2021-2022年低碳科技研究报告.pdf

01 低碳科技相关概述03 “碳中和 ”愿景下的低碳科技发展动向及趋势02 “碳中和 ”愿景下的低碳科技发展现状目录CONTENT01 1.1 低碳科技的定义1.2 低碳科技发展环境1.3 低碳科技发展机遇1.1 低碳科技的定义低碳技术是指能够有效降低碳能源消耗、减少温室气体排放、防止气候变暖而采取的技术手段。根据减排机理，低碳技术可分为零碳技术、减碳技术和储碳技术；根据技术特征，可分为非化石能源类技术等五大类。根据国家重点推广的低碳技术目录低碳技术的评价的温室气体主要为二氧化碳（ CO2），同时也适当考虑甲烷（ CH4）、氧化亚氮（ N2O）、氢氟碳化物（ HFCs）、全氟化碳（ PFCs）和六氟化硫（ SF6）等其他种类温室气体。按减排机理零碳技术减碳技术储碳技术低碳技术的分类按技术特征非化石能源类技术燃料及原材料替代类技术工艺过程等非二氧化碳减排类技术碳捕集、利用与封存类技术碳汇类技术 CO2CH4 N2OHFCsPFCs SF6低碳技术针对的温室气体类别资料来源：国家重点推广的低碳技术目录等 1.2.1 低碳科技发展环境：二氧化碳排放量总体增长目前，全球约 73%的碳排放来源于能源领域。 2019年，全球能源相关的 CO2排放量约为 330亿吨，其中，发达经济体的排放量约占三分之一。从能源相关的 CO2排放量来源来看，目前煤炭和石油的燃烧是 CO2排放量的主要来源，合计占比在 75%左右；从排放部门来看，电力部门、交通运输和工业部门的排放量排名前三。113 11392 2201990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019发达经济体其他地区1990-2019年全球能源相关的 CO2排放量（单位：亿吨）资料来源： Our World in Data；国际能源署（ IEA） 44%34%21% 1%煤炭油天然气其他2018年全球能源相关的 CO2排放量来源（单位： %） 42%25%18% 15%电力部门工业部门交通运输其他注：发达经济体：澳大利亚、加拿大、智利、欧盟、冰岛、以色列、日本、韩国、墨西哥、挪威、新西兰、瑞士、土耳其和美国。1.2.2 低碳科技发展环境： “碳达峰、碳中和 ”已成为全球议题2015年12月 2020年6月2017年12月 2019年9月巴黎协定在巴黎气候大会上通过，为 2020年后全球应对气候变化做出安排 449个城市参与由联合国气候领域专家提出的零碳竞赛125个国家承诺 21世纪中叶前实现碳中和，不丹、苏里南已经实现碳中和同一个地球峰会上， 29国签署碳中和联盟生命，承诺 21 世纪中叶实现碳零排放随着温室气体浓度的不断增加，气候变化已成为 21世纪全人类共同面对的严峻挑战之一。对此，全球各国纷纷采取气候变化应对行动、制定碳减排目标， “ 碳达峰、碳中和 ” 已逐渐成为全球议题。联合国气候行动峰会上， 66个国家承诺碳中和目标，并组成气候雄心联盟 2020年5月资料来源：根据公开资料整理碳达峰：在某一时刻，二氧化碳的排放量达到历史最高值，随后逐步回落碳中和：通过植树造林、节能减排等形式抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对 “零排放 ”1.2.3 低碳科技发展环境：多国做出 “碳中和 ”承诺已实现 2030年 2035年2040年2045年2050年不丹苏里南挪威乌拉圭芬兰丹麦瑞典奥地利英国美国加利冰岛日本韩国欧盟等福利亚“ 碳达峰 ” 方面，截至 2020年，全球已有 54个国家的碳排放实现达峰，占全球碳排放总量的 40%； “ 碳中和 ” 方面，不丹和苏里南已实现了 “ 碳中和 ” ，同时已有 29个国家和地区通过颁布政策或立法的方式做出了 “ 碳中和 ” 承诺。预计 2021年末，占全球碳排放量 65%以上、占全球经济总量 70%以上的国家将作出 “ 碳中和 ” 承诺。截至 2020年全球已实现 “碳达峰 ”的国家数量（单位：家）全球主要国家（地区） “碳中和 ”目标时间表1831 50 541990年2000年2010年2020年资料来源：江苏省碳中和联合研究中心；联合国等德国、捷克、挪威、乌克兰、匈牙利、哈萨克斯坦、拉脱维亚、罗马尼亚、克罗地亚等法国、卢森堡、丹麦、瑞典、瑞士、英国、波兰、、比利时等加拿大、美国、葡萄园、澳大利亚等巴西、日本等1.2.4 低碳科技发展环境：中国承诺将于 2060年实现 “碳中和 ”习主席在第七十五届联合国大会发言：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于 2030年前达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中和。 ”习近平主席多次在国际会议上宣誓：中国 2030年前碳达峰， 2060年前碳中和在 “ 碳中和 ” 大背景下，我国首次明确提出碳达峰、碳中和是在 2020年 9月份的第七十五届联合国大会一般性辩论上。国家主席习近平向全世界承诺：力争于 2030年前达到峰值， 2060年前实现 “ 碳中和 ” 的宏远目标。“3060”碳中和目标已经上升到国家战略和行动方案第七十五届联合国大会一般性辩论2020年 9月 22日第三届巴黎和平论坛2020年 11月 12日联合国生物多样性峰会2020年 9月 30日金砖国家领导人第十二次会晤2020年 11月 17日 2020年气候雄心峰会2020年 12月 12日二十国集团领导人利雅得峰会“ 守护地球 ” 边会2020年 11月 22日世界经济论坛“ 达沃斯议程 ” 对话会2021年 1月 25日资料来源：根据公开资料整理 1.2.4 低碳科技发展环境：中国实现 “碳中和 ”任务艰巨数据显示，自 2011年以后，中国每年的 CO2排放量在 90亿吨以上的， 2019年达到了 100亿吨，占全球总排放量的27.9%，排名全球第一，是美国的 2倍、欧盟 28国的 3倍。而与美欧国家相比，我国尚处于经济上升期，且实现碳达峰与碳中和的间隔年限较短，实现 “ 碳中和 ” 愿景可谓是 “ 时间紧、难度大 ” 。24.2 101.71990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 201910.7% 27.9%22.6% 14.5%19.7% 9.0%1990中国 1995美国 2000EU 28 2005俄罗斯 2010印度 2015日本 2019其他全球主要国家（地区） CO2排放量占比变化趋势（单位： %） 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 206071年43年 30年美国碳达峰EU28碳达峰中国碳达峰中国碳中和美国净零排放欧盟碳中和中国 CO2排放量变化趋势（单位：亿吨）中国、美国、 EU28：实现碳达峰与碳中和的间隔年限93.9 中国美国 EU 28资料来源： Our World in Data； EDGAR 1.3.1 “碳中和 ”愿景下科技创新的重要性科技创新是实现 “ 碳中和 ” 目标的重要保障。从短期看，处理好经济转型发展、疫后复苏与碳约束的矛盾亟需科技支撑；从中期看，推动经济保持低碳、脱碳发展最终要依靠科技；从长期看，提升我国在国际低碳市场的竞争力关键在于科技创新。目前，世界主要国家、国际组织已均将科技创新作为碳中和目标实现的重要保障。主体类型国家（地区）相关政策、规划、报告要点归纳国家（地区）欧盟 2019年欧洲绿色新政围绕需重点突破与推广的核心技术，通过加大 “ 地平线 ” 项目投入等方式支持技术创新美国 2020年清洁能源革命和环境正义计划将液体燃料、低碳交通、可再生能源发电、储能等列为重点方向，明确了技术发展目标，并指出要加大研究投入日本 2020年绿色增长战略提出了海上风力发电、电动车、氢能源、航运业、航空业、住宅建筑等14个重点领域深度减排的详细技术路线图、技术发展目标和主要措施等英国发布了系列报告围绕实现碳中和的技术需求，提出了供热、工业、交通等领域的技术发展目标和路径，为英国整体实现净零排放提供技术支持国际组织可持续发展解决方案（ SDSN）网络意大利马特艾基金会（ FEEM） 2019年，共同发布了针对各国到 21 世纪中叶脱碳的路径研究，梳理了电力、交通、建筑与工业的主要技术以及 2025年、 2050 年的发展目标能源转型委员会（ ETC）发布相关报告对实现零碳经济各领域主要技术的发展时间节点进行了综述与规划国际能源署（ IEA）长期开展减排技术评估，发布了一系列技术路线图资料来源：张贤、郭偲悦等碳中和愿景的科技需求与技术路径大型企业：央企国企如中石化、中石油、中海油、国电投、华能、大唐、国家电网、南方电网、能源集团、晋能控股、中国宝武等；民营企业如伊利、大众、比亚迪等表态在研或已有碳中和规划。互联网科技企业：阿里、腾讯、百度、华为均已发声，纷纷响应碳中和国家战略企业层面1.3.2 中国实现 “碳中和 ”愿景的政策体系自 2020年 10月我国首次明确碳达峰、碳中和目标以来，国务院、国家发展改革委等部门抓紧研究出台相关政策措施，积极推动经济绿色低碳转型和可持续发展；地方层面，全国各省市陆续表示将落实中央部署要求、制定实施碳排放达峰行动方案；企业层面，部分大型国企、民企、科技企业纷纷表态，其中，国家电网于 2021年 3 月发布了碳达峰碳中和行动方案。2020年 12月：绿色技术推广目录（ 2020年） 2021年 1月：关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见 2021年 6月：国务院办公厅关于科学绿化的指导意见国家层面 2021年 6月：浙江省碳达峰碳中和科技创新行动方案 2021年：上海市、福建省、江苏省、广东省、天津市、北京市、河北省等省市，均在其十四五规划纲要或 2021年政府工作报告中提出了将制定实施碳排放达峰行动方案地方层面1 32 资料来源： 4科技部即将出台2021年，科技部正抓紧研究制定科技支撑碳达峰碳中和行动方案。方案立足于科技创新，充分发挥科技创新对碳达峰碳中和目标实现的支撑引领作用02 2.1 “碳中和 ”愿景的技术支撑体系2. “碳减排 ”关键技术应用现状3. “零碳 ”关键技术应用现状2.4 “负碳 ”关键技术应用现状2.5 “碳中和 ”愿景的技术实践路径总结2.1 “碳中和 ”愿景的技术支撑体系碳减排技术零碳技术负碳技术节能减排新能源氢能CCUS 碳汇类储能PFCs HFCs N2O CF6根据减排原理，实现 “ 碳中和 ” 愿景将遵循 “ 减碳 -零碳 -负碳 ” 的技术路线。具体包括：节能减排技术、新能源技术、 CCUS技术等。 CO2 CH4 资料来源：碳能科技2.2.1 “碳减排 ”技术：主要应用于高排放领域“ 碳减排 ” 技术是指利用节能减排技术实现生产、消费、使用过程的低碳，达至高效能、低排放、低能耗、低污染。重点领域主要涵盖钢铁、电力、石油化工、黑色金属冶炼及压延加工业、非金属矿物制品业等二氧化碳高排放量工业行业。资料来源：智慧芽等电力节能减排技术火电厂凝汽器真空保持节能系统技术配电网全网无功优化及协调控制技术可控自动调容调压配电变压器技术矿热炉烟气余热利用技术钢铁行业能源管控技术高炉鼓风除湿节能技术钢铁节能减排技术有色金属节能减排技术石化节能减排技术粗铜自氧化还原精炼技术复式反应新型原镁冶炼技术高电流密度锌电解节能技术火电厂降低煤耗技术油田采油污水余热综合利用技术变换气制碱及其清洗新工艺技术2012-2020年中国节能减排技术专利申请情况（单位：项）10543 11349 11894 14899 16614 19141 18233 16834 141642012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 CPC分类专利数Y02T10/12 传统内燃机指示效率的改进技术 1862Y02T10/70 用于电动车辆的储能 1795Y02E60/10 储能器 1784Y02E10/50 光伏 PV能源 1762Y02P10/25 通过提高工艺的能效 1581Y02P20/10 造成温室气体排放的生产工艺的总体改进 1552Y02T10/7072 电动车辆用于电池，超大容量电容器等 1281Y02E20/34 通过作用于过程中非 CO2直接相关的事项 1192截至 2021年 7月中国节能减排技术分类 TOP 8（单位：项）2.2.2“碳减排 ”技术：钢铁企业新近突破的冶炼技术较多节能降耗通过优化技术，开发新的产品比如低温催化剂，系统优化、智能化手段等手段降低能耗球团大规模替代烧结，球团链篦机回转窑脱硝等减少传统高耗能建材生产过程大气污染物排放和碳排放流程优化循环经济产业链推广以高炉渣、钢渣为原料的矿渣微粉、钢渣微粉生产应用二氧化碳利用技术资料来源：德勤冶金规划院公司公告等降低能源消耗总量：提高窑炉热效率，深挖余能回收潜力，提升能源转换和利用效率压缩粗钢产量：逐步建立以碳排放、污染物排放、能耗总量为依据的存量约束机制钢铁行业是我国碳排放最多的行业，国内钢铁厂从本世纪初开始实践钢铁低碳生产技术，这些技术在原理上主要包括三大类：提高能量利用效率、提高副产品利用效率、新近的突破性冶炼技术。钢铁产业 “碳减排 ”技术路径代表性钢铁企业 “碳减排 ”技术实践减排类型钢铁企业减排技术提高能量利用效率鞍钢鲅鱼圈高炉喷吹焦炉煤气山钢莱钢氧气高炉炼铁基础研究八一钢铁富氧冶铁提高副产品利用效率首钢京唐转炉煤气制燃料乙醇山钢日钢、达钢焦炉煤气制天然气沙钢、马钢转底炉处理固废生产金属化球团首钢、莱钢钢铁尾气制乙醇突破性冶炼技术中晋太行焦炉煤气直接还原铁宝武集团核能制氢与氢能炼钢河钢集团富氧气体直接还原铁酒钢集团煤基氢冶金日照钢铁氢冶金及高端钢材制造宝钢湛江钢铁工业 CCUS（碳捕获、利用与封存）21500 1500075000 60000 12000 24000 633602.2.2“碳减排 ”技术：技术推动煤气化节能390 130 130343 343325000 650000粉煤加压气化技术非熔渣熔渣水煤浆分级气化技术多喷嘴对置式水煤浆气化技术资料来源：国家重点节能低碳技术推广目录粉煤加压气化技术非熔渣熔渣水煤浆分级气化技术多喷嘴对置式水煤浆气化技术先进煤气化节能技术节能减碳潜力预计节能能力（ tce/a）预计二氧化碳减排能力（ tCO2/a）预计总投入（万元）10301600000主要技术粉煤加压气化技术非熔渣熔渣水煤浆分级气化技术多喷嘴对置式水煤浆气化技术技术条件采用先进的 HT-L 粉煤加压煤气化技术改造原有的常压固定床煤气化装置采用常压固定床间歇式气化技术、 20万 t总氨能力的化工企业建设规模 18万 t/a合成氨或甲醇 20万 t/a甲醇气化装置 1台日处理 1150t煤多喷嘴对置式气化炉适用范围化工行业煤制烯烃、煤制天然气、煤制油等现代煤化工行业，电力行业（ IGCC），城市煤气等化工行业煤制合成气120%目前推广比例 /该 100%80%60%技术在行业 40%20%0%内的推广潜力 60%15%120%100%80%60% 30%40% 15%20%0% 目前推广潜力目前推广潜力煤炭是我国主要能源消费需求。先进煤气化技术是大幅提升合成氨等传统煤化工产业水平的基础技术之一，在节能环保、煤种适应性等方面具有十分突出的优势。先进煤气化节能技术典型项目先进煤气化节能技术主要内容投资额（万元）节能量（ tce/a）二氧化碳减排量（ tCO2/a）198000 158400吉林英台采油厂新技术 “密闭 ”收油污研制出以 “ 井筒内蒸汽清洗密闭回收工艺技术 ” 为主的 “ 清洁环保 1+3” 配套清洁方式 ,在有效减少因杆管挑选不细、地面清蜡不彻底导致的返修井问题方面发挥了重要作用。吉林油田 CCS-EOR技术解决了吉林长岭含二氧化碳天然气田清洁开发二氧化碳去向问题，实现了低渗透油田二氧化碳驱油增产，通过循环注入，最终实现二氧化碳有效埋存和零排放。2.2.2“碳减排 ”技术：龙头石化企业低碳技术应用关键技术提高 50%，建成辽河油田 3 万吨 /年稠油污泥脱水示范工程、华北油田 6000吨 /年落地油泥处理示范工程污泥资源化技术支持示范区污泥资源化率吨，二氧化碳驱油及埋存理论技术累计封存二氧化碳 190万钻井泥浆不落地工作液循环利用技术在南方油田、西南油气田、长庆油田、大港油田、华北油田、吉林油田等进行了示范应用。油田开采节能技术攻克抽油机动态控制、低温不加热集输、螺杆泵直驱等新技术，创新加热炉提效、抽油机数字化改造等关键技术。催化裂化烟气脱硫脱硝成套技术实现了 “ 零压降 ” 湿法脱硫工艺的突破。该技术已在公司催化裂化烟气脱硫脱硝装置上成功应用。资料来源：各公司公告、官网等等低。碳技术应用案例为控制温室气体排放，中国石油开展了二氧化碳驱油与埋存、咸水层和油藏碳封存潜力评估、自备电厂烟道气二氧化碳捕集等重要碳减排技术研究；中国石化针对性地采取减排措施，并借助 CCUS和林业碳汇等碳移除技术，减少自身的碳足迹。中国石油中国石化温室气体减排 -网电钻机、样板加热炉成套技术、流程模拟技术以及裂解炉空气预热节能技术、裂解炉扭曲片管强化传热技术。171.52 170.69 170.94温室气体排放总量（百万吨二氧化碳当量）2018 2019 2020 1010 1263 1290二氧化碳捕集量（千吨）2018 2019 2020甲烷回收与排放 -利用低压冷凝系统进行回收放空气全面采用密闭混输天然气运输过程中对自有车辆全部安装智能 GPS系统 226 397 600甲烷回收量（百万立方米）2018 2019 20202.2.2“碳减排 ”技术：科技企业技术实践及应用梳理阿里云计算有限公司（阿里云）新兴科技企业机器学习技术，视频识别技术等能源电力、智慧环保、远程教育 /办公 /医疗等北京市商汤科技开发有限公司（商汤科技）新兴科技企业图像识别、视频分析等人工智能技术、商汤科技 SenseMARS等能源电力行业数字化转型上海箱箱智能科技有限公司（箱箱共用）低碳服务企业物联网技术智能包装碳阻迹北京科技有限公司（碳阻迹）低碳技术企业碳排放管理软件等企业绿色可持续发展北京碧水源科技股份有限公司（碧水源）低碳技术企业微滤膜、超滤膜、智能一体化污水净化系统等膜集成城镇污水深度净化技术污水及废水处理、海水淡化等深圳市裕同包装科技股份有限公司（裕同科技）低碳技术企业 EB固化、无溶剂复合技术等远大芯建数字科技有限公司（远大芯建）初创科技企业 BIM， MMO、碳数据等信息化高科技技术绿色包装钉钉、远程医疗云服务等AI+AR巡检系统、新一代人工智能计算与赋能平台等“ 数智 +” Saas循环管理平台助力阿里巴巴绿色物流、助力百度碳减排核算等振动膜生物反应器污水深度处理集成装备、碳排放监测监管平台等生物可降解包装、纸塑环保包装解决方案等目前，我国代表性科技企业在运用技术优势实现自身低碳发展的同时，将新技术与传统破密集型产业结合，辅助碳密集型产业低碳发展。部分代表性企业低碳技术类型及应用如下：企业名称企业类型代表性低碳技术技术应用领域技术应用案例绿色建筑远大不锈钢芯板、 5D建筑等资料来源：亿欧、公司公告等注：以上排名不分先后2.2.2“碳减排 ”技术：阿里云助力社会减碳工业大脑运用大数据、人工智能等数字技术，结合工业生产控制机理及传统控制技术，提升化石燃料的高效利用，实现降本增效，进而降低生产环节产生的碳排放量。智慧交通实时监测道路车流量和拥堵排队等参数，对全域的路口信号灯实现区域实时自适应控制，减少交通拥堵和相应的能源消耗和碳排放。首先利用数字化技术帮助政府做好碳监管；其次完成碳足迹追踪分析，利用 AI算法分析预测碳趋势；研究碳排放预测模型，通过沙盘推演帮助政府定目标、做决策；最后为碳交易服务做好支撑保障。 1）钉钉通过推广无纸化绿色办公、电子审批、电话会议、视频会议等在线办公方式，可以一点一滴累积降低碳排。 2）基于多元数据融合的数据中枢、 AI中台、和业务中台的数字政务平台让老百姓和企业办事少跑路进而降低碳排。资料来源：阿里云数字技术的创新与产业发展模式的变革，是构建新型生产方式的必经之路，阿里云在助力行业减排、支撑政府碳排放管理、低碳学习及工作方式等方面已有了很好的探索。运用数字技术助力社会减碳绿色制造降低工业生产碳排放案例：浙能锦江集团下属云南绿色能源有限公司日焚烧 1300吨固废垃圾；瀚蓝环境一期项目服务政府，支撑碳排干预基于阿里云城市大脑的数据技术和经验积累，与环境规划院合作打造 “碳大脑 ” 交通大脑支撑政府交通疏导案例：杭州单路口交通拥堵减少近 20%，通过提升通行速度和减少车辆排队时间降低碳排放人人减排，低碳工作和生活阿里钉钉的无纸化办公截至 2020年底，已累计降低碳排放 1100万吨2.2.2“碳减排 ”技术：商汤科技 AI及遥感技术