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走向零碳

北极星电力网新闻中心  来源:《中国华能》  作者:亨利·特里克斯  2019/1/10 13:55:12  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 氢能 天然气 煤炭

北极星火力发电网讯:坐在无人驾驶的电动特斯拉 S型车的驾驶座上,掠过挪威的森林和峡湾,这个星球的未来看起来相当不错。感觉几乎无需动手,就在一路通往一个“后化石燃料”的未来。挪威几乎所有发电都是零排放的,电来自奔流的瀑布、水坝和河流。

如果你去奥斯陆西侧三个小时车程的尤坎,化石燃料的替代品看起来就更容易实现了。早在 1928年,尤坎就已经在用水力发电生产迄今最好的潜在零碳选择之一——氢气。由氢燃料电池驱动的汽车现在开始出现在挪威的街道上。挪威和中国一样,都大大增加了对电动汽车的需求。但挪威国家能源公司 Equinor生产的烃类在2017年就产生了 3.1亿吨温室气体。这几乎与英国产生的二氧化碳总量一样多,而英国是挪威人口的 12倍。

这种同时存在的解决全球变暖的愿望和对化石燃料的依赖矛盾同样撕裂着整个世界,让能源系统脱碳变得太过缓慢。如果按照 2015年巴黎气候变化协议所做出的承诺来行动的话,到本世纪末,全球变暖将超过工业化前水平 3摄氏度,而不是各国同意努力争取的 1.5摄氏度至 2摄氏度。为了稳定全球气温,到大约本世纪中叶,人类必须停止向大气中净排放二氧化碳。

当务之急是推广零碳电力

可再生能源正在发展,它在去年吸收了两倍于煤炭天然气、石油和核能总和的发电投资。电动汽车的销售也在加速增长。据清洁能源咨询公司彭博新能源金融称,从 2014年中到2016年的 17个月里,全球乘用电动车数量从 100 万增加到 200 万辆,而今年仅用了 6个月就从 300万增加到了400万辆。

然而,去年全球能源系统仍然有85%的能源从化石燃料中获得。国际能源署(IEA)预计今年全球二氧化碳排放量将创下新纪录。为了减轻全球变暖的影响并减少严重危害全世界身心健康的空气污染,当务之急是鼓励推广零碳(“清洁”)电力和蓄电池。据估计,在未来 30年内,电力供应需要增加四倍。要生产这么多电,可再生能源、核电(更有可能在发展中国家而非发达国家推广)以及带二氧化碳捕集(CCS)装置的化石燃料使用都需要大幅增加。而这只是专家所说的“简单”的部分。

未来十年要进行氢能革命

要让不易使用电力和锂离子电池的经济部门脱碳会更难,例如重型运输、供暖和工业。2014 年(可获得数据的最近一年),这些“难以减碳”的行业产生了约 150亿吨二氧化碳,占总量的 41%,而整个电力行业的排放量为 136亿吨(见图表)。最大的工业排放源是水泥、钢铁和化工。

据联合国支持的专家组织政府间气候变化专门委员会(IPCC)称,为了将全球变暖限制在 2摄氏度以下,到 2050年,全球各行各业能源使用的总排放量必须比现在低 50%至 80%,如果温升上限定为 1.5摄氏度,则需要降低 75% 至 90%。即便如此,在整个 21世纪还需要从大气中提取数千亿吨的二氧化碳,即所谓的“负排放”工程。

二氧化碳看不见摸不着,又没有气味,所以相对于会导致酸雨的硫和氮氧化物等物质,它的影响更难想象。然而,其排放量是惊人的。钢铁和水泥行业产生的二氧化碳均超过了除中国和美国外的所有国家排放总和。每生产一吨水泥,会有近 0.75吨二氧化碳渗入大气。汽车和卡车对气候的影响更大。

加州大学欧文分校的史蒂芬·戴维斯的研究小组,利用一系列现有技术描绘了一个零净排放能源系统的构想。除电力和电池外,它还包括氢和氨、生物燃料、合成燃料、CCS,以及从大气中去除碳。氢可用于轻型和重型运输、供暖、炼钢,以及喷气式飞机用的合成燃料。CCS可用于供暖和水泥制造。

然而每种方法都有其优缺点。大规模制造、运输和使用氢气存在困难。在巴西和美国等地,乙醇等生物燃料已混入了烃类燃料,但能源作物存在与粮争地的现象,且其种植过程也会产生温室气体。无排放的合成燃料依赖大量氢气和一氧化碳来生产,而目前这两种气体还无法低成本供应。水泥等行业要靠 CCS脱碳,但用戴维斯的话来说,CCS却引发了环保主义者的“集体叹息”。

致力于使能源系统脱碳的人有一个大致的时间框架。他们说到 2025至2035年就会出现使用电池和氢动力的长途货车,以及靠氢燃料供暖的住宅。到 2030年代就可能出现为船舶和飞机开发的合成烃类。到 2040年代,CCS和氢气可大规模用于工业。到 2050年代将会通过大规模再造林或直接从空气中捕获碳排放来实现全面的碳去除。

不过,本报告仍然认为,能源部门脱碳的障碍并非不可克服。据 IPCC估计,在 2016年至 2035年之间,将温升控制在 1.5摄氏度内的年度成本约为2.4万亿美元,约占世界 GDP的 2.5%。去年,能源方面的总投资为 1.6万亿美元,主要投向煤炭、石油和天然气。全球机构能源转型委员会(ETC)主席阿达尔·特纳(Adair Turner)表示,到2050年,每年以零净排放运营那些“难以减碳”的行业将另外需要 1.2万亿美元的成本。“这个数字绝对会吓到你。但如果你回到 1850年去造铁路,我敢说你也会吓一跳。”

此外,这种转变所涉及的技术没有一件是新的。而且,与化石燃料不同,它们被用得越多,成本就越低,这就会鼓励尽可能多的行业去使用它们。氢可能是最有希望的解决方案,因为它是大规模电气化的最佳补充,也可用于重型运输、供暖和工业。

ETC在一份报告中表示,要实现零净排放,全球氢气产量需要从今天的每年约 6000万吨增加到本世纪中叶的 5亿至 7亿吨。麻省理工学院能源计划的研究负责人弗朗西斯·奥沙利文表示 :“我们也许会觉得蓄电池是转型中的头条。但最终它会成为氢能的副手。”为使氢能洁净,其中大部分必须来自于电解水,而它目前仅占氢产量的 5%(其余来自化石燃料的“蒸汽重整”)。这将需要大量低成本的零碳电力。如何提供这样的电力,加上让汽车电气化的电池,将是在未来十年中最紧要的大事之一。

(本文原载于2018年11月29日出版的《经济学人》,内容有删节)(责任编辑 杨心蓓)

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