德国工业脱碳路径简析及其对中国的借鉴意义---中德能源.pdf

1 德国工业脱碳路径简析及其对中国的借鉴意义 中德能源转型研究项目 2 版本信息 《德国工业脱碳路径简要分析及其在中国的应用》报告介绍了钢铁、化工、水泥、制浆造纸和铝行业的未来技术选择以及跨部门技术，着重介绍了工 业脱碳的不同政策工具。该报告在中德能源转型研究项目框架内发布，项目受德国联邦经济和气候保护部(BMWK)委托，在中国国家能源局（NEA） 的支持下，致力于在中德两国在低碳能源政策的 。 中德能源 能 的 部分，项目 德国能源转型的 经 及 的 和 ， 中国能源 的政 策 和能源政策研究 的 ¡¢政策 的£⁄¥ƒ。德国国§ currency1 (GIZ)、德国 Agora 能 源转型“«和德国能源‹（dena）受 BMWK 委托， 中› fi同 fl该项目。 家德国联邦 业，德国国§ currency1 德国政– †‡持·发 国§ 目¶¡¢ 应支持。 发布方 中德能源 能 受德国联邦经济和气候保护部（BMWK）的委托 •‚„”»…‰ ¿ `14´ ˆ˜¯ ˘˙¨ 1-15，˚¸100600 德国国§ currency1 （GIZ） Torsten Fritsche Köthener Str.2 Berlin 10963 项目管理： Christoph Both 德国国§ currency1 （GIZ） 作者： Martin Albicker，Leon Flöer，Percy Schulze-Buschoff， Lisa Stripchen，德国能源‹（dena） 设计 edelman.ergo （受德国联邦经济 气候保护部委托） 图片： 德国联邦经济和气候保护部/ ˝ © •‚，2023˛1ˇ —报告 受 保护。 —研究报告发布 ，德国国§ currency1 和 中 及的 和 Æ行了 ª研究 ， 不 其中 及内 及 “的ŁØŒ和º Œ æ的保 。— 中 及 的¯部 发行›ı 其 内 ，德国 国§ currency1 不 其内 łø 。— œ中的ß 不 表委托›的意见。 于图例是否最新、ŁØ或 º ，以及由其使用造 成的 直接或间接损害，德国国§ currency1 概不łø 。 3 目录 1. 执行摘要 . 4 2. 综述 5 2.1. 气候目标 . 5 2.2. 工业能耗和排放 6 2.3. 部门目标以及关键措施 . 6 2.4. 相关能源立法 . 7 2.5. 中国工业的能源消费现状和趋势 . 7 3. 德国工业的能源转型 9 3.1. 工业能源转型的关键要素 . 9 3.2. 能源效率 9 3.3. 可再生能源发电量 10 3.4. 氢 10 3.5. 挑战 11 3.6. 附记：碳捕集与利用/封存 . 11 3.7. 附记：欧洲天然气和能源危机的影响 . 12 4. 工业中最重要的能源转型技术概述 . 14 4.1. 水泥行业 . 14 4.2. 钢铁行业 . 14 4.3. 化工 15 4.4. 制浆造纸行业 . 15 4.5. 玻璃行业 . 15 4.6. 有色金属行业 . 16 4.7. 高效的跨部门 16 5. 政策建议与结论 25 参考文献 29 4 1. 国设 的气候 目标 要 的发 工业排放 国设立 ¡ 项 2030 ¢ £⁄¥ƒ¢¡工业排放量的法§currency1 国要 “« 2045 ¢ ‹现›fifl气 –GHS†中和目标 2. ‡‹现· 气候 目标 国工业“«¶•‚ „”» 的…‰ ¿ 国工业的 要能源`电´ ˆ˜¯的˘˙ ¯的–‹¨ `˚¸氢 生˝†能源 水泥行业以及 部ƒ˛要高fi–ˇ500—† 的工 可能‹现˜ ¯电气化 ˛要 用fifl气 中和的 钢铁行业和化工行业 “« 用氢能和可 碳源 化 的 ‹˛要Æ ª的 3. 中 国钢铁 化工和水泥行业的转型 能 ŁØ£⁄¸Œ及能源相关排放的ª 钢铁行业 要‹现º 钢生 的fifl气 中和 “« 作‡ æ的 ªı钢 设计 łø以氢作‡ æ œ可£⁄ ß ¸Œ相关排放 ˚¸ª的工 设计 可以‹现 电 中 用 可再生能源电´ · 措施的 加 将‹现º次炼钢 工 的脱碳 水泥行业 “« 用 氧化碳捕集 ‹现工 排放的中和 化工行业 用碳作‡ 材 目 要 天然气 油以及 中国 用的 ‡ ‹现fifl气 的›零排放 “« 用 有 可 性的碳源–生˝¨ 源自˜¯空气捕集–DAC† 的 氧化碳和富碳废弃˝† 碳˛ 要 用ª 的碳源 “« 用 解/气化 甲醇-烯烃/芳香æ 和费托合成等其他 4. 要‹现工业脱碳 工 用 的电气化`¡项至关 重要的跨部门 每¡行业部门都“«‹现工 用 的脱碳 能效最佳 的选择` 用 泵和电极式锅 进行100—~500— 的 · 促成 ˜¯的电气化 如果结合˛ 侧管理–DSM†措施 有 能对电网电´ 量¶•响应 £⁄成本和排放的优势 的部署“«与可再生能源及电网的发 相辅相成 ”“«协调各个方Ø的利益相关者 5. 要‹现转型 “«综合利用监管和市场化措施 其中 氧化碳价格可能`¡种能够发挥关键作用 的工 要‹现工业脱碳 “« 最重要的部门引进ª ¸Œ˛要巨 的投资成本 某 情况下 ˛要巨 的运营成本 氧化碳价格 推广可 方Ø 发挥着关键作用 ‡它可将传统 挤•市场 国工业即将迎¿¡个再投资周期 而与 同 所有 活动又“«符合 国的气候 目标 “«˚¸ 的工 色 生 方法 与传统 ¡ 高下的能´ 而促成对 色 生 方法的投资 其` 可以˚¸ 色 市场和碳 价合同 –CCfDs†‹现 目的 市场化工 以 应 废 利用 及高能效 的 用等 推行 措施 以£⁄工 业部门的能源˛ 其ı 推行 措施的同 的 用 •监管要 至` 某 如 高能效 ˘者 对 色 ˘ 者 材 的 用推行 制 1. 执行摘要 5 2.1. 气候目标 国气候 ¡¢的£ œ和⁄¥`ƒ§合国气候… 化currency1 “«‹–UNFCC† (United Nations, 1992) ƒ›都 fi‹–1997† (United Nations, 1998)和 ƒfl 协 ‹–2015† (UNFCC, 2015) –¥ ƒ› 都 fi‹¢ 欧†–EU†‡· 1990 的⁄ ¶2020 fifl气 –GHG†£排20% 的 ƒfl 协 ‹中 •署国同‚„ “要的措施将Ł”» …气fi 工业化 期 ‰ ¿ 制 2`´¿以ˆ ˜¯´将fi¿ ‰ ¿˘制 1.5`´¿以ˆ 1 脱碳的定义：彻底消除碳基能源的使用(dena, 2021) 2 气候中和的定义：“人类活动 气候系统没有净影响的状态的概 念。要 †这种状态，需要利用排放（二氧化碳）移除来平衡残余 2019 欧† 色ª¡设 ‚„£排的 气候目标： 2030 将›排放量 1990 ⁄ £⁄55% ¶ 2050 ‹现ŁØ的碳中和 2 (European Comision, 2019) 2019 国¡˙˚¸ ƒ§¨气候 法‹ –Bundes-Klimaschutzgesetz† 设 ¡– 有 法§«˚´的气候 目标 项法§的¸ `˝ ‹ 现国˛气候 目标 ƒ气候 法‹及其他能 源¡¢`⁄ ¥ ˇ—： 应 Ł 效率和气候 ¿ 它 ˚¸ 进能源效率 高可再生 排放以及⁄虑人类活动的… 或局地生 地球 理 应，例如人类 活动‡影响地表反照率或局地气候（政–间气候变化专门委员会， 2018）。 2. 综述 国能源转型的目标` ¡ 的 ˙ˆ 个能源 统 化 和 转 气候中和的能源 “«˚¸ 本性的转… 能‹现工业部门– 国20%以 的 氧化碳排放量†的· 目标 期ˆ 有˚¸ 高能源 效率 能‡工业部门的脱碳 1 ¶•巨 Æ 期¿ª ˚¸ 的工 以及 用可再生能源 将对 氧化碳 £排 生巨 影响 图1 工业部门的历史排放以及2030年之前的部门目标 (UBA, 202b) 284 208 188 181 118 0 50 100 150 200 250 300 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 德国工业部门二氧化碳排放的发展情况 历史排放 （1990-2000） 历史排放 （2000-2021） 部门目标 气候保护法 （2021-2030） 6 能源 用率以及推动部门 合 ŁØ 电和 ˜最 ŒŁØ所有化 º 的2021 ƒ§¨气候 法‹ • 与欧† 目标¯ 的£排目标 法§要 ¶2030 将 排 放量 1990 ⁄ £⁄65% ¶2045 ‹现气候 中和 它 对ı ˚ 工业和æ业部门以及 利用 利用…化和 业–LULUCF†部门设 2020和2030 的¡ıfifl气 £排目标 即 有 «˚´的可 排放水» 国 对 能源部门以 的 所有部门 都设 ł目标 ‹现目标 将 ø„ 相应的措施 ¡ı排放£的`源自 œß有˘ 制¿源的˜¯fifl气 排放– 如与 ˘ ˆ 相关的排放˘者 ß有˘ 制的工 设 的生 排放† ı排放£的` œ购买及消费的电´ 发电¸Œ中 生的˙¯fifl气 排放 排放发生 发电设施ˆ (World Resource Institute, 2004) 3 2.2. 工业能耗和排放 2018 工业部门的能耗‡722太瓦 国最Œ 能源˛ 的38%左右 ‡效率的 高和ª的工 预 计2030 工业部门的能源˛ 会下降¶638太瓦 左 右 ¶2045 会低 580太瓦 (dena, 2021) 随 着¥ƒ¢¡的炼钢 用 工 以及其他部门 Ł Ø ¶2030 消费量将缩£¡半左右 (dena, 2021) 2018 工业部门的排放量 ¸1.89亿吨 氧化碳当 量 (Statistisches Bundesamt, 202a) 现 各子 部门 工业部门 排放中的 比及其绝对排放量 以及 2045 ¢ 的£排 钢铁行业 排放中的 比 最 «‡30% 紧随其 的`化工–19%† 水 泥熟 生 –17%† 造纸–3%†以及玻璃和陶瓷 –3%† 剩余的工业排放‡0.49亿吨 氧化碳当量 –25%† ·里统计的fifl气 包括 氧化碳 甲烷 ¡氧化 氮 氢氟烃 Ł氟化碳和六氟化硫 (Statistisches Bundesamt, 202a) 2.3. 部门目标以及关键措施 3 温室气体 算体系（GHG 算体系）是 套民间的 业碳 算和报 告¶准的跨国¶准，Ł越来越多地被˙立部门 采用。温室气体 算 体系的¶准主要 国§气候政策制度的¶准挂钩，填补政–尚未解 的监管缺口。它被认 是 温室气体平衡 好准 的最 的¶准。 按照2021 ƒ§¨气候 法‹的 国将 2045 ¢ ‹现fifl气 ›中和 4 ¸去 里 国¡˜维 着稳 的排放水» 其目标`¶ 2030 £⁄¥ƒ¢¡的工业排放 发 迹符合欧 洲 色ª¡的£排计划 (European Comision, 2019) 2021 国的˜¯工业排放量‡1.81亿吨 氧化碳当量 但其中 计算电网电´等 ı排放 (UBA, 202a) ı排放 国的fifl气 排放量 中的 比‡20% ‡ 能够‹现工业部门雄心勃勃的 fifl气 £排 ˙表 ˜‡“要的工业投资 划 Ł性 ¡˙“« 对工业部门的脱碳制 明˝”可靠的 期currency1 条件 据 国§¨ 境部–Umweltbundesamt UBA†信 息 工业造成的fifl气 排放可øƒ‡¥ı： 1) 能 致的˜¯能源相关fifl气 排放 如 工 用 蒸汽˘者电´– 工业电 ˆ†Æ 2) 游发电˘者所 用 量造成的˙¯能源相关fifl 气 排放 电´˜非¿自 “司自有–工业†电 Æ 3) 含碳能源和其他 材 的非能源 用造成的˜¯工 相关fifl气 排放 ˘者 氧化碳以 的工 相关fifl气 释放 同工业造成fifl气 排放的 同 ˚ ˛要„ 同的方式和缓解措施 ⁄本方式如下： 工业部门可以˚¸ 用更高能效的 用可再生能 源电´ 用 诸如工业 发生等目的 £⁄与能源˜¯ 相关的fifl气 排放 可以˚¸将更ß电网馈入电´转 ‡可再生能源发电 即逐步ŁØ 发电和其他化 发电 £⁄˙¯的 能源相关fifl气 排放 高能源转 的效率 进工业应用 的 用可能有助 £⁄˙¯fifl气 排放 最 可以˚¸ 本性的工 转… 即 致排放的 材 ˘ 如 炼钢工 中以氢 作‡ æ ˘者逐步ŁØ氟化气 £⁄工 相关的˜¯排 放 碳捕集与利用˘封存–CCU/S† `£⁄工 相 4 净温室气体中和的定义：人类活动 的温室气体排放和温室气体 除 间的平衡（KSG 2）。 § ，它和“气候中和 是同义 。 7 关 氧化碳排放的¡种替 方式–参见附记：碳捕集与 利用/封存† 期ˆ 高工业生 ¸Œ的能效`£⁄工业部门排放 量的最简单措施– 国§¨ 境部 2022† 要‹现 中期气候目标 “« 工 转用可再生能源 以 促成低碳生 «颁行¡ 列法§法 监管及 工业部门的‚„脱碳转型 能‹现· 目标 2.4. 相关能源立法 国˛层Ø 国§¨¡˙和各部委正 ˚¸各项法 §和工 ‹脱碳 但` 作‡欧†成员国 国的国˛气候战略 很 Œ¿ 受˘ 欧†气候¡¢currency1 • 能源效率£令推动能源效率成‡欧†能源¡¢的¡ 般性 œ 设 ‹现欧†2020及2030 能源 效率目标的 œ和currency1 其 心要素` 据2007 ı立的2030 预测 型 设 ¶2030 能 源效率 高至⁄32.5%的目标 欧†2030 的 能源消费量 得 ¸10.23亿吨油当量 • 国˛层Ø º 的ƒ气候 法‹ ˝ ‹现国˛气候 目标–见 文† 2.5. 中国工业的能源消费现状和趋势 ¶目 ‡ 中国`世界 最 的 消费国以及fifl 气 排放量最 的国˛ 2019 中国的 氧化碳排放 量预计 Ł” 量的30.6% (Geselschaft für Internationale Zusamenarbeit, 2021) 2020 中国 • ´争 2030 ‹现碳达峰 2060 ‹现碳中和的目标 而要‹现 目标 “«进行» 的 本性的能源 统 ‰ 摆脱化 造¡个 ⁄ 可再生能源的 统 2021 中国的¡次能源消费量43,418太瓦 目 中国¡次能源消费量中 比最高 达54% 以 «15%的¡次能源消费源自 可再生能源 其 中 比最 的`水电 (Ritchie, et al., 2020) 各部门的排放量可以发现 电´部门`中国单¡的 最 fifl气 排放部门 2019 排放量 42% 工业 制造业和ı 部门加 ¿ 排放量的33% 其中钢铁 欧盟碳排放交易体系 电´和某 工业部门成‡欧†碳排放 –EU ETS†的¡部ƒ 自2005 推行以¿ `欧† 的 心气候 工 欧†碳排放 记 能源部 门 欧洲国ˆ 空和工业部门 10,00˛工 的排放 量 ¶欧洲fifl气 排放量的36% 欧†碳排放 „用⁄ ˘ 与 的运行机制 ˘ ˝ 受˘ 碳排放 的工 可 ¸的 ¿ 氧化碳 排放 可可以 市场 ˜ 据欧†气候目 标 逐 £⁄ 可 的发放量 2021 7 的 Fit for 5 ¡ 子计划中 欧†委员会 •进¡步 紧排放 ˘ 的 ¿下调率 目 的每 2.2%的下调比 加 ¶4.2% 要施加¡次 量 ˝ 的¡次 性下调–很可能发生 2024 † 欧†碳排放 ¢ 国 和 ˚部门应用 氧化碳价格制 ¿ 2019 颁布的ƒ 排放 法‹要 自2021 预 currency1的currency1 ˆ稳步高 氧化碳价格自 2026 转‡市场 价机制 欧†碳排放 –EU-ETS†中 氧化碳排放 的 价格趋势–2005-2022 † ˜ 将 氧化碳价格 与 国的£排目标 0 10 20 30 40 50 60 70 80 / 欧盟碳排放交易体系（EU-ETS）中二氧化碳排放权的价格趋势——2005-2022年 8 和水泥生 的排放量最 –参见图2† 2020 中 国钢铁行业的钢 量 ¸11亿吨 氧化碳排放量达15 亿吨 成‡ ¡ 氧化碳工业排放源 自2010 钢 量 高 67% 至2020 中国80%的钢材 生 以铁 ‡ 材 高 Ł”»…水»60% 2021 中国钢铁工业协会发布 fi 钢铁行 业¯´ 期˙–2021-2025 † ‹现 碳达峰 (Natural Resources Defense Council, 202; IEA, 2021a) ¿ 中国水泥行业 高„的 水泥 量 2000 的 «6亿吨 ¶ 2020 的 «24亿吨 2020 水泥生 的 氧化碳 排 放量达¶13亿吨 ¶中国 工业排放量的¥ƒ¢¡左 右 中国化工行业的 世界 ¡ 2020 的˜¯ 氧化碳排放量‡5.3亿吨 2020 化工 钢铁和水 泥行业以 的行业加 ¿ 生 7.4亿吨的排放量 (IEA, 2021a) Æ然`推动中国 发 的关键 ‡ ˝ 2030 ¢ 碳排放量的‚„下降 中国“«„ 进的行动 ‹现其能源 统的脱碳 ŁØ `£排的 要 动´ 电´`工业部门能源转型的ˇ— 将成‡工业部门的 要能量 重工业 中国的 比很高 而重工业又 以‹现电气化 · 中国 ¿ 的挑战 图2：中国工业的二氧化碳排放和最终能源消费(IEA, 2021a)。 0 1 2 3 4 5 202020252030203520402045205020552060 十亿吨 二氧化碳排放 化学品 钢 水泥 铝 纸 其他 0 10 20 30 40 50 60 70 80 202020252030203520402045205020552060 艾焦耳 最终能源消费 煤炭 油 天然气 电 热 生物能 其他可再生能源氢 9 3.1. 工业能源转型的关键要素 2021 工业部门‹现 fifl气 £排目标 但其能 源˛ –2018 ‡722太瓦 †¡˜¡高 下 自 2000 有略¢下降 国工业£利‹现能源转型 的关键要素` 高能源效率 ‹⁄ 可再生能源的ª (dena, 2021) 国能源署⁄¥ƒ§–DPS†中 与各currency1 机“和 利益相关方«‹ 国能源署 造 ¡个如›‹现其 2030 及2045 ¡fi气候 目标的 型 国进 行 ß项气候中和ƒ§ ‡简单 见 fl 引用 国能源署⁄¥ƒ§的 据 工业部门的 ¿能源˛ 将 要˚¸⁄ 可再生能源 的氢能和电能¿– 要– ¿的能源˛ “« † 可再生能源 加‡国· ¶关 – 如 对氢† 工业转型成本高• ‡应用· 色解 方‚˛要巨 的投资成本 高•的成本以及˝ 国·„争´` 要的挑战 (dena, 2021) 3.2. 能源效率 ˆ`工 方Ø `材 方Ø 都˛要 高能源效率 据 国能源署⁄¥ƒ§ 工 相关的能效 进”´巨 如果 国 »现·种”´ …‰ 2045 国 的能源˛ 将至⁄达¶100太瓦 –„ 相关措施 2045 预计能源˛ 578太瓦 † 所有工业部门 都可以˚¸能效£⁄排放量 但跨部门 – 如泵 发动机等†能效 ‰的效果 ‡ ¿ 4 着重`´ ‹现 同部门转型的ª ß 情况下 与ˆ用传统 ˜ 生 相比 ‹及 用ª的 ¯ª的 高效的 所˛成本更‡高• 3. 德国工业的能源转型 本 将`´ 国工业能源转型所 ¿的各种挑战 其侧重 能源效率 可再生能源发电和氢能及其 转型中的˘ 色 图3：工业的 能源消 ， 能 体 (dena, 2021)， ： 118 63 234 146 60 226 263 311 27 46 55 88 53 51 48 50 38 2018 2030 2045 终端能源消费，按能量载体例示，单位：太瓦时 其他 区域供热 氢 生物质 电 矿物油 甲烷气 （天然气+生物甲烷） 煤炭 722 *甲烷气100% biogene，2045 10 ‚„转型以及 用ª ˙ ¨ ¡ˇ (dena, 2021) 要加‚转型 用更高效的工 ¡个有用的工 `能 源管理 ˚ ¸诸‹施 但它 `¡项 ‡制性要 能源管理 `¡种 ˚¸测量 及ƒ˝“司ˆ的能量˛动 ˇ ”´以及 ‹ 高”´ 的措施 引 “司降低其能源消费量 高能效 能源 管理 的国·标¥`ISO 5001 (UBA, 2019) 高能源部门的能效以 可能 生 设计及 材 加工中‹现—能 如 可以˚¸材 的重 利用 用 的 ˘者 型结“¿‹现—能 3.3. 可再生能源发电量 电´`工业最重要的能源 而”随着更ß工 化 用电´ 其`蒸汽等低fi工 用 电´的 用 势“会进¡步 加 4 将对 进行更 解释 ˚¸ 用电转 ˘者 泵 很ß工业部门˚ 可以 用 电气化作‡¡种脱碳选择 色氢能及其他合成 5 ⁄¥项目¢ 可用 ¿` 可用 可再生 能源生 的 † 情况以及¡fiˇ (dena, 2021) 国能源署⁄¥ƒ§的作者预计2045 的˜¯用电˛ ‡311太瓦 –作‡对比 2018 ‡226太瓦 † 再加 用 能及用作 材 的 色氢能及其 生˝的 用能˛ 工业以 其他部门 “«‹现电气化 能‹现 ¡fi气候 目标 的¿ ·会 致用电˛ 2018 的500太瓦 加¶2045 的800-900太 瓦 同 国电´ 统的¡半Æ然有 传统发电 2021 可再生能源 电´消费量中的 比 «‡41.4%–234太瓦 † 国能源署⁄¥ƒ§预期 ¶2045 可再生能源的 电量将达¶750太瓦 其余65太瓦 将˚¸氢能 应 如 文 —所 ˚¸可再生能源 电`工业£利 成 转型 ‹现fifl气 中和的 条件 5 ˝ 工业 可再生能源 电的可能选择 (dena, 2021) 图4：工业 能和 力的消 (dena, 2021)， ： 3.4. 氢 作‡¡种跨部门 氢 能源 统转型中发挥着关 键作用 可能‹现˜¯电气化的 各个部门 5 成 的定义：基于‡ 生 力，使用 转X技术生成的气体和 体能 体， (dena, 2021) 都可能 用氢作‡ ‡脱碳¶• 如 工 业生 ¸Œ 可以选择 用氢¿ 化 目 正 ˆ的低碳氢生 工 有¥种 电解工 用可再生能源生 氢 可以¶¶ Ł 排放 226 263 311 55 25 24 88 27 103 51 0 50 100 150 200 250 300 350 德国工业中不同能源的使用（太瓦时） 氢衍生物（原料） 灰色氢（原料） 灰色氢（能量） 灰色氢 电 2018 11 ‡甲烷造成的排放 色氢– 如甲烷的蒸汽转化 ˚¸碳捕集与利用˘封存‹现的 的气化†˘者 色氢–甲烷 解 Kvaerner工 Æ 碳捕集† 等其他工 ª 法‹现 Ł的气候中和 (Bauer, 2021) ‡ 者相 氢可能 有成本优势 所以它 可 能用作¡项¸ 2021 ¢ 成本优势 要 `源自 低气价 工业 氢的 用Æ 进 2045 ¢ “«˚¸国· ¶关 氢的 应 国能源署⁄¥ƒ§的作者预计工业的能源相关氢能˛ 将 2030 达¶51.5太瓦 2045 达¶ 191太瓦 (dena, 2021) 3.5. 挑战 ‹现工业的“要转型 ¶的 要挑战`成本 ª 的当 £ –TRL† 6 以及转型„¿ ⁄工业部门 “要的 Ł ƒ发ØŒ º有¶ 投放市场的¥ (Agora Energiewende, 2021) ‡ ‹现“要的转型 造气候中和的工业 · “«按照2045 的目标 达¶可 市的成熟¿ 成本方Ø 存 挑战 如 期˘ 传统 和 的 低成本以及ª 的高成本 · 挑 战可能˘制„争´ “要的£排目标 可能 加碳 的 æ 7 有的“司会将其生 设施 ¶ £排目标 低的其他国˛ (dena, 2021) ¢ · “司ˆ部 会 生更ß的挑战 · 挑战 有 `¿自 业 能的ı 以及 ‹现的可用性 有¡ ` ‡“司ˆ部的低优 很ߪ 都 有很 的投资周期 投资周期 会造成诸ß ˝ 性 再加 ı⁄ 期的 利机会 会 有‚投资的 6 技术¡¢£ （TRL）的定义： 新技术⁄发状态Æ行系统 ¥ ƒ 定的§currency1。 “«‹›1 9： - TRL currency1：基—fi理fl ß和– （8 15˛） - TRL二currency1：技术的应用fl – - TRL†currency1：技术的‡行fl ·（5 13˛） - TRL currency1：在 室¶•中fl - TRL‚currency1：基—fi型在‡行¶•中fl - TRL„currency1：fi型在‡行¶•fl - TRL”currency1：fi型fl 应用（1 5˛） “司ł而ø步 5 œ ß · 挑战的可能工 最 碳捕集与利用/封存–CCU/S†`‹现 排放 消 余排放的“要 3.6. 附记：碳捕集与利用/封存 ¡˙˙气候…化 门委员会–IPC†和国·能源署 –IEA†同‚“« 用碳捕集与利用˘/封存 可能‹ 现1.5`´¿目标 (IPC, 202; IEA, 2021b) 其 `关 ‹现 排放以 消 可 免的排放以及捕集工 业中的¸Œ相关排放 碳捕集与封存的情况下 捕 集的 氧化碳ø运输¶适当的 ¨封存 ¥ ı 用碳捕集与封存 消 可 免的排放– 如水泥工 业† ˘者与生˝¨结合 用 以 生 排放 –BECCS 8 † 化工行业以及 油等合成 “« 用碳作‡ 其中可能用¶碳捕集与封存–CCU† 化工行业 的很ß 都` 用 油作‡ · 中 用 的碳 周期¶期 ¡˜留存 中 ¿ · 仍然˛要碳 ‡ 化工行业停 用 油 作‡ 以停 生排放 ˛要„用 氢和 氧 化碳 甲烷化 甲醇合成和费托合成`可能用以 作‡ 的 油的¥种合成法–参见 —4.3† 运和 空 会 生 同的 · 部门仍然˛ 要 用含碳的 ·`由 ı⁄替 造成的 其 他 如电池˘者氢能的 用 ‡其重量–电 池† 能量密¿及由 生的蓄能量–氢能†等 所以˜ 适用 (Fraunhofer-Institut UMSICHT, 2020) 所以 ¿仍将˜ 用含碳 法捕集所 生的 氧化碳 ‡ ‹现 期的气候中 和 ·种碳“«¿自 生˝¨ ˜¯空气捕集–DAC† - TRL»currency1：…能能力在‡行¶•中fl 的 ‰系统 - TRL currency1：成…‡用fl 的 ‰系统 (ESA, 202; NASA, 2022) 7 碳¿ 的定义：碳¿ £的是 `´ 生ˆ 在地脱碳˜fl 的¯˘成—，ı生ˆ˙fl¨ ¶•¶准˚低的其¸国家，› ˝致˛¯排放 的ˇ—。 8 BECCS的定义 生 能碳 ：在使用生 能源 的工业˙fl中使用碳 。 (WGBU, 209)的¶准使 用‡持·生 ‡能˝致 排放 12 图5：德国2045˛的残余及 排放，德国能源‹ 研究 (dena, 2021)， ： 二氧化碳 ˘者 用生˝¨˘˜¯空气捕集生 的塑 的材 回 利用 气候中和的能源 统 ⁄ 碳捕集与利用 /封存的功能性碳管理 其` ¸Œ中 氧化碳的运输和封存 “众¯受¿ 国 担心 ‡ 露可能引 的健康 æ 对·种 留‚见 ¡ 要有¡种监管制¿ 真 对待˜化解“众的顾ø (Fischedick, 2015) ø“众¯受¢ ˛要 造用 运输和储存的⁄ 设施 氧化碳⁄ 设施 划应 包括电 气和氢⁄ 设施 化工行业的碳捕集与利用以及合成 的生 其˛要氢能和 氧化碳的结合 可以˚¸§合 划‹现协同效应 应 包含 业集群 ‡ 业集群可能形成 聚集 高 量的 氧化碳 而达¶降低成本的效果 运输选择包括船运 和管道运输 的¿ 运输和储存Æ然Ø临着以下 挑战： æ管理 融资– 氧化碳市场†以及ı 9 残余排放：残余排放£的是 业、 管理及工业 以 Æ 在能源系统脱碳ƒª会 ·发生的排放（ 其是 、 氧化 二Ł和ØŒ排放）。 用 型船 –100万吨†运输的 验 (elementenergy, 2018) 据 国能源署⁄¥ƒ§currency1 ˆ进行的评估 2045 的 余排放 9 ‡8700万吨 氧化碳 其中 假 利用 利用…化和 业–LULUCF†部 门可‹现4100万吨 氧化碳的 排放 符合国˛目 标 ˚¸ 用碳捕集与利用/封存Ł理¸Œ排放以及 结合 用生˝能–生˝能碳捕集与利用/封存†的 解 方‚ 可以£⁄及补偿剩余排放 ƒ§预计 用碳捕集与利用/封存的£排”´‡170万吨 氧化 碳 剩余排放“«˚¸ 排放予以 消 ƒ§表明¶ 2045 国工业“«捕集至⁄2400万吨 氧化 碳 ¢ 对其进行 ¨封存 ˚¸碳捕集与利 用转移利用100万吨的 氧化碳 ˚¸ 用生˝能 碳捕集与封存 可以‹现170万吨 氧化碳的 排 放 (dena, 2021) 作‡比 据国·能源署 ‹现中国气候¡¢目标 进行的情景ƒ˝–2021† ¶2060 仅中国化工 行业的碳捕集与利用˘封存˛ 会达¶2亿吨 氧 化碳 (IEA, 2021a) 国·能源署–2021†预计¶ 2060 碳捕集与利用/封存容量 «‡每 25 亿吨 (IEA, 2021a) 的¿ ‡工业中 的 用 致 更高的排放量和捕集率 所以碳捕集与利用 /封存的比重预计会更高 3.7. 附记：欧洲天然气和能源危机的影响 立法应对措施： 气对 国 有重要‚currency1 2019 48.2%的 国 ˛庭 用 气中央 统‡住宅 暖 同样的 天 然气 `工业中最重要的能源：2020 工业部门 消费 325太瓦 ¶ 消费量的31.2% (Statistisches Bundesamt, 202b) 乌ß兰危机以及随 俄罗斯停 西欧 应天然气引 发 欧洲的能源和天然气危机 · 欧洲 其` 国 ¨始慎重 查其能源¡¢ 欧†和 国正 ¯´ 其 能源 应ß样化 以£⁄对天然气的˛ 国˚ ‹立法Œ序 以˝ 应 Ł 加„可再生能源的部 38 42 -41 -17 -17 -7 -100 -50 0 50 100 绿色甲醇 绿色石脑油 生物能碳捕集与 利用/封存 碳捕集与利用/封 存 土地利用、土地 利用变化和林业 农业、废弃物及 其他 工业 建筑 交通 能源部门 13 署 电`充 ” Ł的 但 要用 和工业的 气ø˜非如 (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, 202a) 国¡˙‹施 ƒ替 电 用法‚‹和ƒ能源 Ł 法‚‹ 气电 退•电´市场以—省用 发 电的天然气 ˜† 国§¨网络局的责任范围 有˘的 气ø优 用 ˛庭和“共ı 暖以及 工业 ‡与发电相比 · 方更 ‹现 的替 其` 工业部门 期ˆ很 天然气–参见 —2.3部门目标以及关键措施† 2022 8 俄罗斯停 ˚¸ 北溪1号–Nord Stream 1† 管 道输送天然气¢ ˚ 可以观察¶由天然气价格飙 ‰ 致的 量 下降 国¡˙的当 ¢急` 障天然气 应 措施 包括： § 造液化天然气–LNG†站以‹现天然气 应的 中 期ß样化 § 天然气储存设施 § 障天然气市场的正 运行以维 气–¯管 Uniper 边缘化计划† § —«用气：欧† —«15%用气量的目标 国œ设 20%的目标 § 列能效措施 国¡˙颁布 气价补贴¡¢¿缓解 国工业 和˛庭的 压´ 对工业消费者而言 ⁄本 应 对应 2021 消费量的70% 有鉴 设 7欧ƒ/千瓦 的 „购价格 ¸70%的门槛 ˇ¸ 的市场价格 (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, 202b) ·种调— 可能影响¶ «25,000˛“司 “司 市场 •售其 消费的补贴天然气量 项措施 鼓 — 能 ¶补贴的条件` 留生 场址˜ 用气候友 型生 方法 工业应对措施： 能源价格的飙‰以及 稳 的 气影响 当 的工业 生 以及中 期的工业战略 划 中 期ˆ 工业可能˚¸ 用其他能源和 材 –加 油 液 丙烷–LPG†和 脑油等 油 以 及生˝¨† ¡ Œ¿ 对高天然气价格¶•回应 蒸汽 应电气化的加„ £⁄用气量成‡可能 预期会削£ 量˜进 能源密集型中˙ – 如 氨† 据某 预测 ¶2025 工业用气量可能 £⁄50% (MC, 202) 2022 半 国˛庭和工业的用气量相比2021 同期£⁄ «15% 折算¸¿的—气量‡80太瓦 但` ·种用气量的下降 要源自 工业 2022 个 的工业用气量与¢ 的相同 期相比下降 17% (MC, 202) ·种下降` ‡能效措施 电气化 用替 化 能 源 生 工 的…化以及 量的下降 中 期ˆ 工 业 业“« 用可再生能源 天然气及其他化 能 源 高能源效率 而£⁄最Œ能源˛ 达¶战 的生 能´ ·种转型与 3 中œ 的工业转型 ˜ 但仍˛要进¡步加‚转型„¿ 14 4.1. 水泥行业 水泥行业的排放 国 排放量的2.5%左右 (UBA, 2020) 水泥行业的脱碳¸Œ与其他行业 同 要` ‡其高 比 的¸Œ排放 水泥行业 可 免的 氧化碳排 放发生 –CaCO 3 - CaO + CO 2 †的¸Œ中 · ¸Œ相关的排放 水泥生 排放量的65%左右 (Johnson, 2020) ‡ £⁄ 种排放 “« 用碳 捕集与利用/封存 剩余的¸Œ排放与能源相关 ˚¸ 用气候中和的电´ ‹现电气化 ˘者˚¸ 用气候中和的 如可 生˝¨ 色氢˘者合成气 可以部ƒ˘者 Ł消 ·¡部ƒ的排放 用气候中和 再结合碳捕集 与利用/封存 可能 ¿‹现 排放的”´ 各项 ƒ§表明 用可 生˝¨作‡ 会 致 排放 (Briones-Hidrovo, 202; Garcia-Freites, 2021) 国 fl 假 传统工 会发生 本性的 发 脱碳`⁄ 各项 措施的 合 降低能耗的能效措施 以及 用气候中和的 可能 £⁄能源相关排放 对¸Œ相关排放 “« 用碳捕集与封存 的 ¿ 水泥行业有 个¸Œ排放ØŒ：富氧 和 水泥工 ¸Œ中 生的排放 捕集…得 可 能 如电 气化§合 –IGC†中„用的 捕集 (Fischedick, 2015) ¸Œ ‹·¸Œ结˚¢ 捕集 氧化碳 其优势 如果有可用的空˙ 有 ª 造的可能性 (Fischedick, 2015)–参见图10 图9 图8和图11† 4.2. 钢铁行业 国 钢铁行业 ¶工业部门能源˛ 的25%Æ 钢铁行业` 国脱碳战略的⁄本 成部ƒ 钢铁行业 生 ¸Œ中 ƒ º 钢和 钢 国 «¥ƒ¢ 的钢‡º 钢 º 钢`高 炼钢 用 作‡ æ和能源 其余的` 钢 即˚¸ 用 电´的电 回 利用废钢 工 能源效率更高 但它 法生 •高 ¨的钢材 生 受˘ 废钢 的可用性和 ¨ (dena, 2021) 中国 º 钢的 比‡80% ¿ 预计 钢的 比会有所 高 (IEA, 2021a) 4. 工业中最重要的能源转型技术概述 如 文 —所 国工业“« 本性的…‰ 能‹现ƒ§¨气候法‹中 的目标 其`要 用ª 下 文 — œ 水泥 钢铁 化工 有色金属以及制浆造纸行业最重要的 以及跨部门 ‡ 更 现各 项 本 — 国目 及 ¿–2045 † 用的 和能量 的 以及 况表–参见图7† 图6：不同行业的最 能源消 （ ） (dena, 2021) 152 178 2922 58 223 60 2018 161 92 26 27 50 172 50 2045 化学品 钢铁 玻璃与陶瓷 有色金属 制浆造纸 其他 水泥与矿物质 146 147 2522 51 192 54 2030 15 高 炼钢的¸Œ相关排放源自 铁 –Fe