瞻觀前沿

研究人員開發(fā)了一種利用銅和納米晶氮化碳的陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)工藝，可有效地將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，這標(biāo)志著朝著可持續(xù)燃料生產(chǎn)和二氧化碳減排邁出了重要一步。

來(lái)自諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院、伯明翰大學(xué)、昆士蘭大學(xué)和烏爾姆大學(xué)的一個(gè)國(guó)際研究小組設(shè)計(jì)了一種由錨定在納米晶氮化碳上的銅制成的材料。銅原子嵌套在納米晶體結(jié)構(gòu)中，允許電子從氮化碳移動(dòng)到CO 2 ，??這是在太陽(yáng)輻射的影響下從CO 2生產(chǎn)甲醇的重要步驟。該研究已發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的《可持續(xù)能源與燃料》雜志上。

該研究小組的共同領(lǐng)導(dǎo)者、諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究員 Madasamy Thangamuthu 博士表示：光催化中使用的材料種類繁多。光催化劑高效吸收光并分離載流子非常重要。在我們的方法中，我們?cè)诩{米尺度上控制材料。我們開發(fā)了一種具有晶體納米級(jí)域的新型氮化碳，可以實(shí)現(xiàn)與光的有效相互作用以及充分的電荷分離。

在諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作的博士生塔拉·勒梅西爾(Tara LeMercier)表示：我們測(cè)量了光產(chǎn)生的電流，并將其作為判斷催化劑質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。即使沒有銅，新型氮化碳的活性也比傳統(tǒng)氮化碳高44倍。然而，令我們驚訝的是，每1克氮化碳僅添加1毫克銅，該效率就增加了四倍。最重要的是，選擇性從另一種溫室氣體甲烷轉(zhuǎn)變?yōu)橛袃r(jià)值的綠色燃料甲醇。

諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授安德烈·赫洛比斯托夫 (Andrei Khlobystov) 表示：新催化劑的一大優(yōu)點(diǎn)是它由可持續(xù)元素組成——碳、氮和銅——這些元素在我們的星球上都非常豐富。

這項(xiàng)發(fā)明代表了深入了解二氧化碳轉(zhuǎn)化中的光催化材料的重要一步。它開辟了一條創(chuàng)造高選擇性和可調(diào)節(jié)催化劑的途徑，通過在納米尺度控制催化劑可以得到所需的產(chǎn)物。

圖片來(lái)源：諾丁漢大學(xué)

技術(shù)價(jià)值觀察

目前，我國(guó)碳中和產(chǎn)業(yè)鏈核心產(chǎn)業(yè)架構(gòu)從碳排放到碳吸收大致可劃分為三部分，前端加強(qiáng)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，用低碳替代高碳、可再生能源替代化石能源;中端提升節(jié)能減排水平，包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、提升能源利用效率、加強(qiáng)低碳技術(shù)研發(fā)及完善低碳發(fā)展機(jī)制等;后端增強(qiáng)資源循環(huán)利用水平，落實(shí)生產(chǎn)者責(zé)任制度，促進(jìn)資源品的回收再利用;自然循環(huán)端加強(qiáng)生態(tài)碳匯，包括開展國(guó)土綠化行動(dòng)，增加森林面積和蓄積量，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)修復(fù)，增強(qiáng)草原、綠地、湖泊、濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力，增加碳吸納量。

研究人員開發(fā)出新型氮化碳，這是一種光催化材料，活性比傳統(tǒng)氮化碳高44倍，能夠?qū)⒍趸嫁D(zhuǎn)化為綠色燃料甲醇。因此，從碳中和產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的中端環(huán)節(jié)，對(duì)節(jié)能減排環(huán)節(jié)產(chǎn)生較大的影響

宏觀市場(chǎng)觀察

——全球碳排放情況

21世紀(jì)以來(lái)，全球碳排放量增長(zhǎng)迅速，2000-2019年，全球二氧化碳排放量增加了40%。據(jù)英國(guó)石油公司(BP)發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒(第70版)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2013年以來(lái)，全球碳排放量保持持續(xù)增長(zhǎng)，2019年，全球碳排放量達(dá)343.6億噸，創(chuàng)歷史新高。

2020年，受全球新冠肺炎影響，世界各地區(qū)碳排放量普遍減少，全球碳排放量下降至322.8億噸，同比下降6.3%。

——中國(guó)碳排放持續(xù)增長(zhǎng)

碳達(dá)峰與碳中和兩者的目的與意義都是限制碳排放量。科學(xué)研究表明，過量的碳排放會(huì)導(dǎo)致全球氣候變暖、溫室效應(yīng)，以及出現(xiàn)極端惡劣天氣。其中溫室效應(yīng)是最為直接且嚴(yán)重的問題。2020年，大氣中的二氧化碳濃度超過了400ppm，全球地表平均溫度比19世紀(jì)的基線升高了約1.25°C，比1981年至2010年的參考期升高了0.6°C，逼近2016年的最熱紀(jì)錄。因此控制碳排放量有長(zhǎng)遠(yuǎn)且重要的發(fā)展意義。

據(jù)英國(guó)石油公司(BP)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2009-2019年，我國(guó)碳排放量由77.1億噸提升至98.3億噸，穩(wěn)居世界第一。2020年由于我國(guó)疫情防控得當(dāng)，各行業(yè)較快復(fù)蘇，碳排放量達(dá)到99.7億噸，同比增長(zhǎng)1.4%。2021年，受復(fù)工復(fù)產(chǎn)疊加極端天氣頻發(fā)導(dǎo)致的電力需求上漲，2021年中國(guó)碳排放總量再次增加，達(dá)到105.9億噸。

——碳中和采取兩大發(fā)展路徑、三步走發(fā)展策略

根據(jù)我國(guó)碳排放產(chǎn)業(yè)的分布，碳排放大部分是來(lái)自發(fā)電和工業(yè)端，其次是交通行業(yè)，而農(nóng)業(yè)與商業(yè)占比較少。實(shí)現(xiàn)碳中和的路徑可以拆分為兩個(gè)部分：可避免的排放和不可避免的排放。

在不可避免的方向上，國(guó)家提出優(yōu)先解決電力生產(chǎn)過程的碳排放，進(jìn)而完成燃油車向電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)深度脫碳。在不能完全避免排放的領(lǐng)域，可通過碳捕捉、利用、封存技術(shù)(CCUS)或者通過森林、海洋進(jìn)行自然吸收，最終實(shí)現(xiàn)碳中和。

從目前我國(guó)碳排放發(fā)展情況來(lái)看，我國(guó)碳中和基本確定三步走策略，首先在2030年完成碳達(dá)峰;其次在2045年前快速降低碳排放;最后在2060年實(shí)現(xiàn)深度脫碳，實(shí)現(xiàn)碳中和。

——人工光合作用為碳中和前沿技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)之一，能量轉(zhuǎn)換為技術(shù)重點(diǎn)

碳中和目標(biāo)背景下，我國(guó)加快低碳技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推廣。其中，上海市2021年度科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃科技支撐碳達(dá)峰碳中和專項(xiàng)第一批項(xiàng)目申報(bào)指南中，人工光合作用為前沿技術(shù)專題之一。

人工光合作用(artificial photosynthesis，AP)是模仿生物自然光合作用的一類化學(xué)過程，將陽(yáng)光、水及二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物與氧氣。其中，將水轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣的光催化水分解技術(shù)是人工光合作用的主要研究方向。目前已有電動(dòng)汽車使用人工光合作用供氧的燃料電池。

——企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)情況

在碳中和產(chǎn)業(yè)中參與企業(yè)眾多，每個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者各不相同。如三峽能源、隆基股份、長(zhǎng)江電力則是專注于碳中和產(chǎn)業(yè)鏈中的能源替代，包鋼股份、河鋼股份、海螺水泥則是專注于碳中和產(chǎn)業(yè)鏈中的節(jié)能減排，福建金森和遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保則是碳吸收領(lǐng)域的代表性企業(yè)，中成碳資產(chǎn)和恒生電子是碳交易領(lǐng)域的代表性企業(yè)。

——碳中和未來(lái)投資情況

國(guó)內(nèi)許多機(jī)構(gòu)均對(duì)碳中和下的新增直接投資做了測(cè)算，其中中國(guó)投資協(xié)會(huì)發(fā)布的《零碳中國(guó)·綠色投資藍(lán)皮書》中測(cè)算 碳中和相關(guān)的投資規(guī)模約70萬(wàn)億;清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院預(yù)測(cè)投資規(guī)模在127.2-174.4萬(wàn)億之間;國(guó)家發(fā)改委價(jià)格監(jiān)測(cè)中心研究人員預(yù)測(cè)碳中和新增投資將超過139萬(wàn)億元。綜合各家結(jié)果，認(rèn)為《零碳中國(guó)·綠色投資藍(lán)皮書》的測(cè)算相對(duì)保守，而清華大學(xué)和發(fā)改委價(jià)格檢測(cè)中心的測(cè)算結(jié)果大致相同。綜合后，碳中和帶來(lái)的相關(guān)投資總額或在140萬(wàn)億左右。

中國(guó)碳中和技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與碳中和關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和華北地區(qū)，并且以廣東、北京、山西地區(qū)為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來(lái)布局碳中和技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南、華北地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點(diǎn)關(guān)注廣東省深圳市福田區(qū)、北京市海淀區(qū)、山西省太原市迎澤區(qū)所處碳中和的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對(duì)于碳中和的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場(chǎng)的潛力空間。

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標(biāo)簽： 中和 排放量 氮化 隨筆