中國(guó)已全面確立2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)，作為國(guó)家批準(zhǔn)的低碳試點(diǎn)城市之一，成都市委十三屆八次全會(huì)就提出要構(gòu)建綠色低碳生活圈，力爭(zhēng)在全國(guó)率先建成碳達(dá)峰碳中和示范城市。
什么是碳中和？
從大的層面來(lái)講，碳中和指所排放的二氧化碳和吸收利用的二氧化碳達(dá)到平衡，涉及碳減排、碳零排和碳負(fù)排技術(shù)。碳減排即以提高效率的方式來(lái)減少對(duì)傳統(tǒng)化石資源的消耗，從而減少排放；碳零排即采用風(fēng)能、水能、光能、生物質(zhì)能源等沒(méi)有排放的一次能源。然而，現(xiàn)實(shí)是，我們不可能完全杜絕使用地下化石資源，因此就需要碳負(fù)排技術(shù)，將已經(jīng)產(chǎn)生的二氧化碳加以轉(zhuǎn)化利用。
“實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)，碳零排和碳負(fù)排是關(guān)鍵�！敝袊�(guó)科學(xué)院成都生物研究所生物質(zhì)能源項(xiàng)目組李東博士表示。其團(tuán)隊(duì)歷時(shí)五年研發(fā)的POWER TO GAS（可再生電轉(zhuǎn)生物天然氣）技術(shù)，可捕獲工廠和沼氣池產(chǎn)生的二氧化碳，利用可再生電水解制氫，再將氫氣用于還原沼氣中的二氧化碳，使二氧化碳變?yōu)榧淄�，“完全可以替代天然氣使用”�?
從碳零排技術(shù)到負(fù)排放技術(shù)
“碳中和并不是一個(gè)新鮮的詞。”李東介紹，早在2008年，其團(tuán)隊(duì)就已從事碳減排領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)。一開(kāi)始，團(tuán)隊(duì)研究方向是“城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物資源化利用”，這是一種碳零排技術(shù)。后來(lái)他們發(fā)現(xiàn)，僅僅是零排放還不夠，必須抵消已經(jīng)產(chǎn)生的二氧化碳，因此就開(kāi)始鉆研負(fù)排放技術(shù)。
“生物質(zhì)能源+二氧化碳捕獲和儲(chǔ)存(Bioenergy with CO2 capture and storage)是重要的碳中和技術(shù)之一。歐洲國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明，生物甲烷和氫氣是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期氣候目標(biāo)的重要技術(shù)�！崩顤|提到，從我國(guó)的情況來(lái)看，我國(guó)是人口大國(guó)和農(nóng)業(yè)大國(guó)，對(duì)能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)有著極大的需求。雖然我國(guó)擁有極其豐富的各類生產(chǎn)生活有機(jī)廢棄物等生物天然氣資源，但對(duì)天然氣進(jìn)口的依賴程度仍日益擴(kuò)大。
2019年12月4日，國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)生物天然氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出到2025年，國(guó)內(nèi)生物天然氣具備一定規(guī)模，形成綠色低碳清潔可再生燃?xì)庑屡d產(chǎn)業(yè)；到2030年，生物天然氣實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展，規(guī)模位居世界前列。“然而，目前的生物天然氣主要是通過(guò)沼氣提純獲得，即將沼氣中40%左右的二氧化碳分離排放到大氣中，這不僅造成大量溫室氣體排放，還嚴(yán)重浪費(fèi)碳資源。”李東說(shuō)。
另一方面，我國(guó)是電力大國(guó)，擁有豐富的水電、光伏電、風(fēng)電等電力資源，但電力的大規(guī)模儲(chǔ)存較為困難，通過(guò)電解水制氫可以實(shí)現(xiàn)電能的大規(guī)模儲(chǔ)存。氫氣雖然是一種清潔能源，然而，與已經(jīng)建立起完善的輸配管網(wǎng)和終端利用設(shè)施的天然氣相比，我國(guó)氫利用尚處于分布式小規(guī)模試點(diǎn)，輸配管網(wǎng)未建立、終端利用設(shè)施不完善。
同時(shí)，他提到，我們的社會(huì)是一個(gè)碳基社會(huì)，人們的吃、穿、住、用、行，乃至人類生命體均離不開(kāi)碳。
“可再生電轉(zhuǎn)生物天然氣”技術(shù)處于中試階段
正是基于上述溫室氣體減排、缺氣富電的能源結(jié)構(gòu)、氫氣利用體系尚不完善、碳基社會(huì)屬性的背景，2016年，李東提出可再生電能轉(zhuǎn)碳基資源耦合CO2捕獲利用技術(shù)，即POWER TO X技術(shù)，X可以是碳基能源、化學(xué)品、食品和材料等。通俗來(lái)講，就是通過(guò)可再生電能，將CO2轉(zhuǎn)化成新的可利用碳基資源。
在POWER TO X技術(shù)體系下，以POWER TO GAS（可再生電轉(zhuǎn)生物天然氣）為例，利用可再生電水解制氫，再將氫氣用于還原沼氣中的二氧化碳，使二氧化碳變?yōu)榧淄椋巴耆梢蕴娲烊粴馐褂谩�，不僅省去生物天然氣生產(chǎn)所需的二氧化碳分離設(shè)備，還減少二氧化碳排放、增加生物天然氣產(chǎn)量。通過(guò)該技術(shù)，將不方便輸配和利用的氫轉(zhuǎn)化為方便輸配和利用的天然氣，將無(wú)法大規(guī)模儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為可以大規(guī)模儲(chǔ)存的天然氣，將可再生電轉(zhuǎn)化為碳基資源并實(shí)現(xiàn)溫室氣體二氧化碳的生物固定利用。
當(dāng)然，該技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景是在有二氧化碳排放源的地方，比如有二氧化碳排放的工廠、有大型沼氣工程的地方。
李東透露，目前，該技術(shù)正處于中試階段，團(tuán)隊(duì)正與相關(guān)企業(yè)接洽推進(jìn)示范，未來(lái)或?qū)⑦M(jìn)行大規(guī)模推廣�！霸摷夹g(shù)最終成本取決于電價(jià)�！崩顤|說(shuō)，四川80%的電能為水電，優(yōu)勢(shì)就在于有豐富的水電資源。
值得一提的是，除了POWER TO GAS，在POWER TO X技術(shù)體系下，李東及其團(tuán)隊(duì)還在研究POWER TO Protein（電轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)）等項(xiàng)目。未來(lái)，或?qū)⒂懈喑晒霈F(xiàn)。
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