美国实现2050年气候目标的创新

目录 关于机构间进程4 净零创新组合的必要性4 全政府净零创新战略5 Net-ZeroGameChangers6 净零游戏规则改变者的潜在好处7 持续努力9 附录A：Net-ZeroGameChangers跨机构工作组10 附录B：Net-ZeroGameChangers说明10 U.S.INNOVATIONTOMEET2050CLIMATEGOALS:ASSESINGINITI 2ALR&DOPPORTUNITIES 启动Net-ZeroGameChangersInitiative的五个优先事项 拜登-哈里斯政府致力于支持改变游戏规则的创新，以实现其气候目标-包括美国S.到2030年将温室气体（GHG）排放量从2005年的水平减少50-52％，以及至迟于2050年达到净零排放的国家目标。政府成立了一个机构间工作组，以确定，优先考虑和加速改变游戏规则的净零技术的创新。工作 组首先确定了37个净零研发机会，这些机会在本报告中进行了描述。.行政当局随后将五个领域列为优先事项1启动“网络零游戏改变者计划”: 高效的建筑供暖和制冷包括全球变暖潜势较低的制冷剂； 净零航空，与常规航空，包括电动和混合动力飞机以及可持续航空燃料生产具有成本竞争 力； 零网电网与电气化包括先进的输配电系统； 规模聚变能，与传统能源相比具有成本竞争力；以及 实现零净循环经济的工业产品和燃料包括安全的供应链和生产低碳钢、铝、水泥、化学品 、工业热、清洁水和电燃料的替代途径。 这些解决方案都是关键领域，变革性进展可以帮助美国实现2050年气候目标并支持全球脱碳。它们建立在联邦机构现有的清洁能源优先事项上，如能源部(DOE) EnergyEarthshotsTM，这是实现2030年减排目标所必需的。这组优先事项将加强美国创新生态系统 ，跨越经济部门和 U.S.政府研发（R&D）计划。优先事项包括近期获胜的机会，通过Jstice40倡议对服务不足的社区的投资以及能源系统的长期转型。利用美国的力量S.科学机构，包括历史悠久的黑人学院和大学以及少数族裔服务机构，净零博弈改变者倡议使下一代清洁能源劳动力的发展看起来像美国。 通过包容性和有意的创新，这些最初的五个优先事项可以带来显著的共同利益并促进环境正义，增强能源安全，确保美国在下一代能源技术中的领导地位，并在美国增加高薪工作。作为加速这些优先事项的快速创新的第一步，拜登-哈里斯政府是： 加强创建这些关键气候解决方案的联邦部门和机构之间的协调，从美国无与伦比的公共和私人创新生态系统中汲取专业知识； 从早期研究到广泛部署这些游戏改变者的路线图途径；以及 利用根据《两党基础设施法》，《CHIPS和科学法》和《降低通货膨胀法》进行的清洁能源创新投资。 U.S.INNOVATIONTOMEET2050CLIMATEGOALS:3 关于机构间进程 本文档的创建是通过NetZeroGameChagers工作组下的机构间流程进行协调的。该小组是国家气候工作组气候创新工作组的子集。净零游戏规则改变者工作组由白宫办公室气候政策办公室，科学和技术政策办公室以及管理和预算办公室共同主持，包括附录A中列出的部门和机构的成员。 技术清单及其评估是联邦部门和机构进行有力讨论的结果。然而，这不应被视为改变游戏规则的技术的最终或详尽列表。其中许多技术的商业部署对于美国实现2050年净零排放目标至关重要。正在进行的评估当前支持水平和分析差距的工作将有助于确定适当的投资水平。本报告中的任何内容均不得解释为损害或以其他方式影响管理和预算办公室主任与预算，行政或立法提案有关的职能。 净零创新组合的必要性 将升温限制在工业化前水平以上1.5℃是美国国内努力以及与国际伙伴合作的官方目标。今天，美国和其他80多个国家-占2019年全球温室气体排放量的近75％-已承诺在本世纪中叶左右实现温室气体净零排放。2如果履行这些承诺和其他承诺，世界可能会走上一条道路将变暖限制在小于2oC.3,4 。 为了将变暖限制在1.5oC，将需要更快的技术创新，扩大规模，商业化和部署。成功将需要对当今的能源系统进行几乎完全的转变-依赖于排放二氧化碳的化石燃料(CO2）以满足全球80％的需求-依赖零排放或负排放技术。成功还需要解决与工业，农业和土地管理相关的排放问题。 在全球范围内，国际能源署（IEA）预测，到2050年[实现净零所需的]近一半的削减来自目前处于演示或原型阶段的技术“。5此外，在不考虑排放成本的情况下，实现净零排放所需的许多技术无法与现有的化石技术竞争。因此，需要技术创新来降低成本，使清洁能源在美国和全 球都成为一个容易的选择。 为了履行其气候承诺，美国有一个三重行动计划（如图1所示）来投资： 1.早期研发一系列改变游戏规则的创新，以确保一套足够的技术，在2050年之前可靠、经济 、公平地实现净零排放； 2.演示和早期部署当今可用的技术，但不是商业规模；和 3.政策措施，包括监管和财政激励措施，以加快部署和采用当今可用的技术。 4U.S.INNOVATIONTOMEET2050CLIMATEGOALS: 图1:到2050年实现温室气体净零排放所需的技术三战略 最近的三项联邦法律共同努力，迅速推进这些目标：2022年的CHIPS和科学法案扩大了研发预算权限，其中可以包括早期的净零创新；2021年的两党基础设施法可以证明清洁氢，碳去除和其他改变气候的基础设施，并在几年内拨款;和2022年的通货膨胀减少法案通过税收抵免，贷款担保，赠款和 回扣将清洁能源技术推向市场加速部署。虽然美国继续展示和部署更成熟的技术，但本报告侧重于需要。保持新兴技术的强大的早期开发管道这将使达到净零变得更容易或更便宜。 预计到20226年，全球GDP的13％用于能源，每年的投资超过2万亿美元（其中一半以上用于清洁能源），7这种百年一遇的转型带来的经济机会是巨大的。世界各地的国家和公司都准备抓住这一机会，并且在脱碳的未来中争夺技术领先地位的竞赛正在顺利进行通过扩大公共和私营部门对 气候和清洁能源创新的投资，以及迅速扩大商业化和制造业的支持性政策，美国可以在21世纪的 气候和能源行业中引领世界。 本文档总结了美国在改变游戏规则的净零技术中识别、优先考虑和加速创新的国家方法解决气候危机 ，支持国家安全，推进美国在未来全球经济中的领导地位，促进公平和正义。 全政府净零创新战略 到2050年解决每个排放源将需要前所未有的努力，规模和创造力温室气体排放来自美国的每个部门S.经济：运输，发电，工业，家庭和企业以及农业。许多美国S.联邦机构可以发挥关键作用，因为它们拥有独特的研发能力，专业知识，监管机构和采购权力，使它们能够为制定和实施净零排放途径做 出贡献。通过协调这些努力，美国S.政府可以增加现有投资的影响，填补创新缺口，并建立具有竞争力的净零创新生态系统，从而提供可持续，公平，具有成本效益和安全的能源系统。 这是一份生动的文件，概述了美国至迟在2050年实现温室气体净零排放经济目标所需的关键技术创新，并支持其他 U.S.INNOVATIONTOMEET2050CLIMATEGOALS:5 世界各国在做同样的事情。气候创新工作组将不断向国家气候工作队通报不仅是净零技术的温室气体减排潜力，而且还有与环境、公平和正义、经济和安全相关的潜在利益和挑战——代表首次对联邦净零研发努力进行多属性评估。 Net-Zero游戏改变者 本报告的重点是确定新兴技术有望在2050年之前改变通往零净经济的道路上的游戏。游戏改变者包括以下内容。 新技术：目前没有商业采用的技术或方法，以新的方式使用物理，化学，生物或其他过程来产生能量或提供能量服务（例如，聚变能）。 显着改进的技术：现有技术或方法的颠覆性变化，将使扩大和部署显着更有效，更便宜和更快（例如，直接空气捕获或有效的水处理工艺）。 关键使能技术：有助于将新的或显著改进的技术集成到能源系统中的新技术或方法（例如，分布式能源资源管理）。 多目标技术：新的，显着改进的或关键的使能技术，同时实现了向净零排放的过渡，并显着改善了供应链，能源安全，公平的能源获取，8或现有技术或方法中的其他弱点(例如，先进的电池化学、供应链和回收利用)。 由于气候危机的紧迫性和挑战的规模，美国必须投资于多种技术途径以实现净零。因此，需要多元化的投资组合来确保成功履行我们的气候承诺，并抓住美国工业引领全球能源转型的机会。这样的投资组合必须涵盖高风险，高回报的技术（例如聚变能），以降低风险，必要的技术（例如低成本的 远离家庭的车辆充电）。它还必须包括需要进一步改进的新生技术和更成熟的技术。 此外，虽然不是本文的重点，但现有的光伏（PV）太阳能，陆基风能，能源效率，电动汽车和其他商用技术等解决方案仍将是脱碳的主要驱动力。这些技术应在研究，开发，演示和部署连续过程中获得强大的资金，以通过持续的成本和性能改进来增加其影响。这将确保美国S.全球气候目标可以实现，气候变化的最严重影响可以避免。此外，保持对基础科学和基于发现的研究的强劲投资至关重要 ，这将继续为未来创造新的选择。 Inthisfirstiterationofthisreport,theNet-ZeroGameChangersWorkingGroupidentifiedtheinnovationsshowninFigure2.Somegamechangers—referredtoascross-cuttinginnovations -可以消除来自多个来源的排放（例如，净零电网和生物燃料）。 6U.S.INNOVATIONTOMEET2050CLIMATEGOALS: Otherinnovationsaddressaparticularend-usesectorsuchasnet-zerosteelandconcrete.Thediverseportfolioofsolutionsbetweencross-concludeandsector-specificinnovations-could为消除整个地区的大多数（如果不是全部）排放提供选择 美国经济，以及消除CO2从大气中。 图2:在整个美国机构间确定的37个净零游戏改变者的投资组合 分类为交叉的创新（以灰色显示）影响经济的多个部门，因此有助于脱碳能源系统的基础。颜色代表每个解决方案地址的部门，如标题所示。有关每个净零游戏改变者的完整描述，请参见附录B。 净零游戏规则改变者的潜在好处 图3中总结了游戏规则改变者及其潜在影响。参与机构的专家对所有改变游戏规则的人进行了定性评估，以确定如果他们达到既定的成本和绩效目标，他们对环境，经济，公平和安全的潜在利益。因此 ，这不是对成功可能性的评估，这种可能性可能会有很大差异，而只是对每个成功的影响的评估。根据此评估，这些游戏改变者被分类为转型，广泛或有针对性的定义如下。 U.S.INNOVATIONTOMEET2050CLIMATEGOALS:7 转型影响：这些创新具有最大的全系统和交叉效益，并将在减排，环境质量，正义与公平，经济以及安全性和可靠性方面带来重大进展。 广泛的影响：这些创新对一个或多个经济部门有好处，并将导致几个目标的进步。 有针对性的影响：这些创新对有针对性的经济分部门有好处。 这种分类并不意味着广泛和有针对性的技术不如转型技术值得投资。相反，它们在实现我们的气候目标方面发挥了重要但更有限的作用。气候危机的紧迫性需要完整的解决方案组合来确保成功。 图3:识别具有转型、广泛和目标影响的净零创新 请注意，这些技术按扇区分组，并按字母顺序显示。 这是一个迈向协调和加速的国家净零创新战略的第一步。由于这是一份活生生的文件，创新清单将随着技术的进步和市场的发展而更新。进一步的分析将确定需要更新或扩大美国政府努力的创新。 8U.S.INNOVATIONTOMEET2050CLIMATEGOALS