實現2050年零碳排放，需要哪些技術？

曹欣

實現碳達峰碳中和，是中國對世界的莊嚴承諾，也是中國貫徹新發展理念、構建新發展格局、推動高質量發展的內在要求。作為世界上最大的發展中國家，中國將用30年左右時間完成全球最高碳排放強度降幅，用全球歷史上最短的時間實現從碳達峰到碳中和。

習近平總書記指出，實現“雙碳”目標，不是別人讓我們做，而是我們自己必須要做。中國說到做到，堅定不移推進生態文明建設，既是對世界負責，也是對子孫后代負責。

腳下的熱能

談到可再生能源，大多數人會想到風能和太陽能。但還有另一種用于供暖和制冷的可再生能源技術并不總是得到應有的重視：地源熱泵。地源熱泵系統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的冷熱源，其效率是化石燃料系統的4～5倍。地熱能源與風能和太陽能不一樣，地熱熱泵可以配置物聯網，連接街道上的建筑物，按需儲存能源。

一戶人家正在安裝地熱熱泵，管道循環解決方案將利用地下溫度

地源熱泵系統是一種先進的高效節能、無任何污染的采暖空調方式，即便在建筑用能領域，也是作為環保和節能首推的新技術應用項目。當下地源熱泵采暖空調技術被列為建筑節能新技術成果大力推廣，對保護環境、提高環境質量、進一步推動和落實藍天工程起到了很好的積極效果。

地源熱泵采暖空調系統冬季通過土壤換熱器，從地下垂直埋管環路中吸收熱能，再借助壓縮機系統將能量提升，產生 45～50 ℃的熱水，并且可以提供生活熱水。同樣在夏季，熱泵將制冷系統產生的冷凝熱釋放到地下，制取7 ℃左右的冷水供應室內。

地熱加上物聯網科技后，消費者可以在手機微信小程序上查看他們關心的設備信息，如溫度、水量等，并且根據實際需要可以實時調整參數。為廣大消費者提供更加完美的服務。以前消費者擔心溢水，缺水，水溫過高或過低，而且無法做到隨時知道，現在通過手機的APP就可以看到實時水量了，出現溢水缺水水溫異常設備主動短信通知告警。用戶獲得信息后可以即刻處理，保證需要熱水的時間能及時滿足。

據一項可行性研究估計，到 2050 年，從天然氣轉換為物聯網熱泵可以為社區供暖、制冷和生活熱水產生的溫室氣體排放量減少 90% 以上。為了實現這一驚人的結果，政策和規劃方面的突破將是關鍵。

空調的革新

大多數人認為住宅空調只是一種家用電器。實際上，在發展中國家，舊式空調較多，節能問題不容樂觀。如果不加以控制，到 2050 年，僅室內空調一項就可能在全球增加約132吉噸（Gt，1吉噸=10億噸）的累積二氧化碳當量排放量。

好的消息是，正在開發的新型高效空調裝置可以成為緩解和適應氣候變暖的工具，同時讓人們獲得更好的生活質量。RMI（落基山研究所）近年就發起過一場全球制冷獎（Global Cooling Prize）國際大賽，旨在找到一種比標準室內空調機組至少減少五倍的住宅制冷技術，獎金達300萬美元。

最后的作品設計來自日本制造商大金工業和日建設計、中國格力電器和清華大學。將混合蒸汽壓縮系統與更環保的制冷劑相結合，能創造出高效的室內空調，與當今市場上的熱門型號相比，新技術對氣候的影響降低了80%。如果新的空調能擴大規模實現商用普及，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9年建設，全球首座第四代核電技術加持的石島灣核電站成功啟動，中國核能技術“換道超車”加速前進，中國東部石島灣反應堆機組于2021年12月投入使用。這個小型、創新的200兆瓦反應堆除了產生清潔電力之外，還產生高溫熱量，可幫助能源密集型行業脫碳。

如今，大多數傳統反應堆產生的出口蒸汽溫度高達300攝氏度，可為海水淡化和氫電解等工業過程提供動力，在這些過程中，水被分解為氫氣和氧氣。石島灣反應堆——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攝氏度時產生蒸汽，這為更多的工藝制造提供了動力，例如塑料生產等。通過高溫水分解高效制氫，這種技術甚至可以促進用核反應堆替代燃煤發電機組，從而更廣泛地再利用現有的發電廠蒸汽基礎設施。

鑒于中國的重煤電網，該反應堆的成功部署，對世界上排放量最高的國家及其他地區的氣候產生重大影響。這代反應堆更小，容易建造，更能適應不同的能源需求，并在提高安全性方面樹立了新標準，部分原因在于其設計簡單和高度耐熱的燃料。

中國最近在海外建設核項目方面取得的顯著成功，意味著該技術在全球范圍內的傳播速度可能比許多人預期的要快。

凈化空氣

如果我們想實現凈零排放，從大氣中去除二氧化碳，將二氧化碳降低到工業革命之前的水平，需要什么技術？

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器直接從大氣中捕獲二氧化碳。還有一個選項，稱為直接空氣捕獲二氧化碳（或 DAC），特別強大，因為該技術是模塊化的，這意味著我們可以制作相同設計的多個副本，并且可以部署在任何地方。

DAC技術是一種剛剛興起的二氧化碳捕獲技術，用于在正常空氣中提取出二氧化碳，凈化率可達到90%或更高，相關的技術創新和發展潛力巨大。

DAC最重要的優勢是可以在世界上任何有能源供應和二氧化碳安全儲存場所的地方應用。? 從二氧化碳的運輸和儲存來說，DAC所采用的方式與工業機構或發電廠非常相似，但由于DAC設施可以放置在靠近儲存點的位置，因此可最大程度地降低壓縮和運輸成本。

目前，正在開發研究的DAC類型包括：液體吸附法，吸附劑會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;以及靜電吸附法，充滿二氧化碳的液體吸附劑可以通過短電荷被激活，這比加熱吸附劑消耗的能源要少得多。

就在數月前，號稱是全球目前規模最大的DAC工廠“奧卡”在冰島西南部投入運營，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，然后通過礦化過程將其永久存儲在地下

與其他污染物不同，對二氧化碳而言，重要的不是其釋放的位置，而是大氣的總積累。在工業走廊釋放溫室氣體，然后在偏遠地區將它們從大氣中清除，其凈效應與最初沒有排放碳一樣。這意味著我們可以在其運行所需能源最便宜、對生態系統影響最小且經濟活動受到歡迎的地方部署 DAC 系統。

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

冰島開始部署地熱能源，為 DAC 系統提供動力，該系統可去除二氧化碳并將其永久隔離在地下。