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美国能源部发布“工业脱碳路线图” | 五个行业四个途径减少碳排放

碳中和&能源交流群 | 2022/09/23 17:40

新知达人, 美国能源部发布“工业脱碳路线图” | 五个行业四个途径减少碳排放

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9月7日,美国能源部 (DOE) 发布“工业脱碳路线图”,确定了减少美国制造业工业排放的四个关键途径。路线图强调了大幅减少工业部门碳排放和污染的紧迫性,并为工业和政府提出了一个分阶段的研究、开发和示范方案。

据悉,美国能源部报告确定了美国工业关键部分脱碳的路径,并在拜登总统的气候计划之上、宣布提供1.04亿美元资助碳减排技术,包括620亿美元基础设施法案,以及减少通货膨胀法中100亿美元用于清洁能源制造业税收抵免和58亿美元用于工业设施,同时通过在工业设施附近社区建设新的监测设施等。


美国能源部工业脱碳路线图

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(数据来源:“2021年年度能源展望与2050”,美国能源信息管理局,2021年2月3日。注:路线图分析仅涵盖部分化学品(氨、甲醇、乙烯和BTX)以及食品和饮料子行业。)


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按经济部门划分的美国一次能源

相关CO₂排放量

2020年, 美国 工业领域的 一次能源相关CO2排放量13.6亿吨、占30%。从工业脱碳路线图来看,重点关注五个二氧化碳排放量最高、对工业碳排放影响最大的行业,即:炼油、化工、钢铁、水泥以及食品和饮料。这些行业约占美国工业部门与能源相关的CO2排放量的51%,占美国经济范围内CO2总排放量的15%。

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01 化工制造业

美国化工制造业非常多样化,在过去十年中取得了显着增长。为了帮助化工制造业实现净零碳排放目标,具体执行措施包括:

  • 1.开发低温预加热解决方案并提高热能使用的有效性,以提高整个系统的能源效率;

  • 2.扩展先进的催化剂和反应器系统,以提高反应性能,同时减少碳排放和提高能源效率;

  • 3.提高电气化水平并使用氢气、生物质或废物作为制造燃料和原料;

  • 4.提高材料利用效率,增加材料循环利用。

02  石油精炼

大多数美国炼油厂的 CO2排放来自五个大型能源消耗过程,即加氢裂解、常压蒸馏、催化裂化、蒸汽甲烷重整和再生催化重整。这些过程代表了炼油厂减少CO2排放的最具成本效益的研发方向。为了帮助实现净零目标,炼油行业可以:

  • 1.提高现场蒸汽和发电的工艺和能源效率;

  • 2.通过引入核热和电力、清洁电力、清洁氢或生物燃料等低化石碳源,降低能源和原料的碳足迹;

  • 3.捕获CO2以供长期储存或利用。

03 钢铁

钢铁制造业是全球能源密集型行业之一。使用煤炭作为原料、通过化学还原反应生产钢铁的方法,使得该行业成为温室气体排放量最高的行业之一。为帮助实现净零目标,钢铁行业可以:

  • 1.扩大工业电气化,向低碳和无碳燃料过渡;

  • 2.氢钢生产、铁矿石电解以及碳捕获和利用储存(CCUS)等变革性技术的试点示范;

  • 3.提高材料利用率率,增加材料循环利用;

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(2015-2050年美国钢铁工业二氧化碳排放量预测)

04 食品和饮料

食品和饮料行业是美国经济的重要组成部分,也是美国最大的能源消耗和温室气体排放行业之一。为了帮助实现净零目标,食品和饮料行业可以:

  • 1.通过推进过程加热、蒸发和杀菌过程的电气化来提高能源效率;

  • 2.通过生命周期评估中确定的方法和制造商之间的合作,减少整个供应链中的食物浪费;

  • 3.通过替代包装和减少包装废物来追求回收和材料利用效率。

05 水泥

在美国水泥行业,煅烧过程相关的CO2排放量约占CO2总排放量的58%,能源相关的CO2排放量占总排放量的42%。水泥制造需要大量热能,煤炭和石油焦燃烧产生的热能约占该行业总能源消耗的88%。为了帮助实现净零目标,水泥行业可以:

  • 1.改进现有流程以减少浪费,包括混凝土建筑的循环利用经济方法;

  • 2.通过部署突破性技术和创新化学解决方案提高材料和能源效率;

  • 3.扩大CCUS技术的使用;

  • 4.增加使用低碳粘合材料和天然辅助胶凝材料,以降低用于制造水泥的熟料和固体材料的碳强度。

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(美国工业二氧化碳净零排放的路径)

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美国工业脱碳战略

路线图确定了四个关键技术支柱,以显着减少所研究的这五个子行业的排放。通过采用替代方法,可以减少 100%的年度二氧化碳排放量。跨领域的脱碳支柱是能源效率、工业电气化、低碳燃料、原料和能源,CCUS等。这些支柱适用于所有工业子行业,并且随着电网温室气体排放强度的降低、技术的发展和难以减排的来源得到解决,能够实现近期和未来的减排。

能源效率: 能源效率是一项基本的、跨领域的脱碳战略,是近期温室气体减排最具成本效益的选择。具体实施路径包括:

  • 1.在系统级优化工业过程性能的能源管理方法;

  • 2.来自制造过程加热、锅炉和热电联产的热能系统管理和优化;

  • 3.智能制造和先进的数据分析,以提高制造过程中的能源生产力。

工业电气化: 利用电网和当地可再生能源在低碳电力方面的进步对于脱碳工作至关重要。脱碳 路径 包括:

  • 1.使用辐射加热或先进的热泵对过程热进行电气化;

  • 2.高温范围过程的电气化,例如钢铁和水泥制造中的过程。

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用电化学过程代替热驱动过程

低碳燃料、原料和能源 替代低碳和无碳燃料和原料可减少工业过程的燃烧相关排放。脱碳路径包括:

  • 1.开发灵活的燃料工艺;

  • 2.将氢燃料和原料整合到工业应用中;

  • 3.生物质燃料和生物原料的使用。

碳捕获、利用和储存 (CCUS): CCUS是指从点源捕获产生的二氧化碳并利用捕获的CO2制造增值产品或将其长期储存的多组分策略避免释放。脱碳 路径 包括:

  • 1.CO2的燃烧后化学吸收

  • 2.先进CO2捕集材料的开发和制造优化,可提高效率并降低捕集成本

  • 3.开发利用捕获的二氧化碳制造新材料的工艺


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工业脱碳路线图的主要建议

  • 1.推进早期研发: 到2050年实现净零碳排放所需的先进科学技术应用。

  • 2.投资多种工艺策略: 继续推行电气化、能效、低碳燃料、CCUS和替代方法的并行路径。

  • 3.通过示范项目推广: 以测试示范平台降低加速部署风险。

  • 4.解决过程加热: 大多数工业排放来自燃料燃烧供热。

  • 5.整合解决方案: 关注碳减排技术对供应链的系统影响。

  • 6.进行建模/系统分析: 扩大生命周期和技术经济分析

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