“‘雙碳’目標提出之后,我國從碳達峰到碳中和,時間短、任務重。就交通運輸而言,碳中和的艱巨性格外明顯。”近日,在第一屆中國碳捕集利用與封存技術大會上,中國工程院院士、中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員賀泓透露,我國交通運輸行業(yè)的碳排放約占碳排放總量的10%?!拔覈煌ㄟ\輸行業(yè)的碳排放總量和占比可能還會持續(xù)增加,實現(xiàn)碳中和任務艱巨?!辟R泓說。
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那么,交通運輸行業(yè)要實現(xiàn)碳中和應該采取哪些技術對策?又將如何分步實施?
短期:實現(xiàn)二氧化碳與污染物協(xié)同減排
從2016年開始,我國新能源汽車實現(xiàn)快速增長,我國已成為全世界新能源汽車的第一大產(chǎn)銷國,截至2020年底,我國新能源汽車保有量約占全球的40%。但在貨運方面,柴油機仍是我國交通運輸?shù)闹饕獎恿碓?,也是交通污染物排放的主要來源?!敖窈笠欢螘r期內,提高內燃機的熱效率,實現(xiàn)二氧化碳與污染物的協(xié)同減排是交通運輸行業(yè)的一項重點工作?!辟R泓說。
從國一排放標準到國六排放標準,機動車污染排放控制已經(jīng)走過了20多年的歷程,國六階段的污染排放已趨近“凈零排放”。賀泓表示,此階段更加嚴格限制柴油燃燒排放的氮氧化物和顆粒物量值,柴油機顆粒捕捉技術與選擇性催化還原技術相結合,實現(xiàn)了柴油機排放控制關鍵技術及系統(tǒng)集成。從效果來看,國六標準下的新型內燃機氮氧化物凈化效率達到99%。
“今后,在即將制定的國七標準下,不僅要進一步執(zhí)行碳污協(xié)同減排路線,而且對二氧化碳也要提出限制指標,污染物將實現(xiàn)‘凈零排放’。”賀泓介紹,這就要求發(fā)動機要進一步提高燃燒效率,結合更高效的排放后處理和熱管理技術,實現(xiàn)柴油機二氧化碳和氮氧化物排放的高效協(xié)同減排。
中期:發(fā)展碳中和綠色燃料合成技術
由于柴油為化石燃料,前期不管怎樣進行碳污協(xié)同減排,二氧化碳始終無法實現(xiàn)“凈零排放”。要實現(xiàn)碳中和,交通運輸行業(yè)需要在燃料和燃燒工藝上不斷創(chuàng)新,發(fā)展碳中和綠色燃料合成技術以及碳中和內燃機技術。
當前,已有兩種碳中和燃料在規(guī)?;瘧谩R环N是生物柴油,另一種是生物質乙醇。數(shù)據(jù)顯示,2017年,全球生物燃料能源為970億千瓦時,其中生物質乙醇占64%,生物柴油占29%。
賀泓介紹,生物柴油來自動物或者植物的油脂,比如地溝油制生物柴油就是“變廢為寶”的很好案例。但由于來源量小,導致生物柴油的應用規(guī)模受到限制。
而生物質乙醇就沒有來源的困擾。賀泓說,生物質乙醇一方面可以來自糧食,另一方面也可以來自秸稈、木材等纖維素類物質。2000年,我國便開始用玉米、小麥等戰(zhàn)備陳化糧建設年產(chǎn)102萬噸的生物質乙醇生產(chǎn)裝置,2019年生物質乙醇生產(chǎn)裝置已達到年產(chǎn)284萬噸。這一措施使得中國成為全球生物質乙醇的第三大生產(chǎn)國和使用國。
“未來的發(fā)展空間,一定是非糧的生物質。”賀泓表示,在這方面,我國也取得了長足發(fā)展。生物發(fā)酵專家、中國工程院院士岳國君帶領團隊研發(fā)了纖維素乙醇技術并建設了萬噸級示范裝置?!八麄兊募夹g可以讓5噸的秸稈產(chǎn)出1噸的生物質乙醇。目前生物質乙醇的成本要比化石燃料高一些,下一步還要繼續(xù)降低成本,這是科研人員努力的方向。”賀泓說。
遠期:探索開發(fā)“太陽燃料”解決未來能源問題
“‘太陽燃料’是解決人類未來能源和生態(tài)環(huán)境問題的理想途徑?!辟R泓說,“太陽燃料”就是利用太陽能等可再生能源將水和二氧化碳轉化為甲醇燃料。
如今,利用太陽能將水采取電離方式轉化為氫氣的技術已經(jīng)非常成熟。僅管氫不易儲存,但是可以與二氧化碳結合,可以制成各種化學品或者燃料,比如甲醇。
雖然甲醇燃燒時會排放二氧化碳 ,但甲醇是由氫氣和捕集來的二氧化碳化合生成的,其生產(chǎn)過程是負碳過程,因此二者正好實現(xiàn)碳中和。
賀泓表示,當前氫燃料電池技術也在積極進行探索。未來,基于綠氫與二氧化碳捕集的碳中和燃料、基于生物質轉換的碳中和燃料等都有可能成為交通運輸行業(yè)碳中和的重要路徑。
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