喬木林生長為最大的碳吸收匯，其次為疏林等其他林木。非林地和其他木質生物的碳匯水平也呈穩(wěn)步上升趨勢。

2 湖北省科技創(chuàng)新支撐碳達峰存在的問題

科技創(chuàng)新是碳達峰與碳中和目標實現(xiàn)的重要保障[2]，國務院各部門密集出臺應對氣候變化有關政策，都對科技支撐提出明確需求，湖北省作為首批低碳試點已積累了一批如碳交易市場等卓有成效的減排控制模式，但在利用科技創(chuàng)新支撐碳達峰方面仍存在一些不足。

2.1 新能源技術利用率偏低

近年來，新能源裝機和發(fā)電量持續(xù)增長，裝機結構不斷優(yōu)化，但是新能源占一次能源比重偏低，節(jié)能技術利用率偏低。2019年年底，風電、太陽能裝機容量占湖北省總裝機容量的13.05%。水電裝機容量占比較大，但是三峽發(fā)電量約83%外送他省，實際送湖北發(fā)電的裝機容量偏小，水電電力占比不足30%。風電、光伏發(fā)電量占比約6.43%，新能源消納形勢相對嚴峻[3]。省內隨州市、宜昌市、恩施州、十堰市等區(qū)域被列為新能源消納紅色預警區(qū)域。發(fā)電側新能源儲能技術發(fā)展不足，火電機組低負荷運行技術仍無法提供有效支撐。電網側高效平穩(wěn)并網接入技術尚未得到突破[4]。

2.2 綠色低碳技術工業(yè)化應用不足

湖北省科教資源豐富，創(chuàng)新優(yōu)勢突出。高耗能行業(yè)集成系統(tǒng)診斷、空氣源熱泵、煉焦荒煤氣顯熱回收利用等低碳技術取得了一些突破性進展。但是，低碳創(chuàng)新技術科技成果轉化率、轉化成功率及就地轉化率仍然不高。實現(xiàn)“雙碳”目標需要系統(tǒng)的科技支撐和多主體協(xié)同參與，但目前科技創(chuàng)新和低碳轉型的結合力度還不夠[5]。對可再生能源、儲能、氫能、CCUS、生態(tài)碳匯等方向下的超高效太陽能電池、綠色制氫、人工光合成、增壓富氧燃燒、高光效能植物增匯、新能源電網重構超稀薄溫室氣體捕獲與降解等基礎前沿理論研究不足，缺乏技術應用推廣的理論依據。

2.3 “兩高”行業(yè)綠色技術替代動力不足

“兩高”行業(yè)產業(yè)規(guī)模大，技術和裝備更新成本高。在工業(yè)碳排放量存量中，電力熱力的生產和供應業(yè)、石油加工煉焦及核燃料加工業(yè)、化學原料及化學制品制造業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)等六大高耗能行業(yè)占比高達九成以上。綠色低碳技術替代迫在眉睫。新工藝研發(fā)緩慢，新技術工業(yè)化應用比例低，產業(yè)升級主要依靠擴大產能[6]。企業(yè)碳達峰實施路徑及方案尚未出臺落實，從而使得能效水平相對落后企業(yè)采用節(jié)能先進適用技術裝備實施改造升級的動力不足。

2.4 綠色技術創(chuàng)新體系尚未成型

湖北省尚未形成以企業(yè)為主體、市場為導向、產學研深度融合的綠色技術創(chuàng)新體系。高校及科研院所主要關注前沿科學發(fā)展和新技術的試驗，在短期內難以形成規(guī)?；蛏虡I(yè)化的應用。行業(yè)和企業(yè)對實現(xiàn)綠色轉型尚未形成科學系統(tǒng)的認知，企業(yè)自身組織力量進行綠色清潔技術的研發(fā)缺乏內生動力。因此，工業(yè)清潔技術替代的完整體系形成難度相對較高。數(shù)據表明，以現(xiàn)有的技術水平在部署CCUS時將使一次能耗增加10%～20%，若仍使用化石能源，則會增加二氧化碳的排放[7]。儲能技術發(fā)展也有一定的欠缺，可再生能源的發(fā)電不能很好進行儲存，容易造成使用與供給的不平衡，影響正常發(fā)展。

3 科技支撐湖北省碳達峰的對策建議

3.1 強化碳達峰科技理論支撐

強化碳減排相關科技理論研究，為科技支撐體系提供堅實的理論基礎。以可再生能源、儲能、氫能、CCUS、生態(tài)碳匯等為方向，開展綠色制氫、人工光合成、增壓富氧燃燒、新能源電網重構超稀薄溫室氣體捕獲與降解等基礎前沿理論研究，為開發(fā)前沿能源及其與傳統(tǒng)能源耦合技術提供源頭理論支撐，針對性解決湖北省碳達峰、碳中和基礎理論研究的薄弱問題。

3.2 明確重點行業(yè)科技減排路徑

3.2.1 能源行業(yè)

一是針對湖北省以煤炭為主的能源結構，加速推進能源結構轉型[8]。加速推進煤炭低碳高效清潔利用，突破煤燃燒過程中污染控制與資源化利用及新型清潔煤燃燒技術。同時，加大清潔能源的研究開發(fā)與推廣，加速研發(fā)光伏發(fā)電、風電、水電、氫能等一系列清潔能源高效發(fā)電與安全并網技術，結合碳捕獲技術，捕集二氧化碳轉化為甲醇等能源化學品，突破風光水火儲等多能互補關鍵技術。

二是提高能源利用效率。推進大規(guī)模儲能技術研究與應用，研究分布式變速抽水蓄能的源網協(xié)調控制策略、優(yōu)化配置及其與電網協(xié)調規(guī)劃方法。加快CCUS等技術發(fā)展，提高二氧化碳利用技術，發(fā)展再生資源深度回收利用，突破高耗能行業(yè)產品再生關鍵技術。

三是發(fā)展數(shù)字能源系統(tǒng)。推進人工智能、大數(shù)據、物聯(lián)網技術在能源采集、使用方面的融合創(chuàng)新利用，加快提升能源產業(yè)鏈智能化水平，支撐構建多能互補的新型能源系統(tǒng)。

3.2.2 化工行業(yè)

一是推動低碳化技術提升。推進大宗化工零碳工業(yè)流程再造與二氧化碳捕集利用與封存。升級膠磷礦選礦、磷精礦加工等磷化工清潔生產流程、全流程能量集成優(yōu)化及催化裂化等石油化工流程的低碳零碳流程再造技術；突破二氧化碳驅油技術和二氧化碳制造化學品技術，促進大宗化工與油田、氫能利用協(xié)同發(fā)展。

二是推進清潔化生產。推進化工固廢處理技術研發(fā)；突破高強石膏粉、磷石膏提純和道路基材生產等技術，提升磷石膏回收利用率，磷石膏硫循環(huán)捕集二氧化碳技術；加強廢棄催化劑、油泥及危險固廢的資源化低碳循環(huán)處置等相關技術及裝備的開發(fā)；加大對氣化爐協(xié)同處理生物質、生活垃圾、城市污泥等關鍵技術的攻關；研究鋰電池、燃料電池、黑磷烯電池材料以及貯氫技術，研究新型電池正極材料及結構，形成系列低碳排放能源替代品。

三是推動節(jié)能技術改進。提高余熱利用效率，推動系統(tǒng)優(yōu)化技術發(fā)展，如節(jié)能型尿素生產技術；加大節(jié)能減排化工裝備新技術研發(fā)投入；研究化工生產中的節(jié)能技術、熱泵精餾技術、高效氣液固三相分離設備、余熱回收技術以及交叉學科的節(jié)能技術，提高化工生產流程能源利用效率。

3.2.3 鋼鐵行業(yè)

一是推進低碳高效生產。推動研發(fā)新型低碳冶煉與制造技術。支持新型還原技術的研發(fā)和推廣，主要包括非高爐煉鐵技術、富氫碳循環(huán)高爐技術、氫冶金技術、電加熱技術等。推進煉鋼過程中能源結構調整，研發(fā)氫基高爐-轉爐煉鋼、氫基直接還原鐵-電弧爐煉鋼技術，在焦化工藝、燒結工藝、高爐煉鐵等方面推廣節(jié)能減排技術。

二是促進資源循環(huán)利用。加快推進煉鋼過程中循環(huán)經濟技術的利用，提高含鐵含碳固廢全量高效利用、鋼鐵循環(huán)材料的大比例使用、多元有機固廢資源化利用。支持冶金煤氣二氧化碳分離回收、二氧化碳制備清潔燃料與有機原料、二氧化碳驅油技術、二氧化碳制化產品技術的研究，積極推進碳捕獲、利用與封存技術大規(guī)模商業(yè)化應用。

3.2.4 汽車行業(yè)

一是推進節(jié)能技術研發(fā)。重點發(fā)展先進動力技術、高效傳動技術等節(jié)能汽車關鍵技術。重點發(fā)展純電動、插電式混合動力和燃料電池整車技術，高效電控技術，充換電技術，智能網聯(lián)汽車關鍵技術，以及退役動力電池梯次利用與回收技術，固態(tài)電池等新能源汽車關鍵技術。

二是強化碳排放管理。發(fā)展汽車碳排放遙感測量、大數(shù)據、云計算等實測技術，碳足跡計算及評估技術，著力構建汽車電動化、網聯(lián)化、智能化、共享化和低碳化發(fā)展體系。

3.2.5 建筑行業(yè)

一是推動低碳建材、結構及體系應用技術。突破低碳水泥、可替代低碳膠凝材料與應用技術，研究新型低碳節(jié)能建材與應用技術，開展面向綠色建筑結構及體系的新型低碳節(jié)能應用技術研發(fā)。

二是推動城鄉(xiāng)建設綠色低碳發(fā)展應用。突破既有建筑能效提升與減碳技術，研發(fā)可再生能源建筑規(guī)模化應用技術，并開展既有建筑改造及農村建筑節(jié)能技術研究[9]，研發(fā)適用于夏熱冬冷地區(qū)的建筑技術體系，系統(tǒng)提升建筑節(jié)能-減排-降碳水平。

三是推動碳捕集、固碳及負碳建筑集成應用。突破固碳型膠凝材料及其負碳型混凝土制備技術，突破建筑環(huán)境超稀薄溫室氣體規(guī)模化收集與降解關鍵技術，突破負碳建筑集成系統(tǒng)關鍵技術與系統(tǒng)示范，探索低碳/負碳城市規(guī)劃與城市設計新模式，深化負碳建筑內涵。

3.2.6 農業(yè)及生態(tài)行業(yè)

一是生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯。構建生態(tài)系統(tǒng)植被與土壤碳庫監(jiān)測及核算體系。研發(fā)植被動態(tài)變化智能化監(jiān)測技術，研究生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳足跡演變過程和調控機制，建立碳足跡計算標準，集成生態(tài)系統(tǒng)碳儲量、固碳速率、固碳潛力的碳核算方法體系。推進典型生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過程與碳匯功能研究。研究典型森林、灌從、草地、濕地、湖泊和農田生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)關鍵過程和調控途徑，揭示生態(tài)系統(tǒng)碳庫動態(tài)變化和碳匯功能的形成和長期維持機制，從區(qū)域尺度揭示生態(tài)系統(tǒng)的碳收支及其碳匯功能。

二是農業(yè)行業(yè)綠色低碳發(fā)展。突破新品種、新肥料、新型飼料原料、新型低耗智能化農業(yè)生產加工裝備的研發(fā)及應用；推廣綠色生產技術、新型低碳農業(yè)模式、耕地質量提升與保育技術、水肥管理技術、減少化肥的溫室氣體排放，合理選擇氮肥種類，加強用水管理，提高化肥農藥減施增效技術、飼料精準配方技術、農業(yè)廢棄物循環(huán)利用技術、碳匯漁業(yè)技術、植物增匯高效利用技術等。

三是農業(yè)與生態(tài)系統(tǒng)減排增匯技術及應用示范。推進山水林田湖草一體化保護和修復。開展生態(tài)系統(tǒng)植被、土壤、水體增匯技研發(fā)術，建立農業(yè)農村不同生態(tài)系統(tǒng)減排增匯技術體系，推進增匯技術應用示范。

3.3 構建湖北省碳達峰的科技支撐體系

一是創(chuàng)新人才支撐。人才是科技創(chuàng)新的原動力，是科技支撐體系的根基。圍繞重點行業(yè)領域，面向前沿領域，依托創(chuàng)新平臺和龍頭企業(yè)，引進與培養(yǎng)大量高層次領軍人才和青年科學家，培養(yǎng)一批科技成果轉化及技術服務人才，形成一支綠色低碳技術創(chuàng)新團隊，為科技創(chuàng)新提供人才支撐。

二是創(chuàng)新平臺支撐。聚焦重點行業(yè)領域，以先進碳中和、碳減排技術為主攻方向，積極組建重點實驗室、技術創(chuàng)新中心、產業(yè)技術研究院、綠色技術交易中心等創(chuàng)新平臺。引導企業(yè)與高等院校、科研院所共同成立創(chuàng)新聯(lián)盟，支持和推薦申報國家級創(chuàng)新平臺。

三是創(chuàng)新技術支撐。瞄準世界前沿，強化減排降碳增匯技術攻關，在可再生能源、儲能、氫能、CCUS、生態(tài)碳匯等方向努力取得重大科技成果，發(fā)揮學習能力攻克一批碳中和前沿和顛覆性技術，在重點行業(yè)領域實現(xiàn)綠色低碳技術實質性突破。

四是創(chuàng)新主體支撐。利用創(chuàng)新平臺與政策推動力量，培育和支持一批創(chuàng)新主體。在替代能源利用、再生資源回收、過程節(jié)能降耗、產品包裝升級、CCUS等方向，積極支持各行業(yè)領軍企業(yè)提升綠色低碳技術研發(fā)水平，依托創(chuàng)新平臺推動作用，普及綠色低碳技術研發(fā)成果，實現(xiàn)行業(yè)大規(guī)模技術水平提升。同時，培育和支持中小型綠色低碳科技企業(yè)，打造節(jié)能降碳產業(yè)集群。

五是創(chuàng)新模式支撐。打造一批綠色低碳示范區(qū)，引導示范區(qū)制定完善可持續(xù)發(fā)展政策，搭建核心技術攻關交流平臺，健全綠色低碳產業(yè)金融體系，實現(xiàn)示范區(qū)綠色低碳發(fā)展，探索產業(yè)園區(qū)綠色低碳發(fā)展模式[10]。同時，推進已建國家級、省級可持續(xù)發(fā)展實驗區(qū)、高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)綠色低碳升級，引領示范綠色低碳經濟發(fā)展。

3.4 開展低碳科技創(chuàng)新國際合作

政府應支持深度參與國際低碳、零碳、負碳及增匯技術創(chuàng)新合作，鼓勵高校、院所、企業(yè)積極參加低碳零碳負碳增匯領域國際技術交流活動，支持建設國際聯(lián)合創(chuàng)新載體，積極開展綠色低碳技術領域的技術轉移和產能合作。鼓勵在海外布局省內龍頭企業(yè)實現(xiàn)產品和技術同輸出，在拓展國際市場的同時，積極示范綠色低碳技術解決方案。推動與創(chuàng)新型國家和“一帶一路”沿線國家開展可再生能源、儲能、氫能、CCUS等綠色低碳前沿技術領域的國際科研合作和技術交流。

4 結束語

科技創(chuàng)新支撐碳達峰、碳中和具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的發(fā)展前景。湖北省作為全國疫情最重、管控時間最長、沖擊影響最大的省份，為實現(xiàn)后疫情時期的經濟復蘇和“雙碳”目標，在不影響湖北人民生活水平前提下，亟須充分發(fā)揮其豐富的科教資源，優(yōu)化科技支撐體系，通過科技創(chuàng)新高質量支撐湖北省先后實現(xiàn)“雙碳”目標。 （文責自負）