以二氧化碳规模化利用技术为核心的碳减排方案

中国网／中国发展门户网讯 能源是中国经济社会发展的重要制约因素，事关经济安全和国家安全。据 2018 年《国民经济和社会发展统计公报》数据，2017 年中国能源消费总量为 44．9 亿吨标准煤，其中煤炭消费占比 60．4％，在能源构成中仍处于主体性地位。中国以煤为主的资源禀赋和能源消费结构，一方面为经济的快速增长提供了能源保障，另一方面也导致了二氧化碳（CO₂）的大量排放。根据全球碳计划组织发布的预测报告，2018 年全球碳排放预计增加 2％，中国的碳排放量约占 27％，仍是全球最大的碳排放国。目前，中国经济正处于重化工业主导的工业化和城市化阶段，加上以煤为主的能源结构等多方面原因，未来将继续处于 CO₂排放的上升期。基于我国政府明确提出控制温室气体排放的行动目标，到 2020 年单位国内生产总值 CO₂排放比 2005 年降低 40％—45％，2030 年左右实现 CO₂排放达到峰值并努力争取早日达峰，意味着实现高碳资源的低碳化利用和 CO₂减排技术的规模化发展刻不容缓。

自然界碳循环的基本过程为大气中的 CO₂被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以 CO₂的形式返回大气中，每年有数十亿吨的碳，在陆地、大气和海洋之间进行着快速的碳循环运动（图 1）。而这种平衡随着人类社会的飞速发展被打破，能源燃烧等人为制造的 CO₂排放远远超过了自然界所能吸收转化的容量。每年的 CO₂新增量中，60％ 的 CO₂排放至大气中，剩余的大部分 CO₂进入到海洋，少量被陆地生物吸收。然而，自然界能承载的 CO₂上限为 30 亿吨碳／年，这意味着目前的 CO₂排放量需降低 60％—70％，即大约减排 50—70 亿吨碳／年。碳循环是一个氧化－还原过程，大气中 CO₂的累积本质是人类活动引起的碳氧化（燃烧）与还原的不对称性，一定程度上实现减少使用碳或还原使用 CO₂是实现低碳化的本质。CO₂的还原需要消耗能量并控制选择性，这将成为未来碳科学与技术的主旋律，其核心是 CO₂的选控转化利用以及其与非碳能量的耦合。

 图 1 自然界碳循环过程

基于我国的能源消费结构以及化石能源仍将在很长一段时期内作为能源供应的主体，针对 CO₂的转化利用技术即 CO₂的可控性还原，本文对化石能源耦合 CO₂的转化利用技术、零碳能源（包括可再生能源和核能）耦合 CO₂的转化利用技术，以及 CO₂直接转化利用技术的进展情况进行了梳理，并对 CO₂转化利用技术引起的碳减排潜力进行了分析。

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