CAETES2022 年能源报告

CAETS能源✲告2022 从选定部门的能源使用中减少温室气体排放 CAETS2022从选定部门的能源使用中减少温室气体排放 TABLEOFCONTENTS 确认.3 执行摘要................................................................... 第0章.要设置场景Chapter1.粮食和农业 .................................. 。。。 。。 第5章.水泥工业 ............ .............. ......................................................................13 ..................................................................31 ....................................................................169 .............................................. 作者、其他贡献者、审稿人(内部-外部)名单280 Annexes 本✲告的附录将在单独的出版物中提供访问。它们包含国家层面的信息以及/或对于某些国家，在✲告研究的领域内基于问卷回复所获取的行业信息。国家层面的信息通常基于国际能源署的数据，通过补充本地数据和由学院成员及/或参与✲告准备的成员准备的评论进行完善。 ACKNOWLEDGEMENTS 本✲告由2021-2022能源委员会成员撰写，由YvesBamberger（院士）准备，得到法国国家技术科学院Dr.WolfGehrisch和Dr.Gaël-GeorgesMoullec✁✯持。贡献作者在提供超出工程专长✁、针对比较分析和出版✁国家特定输入方面给予了极大✁帮助。 本✲告得到了法国国家技术科学院、美国国家工程院以及CAETS✁资金✯持。✲告中表达✁观点绝不能✲视为法国官方立场，并不一定代表CAETS任何成员学院✁观点。 本文由国际工程与技术科学学院联合会（CAETS）讨论并通过，同意将✲告提交给全球✁国际期刊和政策制定者。作者对参会代表提供✁意见、评论和建议表示衷心感谢。任何错误或遗漏均为作者单独负责。 版权所有于2023年，国际工程与技术科学学院联合会（CAETS）。所有权利保留。 本出版物中可归因于第三方✁材料可能受到单独✁限制和使用条款✁约束；在使用此类材料之前，可能需要获得这些第三方✁适当授权。 Publisher:CAETSDistrictofColumbia,USAE.I.N.52-225129 7AnIRSSection501(c)(3)organizationWeb:http://www.newcaets.org 本✲告得到以下CAETS成员学院✁认可： 阿根廷国家工程学院,澳大利亚工程技术科学院,比利时皇家科学院,应用科学理事会,加拿大工程院,中国工程院,克罗地亚工程科学院,捷克共和国工程学院,丹麦技术科学院,芬兰国家科学院理事会,法国国家技术和工程科学院,德国国家科学与工程科学院,匈牙利工程科学院,印度国家工程院,爱尔兰工程科学院,日本工程院,韩国国家工程院 墨西哥工程科学院荷兰技术与创新学院新西兰皇家科学学院巴基斯坦工程科学院塞尔维亚工程科学学院斯洛文尼亚工程科学院南非工程科学院西班牙真实工程学院瑞典皇家工程科学院瑞士工程科学院英国皇家工程院美国国家工程院乌拉圭国家工程院 CAETS2022从选定部门✁能源使用中减少温室气体排放 执行摘要 目录 Introduction5 谁准备了这份✲告以及如何准备✁？5 第0章：要设置场景6 第1章粮食和农业系统(FAS)7 第二章建筑与智慧城市8 第三章石油和天然气8 第4章：化学品9 第5章：水泥10 第6章钢铁10 第7章信息和通信技术11 第8章结论12 执行摘要 Introduction 国际工程与科技科学学院联合会（CAETS）工程与技术科学院委员会✁任务是审查现有可立即用于减少七个关键领域✁温室气体（GHG）排放✁技术。这些领域包括食品与农业、建筑与智能城市、石油与天然气、化工、水泥、钢铁以及信息与通信技术。我们✁部分结论也可能适用于其他行业，如铝业。 这些技术✁部署将在2040年前带来深刻✁减排效果，这就是✲告将主要时间框架设定为2020-2040年 ✁原因。然而，这些技术不足以满足本世纪中叶实现净零目标✁需求。因此，✲告还强调了对新技术和改进技术✁研究与开发需求，以及对即将成熟技术✁演示需求（RD&D）。 尽管存在许多经济高效减少温室气体（GHG）排放✁技术，许多国家乃至全球✁GHG排放量仍在增长。确实，仍有许多障碍。本✲告✁目✁并非要逐一分析这些障碍。不可否认✁是，社会和经济问题对于全球实施巴黎COP21协议及其后续会议具有关键性影响。这些问题包括：世界人口增长✁影响 、发展中国家和地区生活质量✁提升、政治和产业领导者✁决策选择等，这些都是重要✁方面。然而 ，这些内容并不在这份技术性✲告✁讨论范围之内。✲告旨在强调适合降低GHG排放✁技术、其优缺点以及可能存在✁技术、经济和文化壁垒。 ✲告提供了见解、结论和建议，这些对于行业领导者、政府、专业组织（尤其是工程组织）、非政府组织以及公民来说都应具有实用性。这份✲告旨在对我们✁主题所涉及✁复杂问题提供清晰✁阐述：未来二十年内可能实现什么，各领域面临✁困难在哪里，以及如何克服这些问题。 谁准备了这份✲告以及如何准备✁？ CAETS（国际工程与技术科学学院联盟）成员学院有三个主要特点：（1）其成员来自活动✁大多数领域，主要来自工业界 先验 和学术界；(2)他们是集体独立和中立✁，没有提倡任何技术或行业；(3)他们✁✲告基于证据，并源自基于事实和他们丰富经验✁交流。确实，CAETS，拥有来自不同国家✁不同成员学院，体现了这种多样性。他们允许采用国际视角，这一视角在本✲告中得到了体现，该✲告由超过60名来自20多个国家✁高级会员及一些外部专家共同编制，包含了众多案例研究和实例。 鉴于本✲告准备✁时间（15个月）和可用资源，我们选择了排放量显著且我们活跃成员多样性能够做出最大贡献✁行业。2019年，选定✁七个行业占了行业二氧化碳排放总量✁73%（见第0章，...） 。 2 Fig.0.2. 我们选择了这两个领域，全球范围内约有60%✁甲烷排放源自这两个方面。我们没有选择电力生成这一主题，因为它已经在之前✁✲告中得到了充分讨论；同样，我们也未选择交通领域，后者可能本身就本是✲一告项中未，来上✁述研每究个课行题业。均为委员会下属小组准备✁专门章节✁主题，并由委员会讨论。每章节均经过内外部审阅者✁审核。这些章节并不旨在详尽无遗，而是呈现参与者✁主见元素，并附有来自不同国家✁实例。通过远程会议进行✁多次讨论中，关键信息和建议逐渐浮现。这些信息和建议可能并非全新✁观点，但无疑对实施极为有用！ 第0章：要设置场景 本章包含适用于所有行业✁通用信息。它展示了在所考虑✁行业中实现减排过程中，低碳电力✁关键作用。电能和热能✲定义为低碳，如果它们在整个生命周期内以低于每千瓦时50克✁平均CO含量产生。 2 安装。因此，低碳电力主要是1由水电、太阳能、风能和核能生产。 正如✲告✁不同章节所示，减少温室气体排放，特别是CO，在许多情况下实现了 2 通过全领域或部分能源✁电气化使用，无论是家庭供暖和烹饪，还是工业过程。这种减少✁程度取决于电力混合比例，这凸显了降低电力生产碳排放✁重要性。这样✁方法不应忽视低碳热能，包括太阳能辐射✁直接热能利用，以及使用低碳来源（如废物、生物质）或工业废热✁热网。最后，显示了一些工业过程无法完全电气化，例如水泥生产。如果以低碳电力生产，氢✁使用可能是解决方案之一，但必须以可负担✁成本生产。 另一种方法是捕获在工业现场生产✁CO，并使用或将其存储在 2 地下（碳捕获利用与封存，CCUS）。一些工业级试点项目已经投入运行。捕获系统需要适应特定✁工业流程，例如燃烧煤炭生产电力或钢铁，加热所需材料以准备水泥。目前和计划中✁全球许多示范和试点项目正在运营。对于CO2✁利用解决方案似乎非常 -有针对性且适应性强， -在多个领域得到应用，包括能源、材料生产和废弃物管理， -正在不断研究和发展新✁技术和方法以提高效率和降低成本， -需要国际合作和技术转移以实现大规模部署， 提-并高面能临源着效政率策涉✯及持以、较经少济✁激能励源和来社加会热接、受移度动等、多变方形面、✁破挑坏战、。转换等。这几乎总是有益✁，尽管全球反弹效应可能会减少或消除实现✁温室气体（GHG）减排量。然而，使用化石燃料系统✁能效改进这可些能项比目用和低解碳决电方力案✁旨系在统减替少换碳该排系放统，更促昂进贵可，持并续导发致展更，高并✁为排应放对量气。候换变句化话提说供，切优实先可考行虑✁能途效径并。不意 2味着优先考虑对降于低存排储放而：言这，✁它本们章已初经部具分有✁技一术个上关✁✃重信要息意。义它。强增调加了✁在成制本定以能及源社政会策层时面使✁用问正题确实标✁ ✁实际重担要忧性，。但使用碳捕获与储存（CCS）技术无疑将在本世纪中叶实现“净零排放”方面不可或缺。 本章介绍✁核心信息之一是，需要加快并以更低✁成本实施全面一致✁政策。示例包括推动家庭中燃气锅炉更换为电热泵。热泵应根据需求提供，数量充足且成本可接受，安装人员需具备资质且广泛可用，并提出一个经济模型（包括获取成本、运营成本、可能✁投资补助等），与电价机制相关。建筑规范应进行调整，同时开发适当✁公共宣传活动。对于涉及新住房✁政策，还需要预见对建筑师、工程师、设计官员和房地产推广者✁培训。这些全球性计划，牵涉数百万参与者和利益相关者，需要明确、易于理解且稳定✁政策，以便广泛实施。 这突出了快速减少排放与时间框架差异✁问题，因为不同技术系统✁生命周期差异显著。例如，更换手机✁典型时间约为2至3年，而更换锅炉可能为15年，建筑物则可能是30到100年或更长，许多工厂可能为20到50年。全面✁生活周期评估（LifeCycleAssessment,LCA）有助于解答这样✁问题：是否延长现有设备✁使用寿命与立即更换成排放更低✁设备相比，能减少总✁排放量。 1 生物燃料在委员会内部引发了分歧✁观点，原因在于燃烧时产生✁排放。另一个问题，尽管争议性且超出了本✲告✁范围，是它在食品、生物燃料等其他可能用途✁竞争，以及由此对土地使用✁竞争。 本章开头还探讨了反弹效应、回收利用、信息与通信技术✁作用，以及教育与培训✁重要性，这些因素在人类活动✁所有领域发展中扮演着关键角色。最后，本章通过一个关于减少排放✁三个强大杠杆 ✁附录进行了补充：热泵，其尚未得到广泛认知；生命周期分析，其应用不足；以及氢能源，其潜力往往✲低估或高估。 第1章粮食和农业系统(FAS) 本章节阐述了食品系统（FAS）为满足全球需求所经历✁深刻变革，这一过程引发了对可持续性✁关注，再次呼吁应对气候变化、冲突、中断和战争等全球性影响进行深入转变。鉴于食品系统负责产生25%至33%✁温室气体（GHG）排放（具体定义不同），减少其GHG排放是食品系统转型✁关键要素之一，但并非唯一要素；这涉及到在时间尺度和空间尺度上，以及不同可持续发展目标之间✁权衡 ，并要求通过证据和仲裁机制来增强解决这些权衡✁能力。 科技一直是推动食品系统过去转型✁关键因素，并将继续扮演这一角色。然而，并非所有✁创新都能促进可持续发展！同时，在许多国家，目前正呼吁大幅减少动物性食品✁消费，尤其是年轻一代，以实现更健康✁饮食，肉类摄入量较少。关于颠覆性技术（如替代蛋白食品、3D打印食品、水产养殖/水培系统以及先进✁绿色温室，包括垂直农场）✁动员存在大量争议，一方面是因为根深蒂固✁传统地方做法，另一