第1章 緒論 001
1．1 全球碳元素代謝與我國碳中和的挑戰(zhàn)與機(jī)遇 001
1．2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)碳中和的必由之路 003
1．3 可再生能源技術(shù)為近零碳電力系統(tǒng)的基礎(chǔ) 004
1．4 從化石燃料時代轉(zhuǎn)變?yōu)榛牧蠒r代 005
1．5 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)能源梯級利用和資源循環(huán)利用 006
1．6 科技創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)碳中和的根本途徑 008
第2章 碳中和科學(xué)基礎(chǔ)—二氧化碳代謝機(jī)制 010
2．1 二氧化碳的自然代謝 010
2．1．1 碳的地球化學(xué)特征 010
2．1．2 含碳物質(zhì)在自然界中的相互作用關(guān)系 011
2．1．3 大氣中的二氧化碳含量的變遷 012
2．2 二氧化碳的人為排放 013
2．2．1 溫室氣體的核算范圍 013
2．2．2 溫室氣體排放占比 014
2．2．3 中國的溫室氣體排放清單 016
2．3 中國基本二氧化碳流圖 018
2．3．1 中國二氧化碳排放途徑 018
2．3．2 中國二氧化碳流圖分析 020
2．4 碳循環(huán)經(jīng)濟(jì) 022
2．4．1 碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)的內(nèi)涵和理論基礎(chǔ) 022
2．4．2 碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)“4R”原則 024
2．4．3 碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要指導(dǎo)意義 026
2．5 碳中和與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展 027
2．5．1 “碳中和”對經(jīng)濟(jì)增長的短期影響 028
2．5．2 “碳中和”對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長期效應(yīng) 028
2．5．3 “碳中和”目標(biāo)為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的挑戰(zhàn) 030
2．6 碳達(dá)峰與碳中和背景下的科技創(chuàng)新 031
2．6．1 能源部門 031
2．6．2 建筑部門 032
2．6．3 交通部門 032
2．6．4 工業(yè)部門 032
2．6．5 負(fù)排放技術(shù) 033
參考文獻(xiàn) 034
第3章 全球氣候變化—人類面臨的挑戰(zhàn) 037
3．1 發(fā)達(dá)國家碳達(dá)峰歷程的研究、啟示與借鑒 037
3．1．1 經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與能源消費(fèi)及碳排放的關(guān)系 037
3．1．2 發(fā)達(dá)國家發(fā)展經(jīng)歷對我國的啟示 038
3．2 應(yīng)對氣候變化已達(dá)成共識 038
3．3 巴黎協(xié)定中升溫控制在1．5℃和2℃兩種情景 039
3．4 世界各國應(yīng)對氣候變化的政策 041
3．4．1 氣候目標(biāo)—?dú)W盟的凈零排放之路 041
3．4．2 美國能源和氣候新計劃 042
3．5 中國的碳達(dá)峰與碳中和 045
3．5．1 中國能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 045
3．5．2 中國碳排放現(xiàn)狀 047
3．5．3 中國提出的碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo) 048
參考文獻(xiàn) 048
第4章 中國碳達(dá)峰路徑和預(yù)測 050
4．1 中國歷年碳排放 050
4．2 碳排放環(huán)節(jié)分解 051
4．2．1 工藝過程 051
4．2．2 能源活動 051
4．3 碳排放前景分析 052
4．4 碳達(dá)峰驅(qū)動力模型 052
4．4．1 模型建立 052
4．4．2 模型計算與評價 053
4．4．3 未來預(yù)測 055
4．5 碳達(dá)峰路徑圖 059
參考文獻(xiàn) 060
第5章 中國碳中和路徑和前景 062
5．1 中國碳中和主要因素 062
5．1．1 工業(yè) 062
5．1．2 建筑 063
5．1．3 交通 063
5．1．4 可再生能源 063
5．1．5 碳捕集利用 065
5．2 碳中和情景分析 065
5．2．1 基準(zhǔn)情景 066
5．2．2 低減排情景 067
5．2．3 高減排情景 068
5．2．4 對比分析 068
5．3 碳中和路線圖 069
5．3．1 降低能耗總量 069
5．3．2 發(fā)展零碳電力 069
5．3．3 化石資源化利用 070
5．3．4 植樹造林與CCUS技術(shù) 070
5．3．5 碳中和總體藍(lán)圖 070
參考文獻(xiàn) 071
第6章 中國碳中和目標(biāo)下能源轉(zhuǎn)型路徑 073
6．1 概述 073
6．1．1 能源及其分類 073
6．1．2 中國能源結(jié)構(gòu) 074
6．2 中國能源流與碳流 076
6．2．1 中國能源流 076
6．2．2 中國能源加工轉(zhuǎn)換 079
6．2．3 中國能源終端消費(fèi) 081
6．2．4 中國碳流 083
6．3 碳中和目標(biāo)下中國能源轉(zhuǎn)型 084
6．3．1 常規(guī)能源高效利用 085
6．3．2 新能源開發(fā)利用 089
6．3．3 CCUS技術(shù) 093
6．4 碳中和目標(biāo)下中國能源轉(zhuǎn)型展望 097
參考文獻(xiàn) 098
第7章 邁向零碳電力系統(tǒng) 102
7．1 電力系統(tǒng)發(fā)展總體思路 102
7．1．1 國內(nèi)外電力系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀 102
7．1．2 我國電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢 106
7．1．3 電力系統(tǒng)技術(shù)瓶頸與挑戰(zhàn) 107
7．2 火電電力 108
7．2．1 火電效率提高技術(shù) 110
7．2．2 火電發(fā)展方向：IGCC和調(diào)峰電站 113
7．3 新能源電力 117
7．3．1 光伏 117
7．3．2 風(fēng)能 124
7．3．3 水力發(fā)電（含河流海洋） 133
7．3．4 核能 139
7．3．5 地?zé)?142
7．3．6 其他新能源電力 150
7．4 以新能源為主體的新型電力系統(tǒng) 154
7．4．1 高比例新能源并網(wǎng)支撐技術(shù) 154
7．4．2 新型電力系統(tǒng)運(yùn)行控制技術(shù) 158
7．4．3 多元需求側(cè)資源供需互動技術(shù) 160
7．4．4 新型電力系統(tǒng)能量存儲技術(shù) 163
7．5 碳中和目標(biāo)下的零碳電力系統(tǒng) 166
7．5．1 氫能制-儲-輸-用全產(chǎn)業(yè)鏈促進(jìn)電力系統(tǒng)零碳化 166
7．5．2 可再生能源制氫呈現(xiàn)高速發(fā)展趨勢 168
7．5．3 氫轉(zhuǎn)X具有廣闊的應(yīng)用前景 169
7．5．4 燃料電池領(lǐng)域核心技術(shù)逐步突破 170
參考文獻(xiàn) 171
第8章 開啟化石資源低碳利用的新時代 174
8．1 化石資源利用目標(biāo)的轉(zhuǎn)變 174
8．1．1 化石資源利用策略 174
8．1．2 化石資源利用科技創(chuàng)新 174
8．2 石油資源低碳利用 176
8．2．1 從石油到化工品 176
8．2．2 傳統(tǒng)石油的催化裂化技術(shù) 177
8．2．3 石油低碳利用新技術(shù) 179
8．3 煤低碳利用 184
8．3．1 煤化工產(chǎn)品的高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)化 185
8．3．2 煤低碳利用新技術(shù) 195
8．4 天然氣低碳利用 201
8．4．1 天然氣化工概述 201
8．4．2 天然氣傳統(tǒng)化工工藝 203
8．4．3 天然氣氧化制乙炔及乙烯 205
8．4．4 天然氣轉(zhuǎn)化研究新進(jìn)展 208
8．4．5 天然氣低碳利用展望 209
8．5 低碳化工下的環(huán)境保護(hù)與永續(xù)發(fā)展 210
8．5．1 用碳納米管吸附揮發(fā)性有機(jī)化合物 210
8．5．2 工業(yè)尾氣低碳利用技術(shù)—一氧化碳生物發(fā)酵制乙醇 216
8．5．3 利用工業(yè)廢液作吸收劑捕集廢氣中CO2 220
8．5．4 利用中空纖維膜捕集CO2工藝 223
8．5．5 利用生物法處理揮發(fā)性有機(jī)化合物 226
8．6 化石資源零碳利用的新時代 229
參考文獻(xiàn) 229
第9章 再造基礎(chǔ)工業(yè)低碳流程 233
9．1 鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù) 233
9．1．1 鋼鐵行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 233
9．1．2 鋼鐵行業(yè)低碳關(guān)鍵技術(shù) 235
9．1．3 在碳中和發(fā)展中的展望 238
9．2 有色金屬行業(yè)低碳技術(shù) 239
9．2．1 有色金屬行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 239
9．2．2 有色金屬行業(yè)低碳關(guān)鍵技術(shù) 239
9．2．3 在碳中和發(fā)展中的展望 242
9．3 水泥金屬行業(yè)低碳技術(shù) 243
9．3．1 效能提高技術(shù) 243
9．3．2 水泥窯協(xié)同處置技術(shù) 244
9．3．3 熟料替代技術(shù) 244
9．3．4 替代燃料技術(shù) 245
9．3．5 替代原材料技術(shù) 246
9．4 化肥行業(yè)低碳技術(shù) 248
9．4．1 有機(jī)肥的制備與施用 248
9．4．2 微生物肥的制備與施用 251
9．4．3 配方施肥策略 252
9．5 零碳建筑 253
9．5．1 建筑運(yùn)行過程中的直接碳排放 253
9．5．2 建筑運(yùn)行過程中的間接碳排放 254
9．5．3 建筑建造和維修導(dǎo)致的間接碳排放 255
9．5．4 建筑運(yùn)行過程中非二氧化碳類溫室氣體排放 256
9．6 零碳交通 256
9．6．1 交通運(yùn)輸部門能耗和碳排放現(xiàn)狀 256
9．6．2 電能的應(yīng)用及展望 258
9．6．3 氫能的利用與展望 259
9．6．4 生物質(zhì)能的利用與發(fā)展 260
9．6．5 總結(jié)與展望 261
9．7 新型低碳工業(yè) 261
9．7．1 能源互聯(lián)網(wǎng) 262
9．7．2 新型綠色電力體系 263
9．7．3 新型綠色工業(yè)園區(qū) 265
9．7．4 蓬勃發(fā)展的新型低碳工業(yè) 266
參考文獻(xiàn) 268
第10章 儲能技術(shù)支撐可再生能源的規(guī)?；?274
10．1 儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè) 274
10．1．1 可再生能源與儲能技術(shù)的關(guān)系 274
10．1．2 發(fā)展規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)基本準(zhǔn)則 277
10．1．3 電化學(xué)儲能技術(shù)性能比較 278
10．2 物理儲能 280
10．2．1 抽水蓄能 280
10．2．2 壓縮空氣儲能 285
10．2．3 飛輪儲能 290
10．2．4 儲熱 295
10．2．5 儲冷 300
10．2．6 新型物理儲能 304
10．3 電化學(xué)儲能 311
10．3．1 鋰離子電池 311
10．3．2 鋰硫電池 314
10．3．3 固態(tài)電池 317
10．3．4 鈉離子電池 320
10．3．5 液流電池 323
10．3．6 水系電池 331
10．3．7 電介質(zhì)薄膜電容器 332
10．3．8 超級電容器 335
10．3．9 高功率電池 342
10．3．10 液態(tài)金屬電池 345
10．3．11 新型化學(xué)儲能 346
參考文獻(xiàn) 352
第11章 氫能替代與零碳能源 357
11．1 碳中和背景下的氫能 357
11．1．1 能源載體的評價指標(biāo)體系 357
11．1．2 零碳替代技術(shù)路線判據(jù) 358
11．1．3 現(xiàn)有工業(yè)體系中的氫 358
11．1．4 碳中和推動“物質(zhì)氫”向“能源氫”轉(zhuǎn)變 362
11．2 可再生清潔能源制氫技術(shù) 362
11．2．1 電解水制氫技術(shù)概述 362
11．2．2 電解水制氫催化材料 363
11．2．3 電解水制氫膜材料 365
11．2．4 電解水制氫過程 367
11．2．5 可再生能源電解水制氫展望 372
11．3 零碳排放的氫能應(yīng)用 373
11．3．1 燃料電池 373
11．3．2 零碳排放的新型化工系統(tǒng) 382
11．4 未來氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展 386
11．4．1 制氫技術(shù)與產(chǎn)業(yè)格局的演變 386
11．4．2 氫能應(yīng)用場景預(yù)測與分析 388
11．4．3 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 390
參考文獻(xiàn) 391
第12章 二氧化碳的捕集、利用和封存 394
12．1 二氧化碳捕集技術(shù) 394
12．1．1 二氧化碳分離方法 394
12．1．2 燃燒前捕集技術(shù) 398
12．1．3 燃燒后捕集技術(shù) 399
12．1．4 富氧燃燒捕集技術(shù) 399
12．1．5 捕集技術(shù)的總結(jié) 401
12．2 二氧化碳利用技術(shù) 402
12．2．1 驅(qū)油 402
12．2．2 驅(qū)水 405
12．2．3 驅(qū)氣 407
12．2．4 二氧化碳礦化 411
12．2．5 二氧化碳其他新應(yīng)用 420
12．3 二氧化碳封存技術(shù) 424
12．3．1 封存技術(shù)的分類及原理 424
12．3．2 封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 425
12．3．3 封存技術(shù)的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢 427
參考文獻(xiàn) 428
第13章 二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化 434
13．1 碳還原CO2制CO 435
13．1．1 碳還原CO2制CO熱力學(xué) 435
13．1．2 碳還原CO2制CO動力學(xué) 436
13．1．3 碳還原CO2制CO反應(yīng)器 437
13．2 甲烷-二氧化碳重整制合成氣 440
13．2．1 甲烷-CO2重整反應(yīng)熱力學(xué) 440
13．2．2 甲烷-CO2重整反應(yīng)催化劑 441
13．2．3 甲烷-CO2重整反應(yīng)器 442
13．3 二氧化碳合成甲醇 444
13．3．1 二氧化碳直接加氫合成甲醇熱力學(xué) 444
13．3．2 二氧化碳直接加氫合成甲醇反應(yīng)機(jī)理 445
13．3．3 二氧化碳直接加氫合成甲醇動力學(xué) 446
13．3．4 二氧化碳直接合成甲醇反應(yīng)器 446
13．3．5 二氧化碳直接加氫合成甲醇工業(yè)實(shí)施 448
13．3．6 二氧化碳間接法制甲醇 448
13．3．7 電催化CO2還原制甲醇 449
13．4 二氧化碳合成乙醇 449
13．4．1 二氧化碳加氫直接合成乙醇 449
13．4．2 二氧化碳通過逆水煤氣變換合成乙醇 451
13．4．3 CO2/CH4重整制乙醇 452
13．4．4 光/電催化CO2還原制乙醇 452
13．4．5 生物質(zhì)熱解+CO2重整+CO發(fā)酵制乙醇 453
13．5 二氧化碳合成碳酸酯 453
13．5．1 二氧化碳與環(huán)氧化合物合成環(huán)狀碳酸酯 454
13．5．2 二氧化碳與環(huán)氧化合物直接合成聚碳酸酯 457
13．5．3 CO2與烯烴直接環(huán)氧化和環(huán)加成制環(huán)狀碳酸酯 458
13．6 CO2加氫直接制航空燃料 460
13．6．1 綠色航空燃料與傳統(tǒng)制備工藝 460
13．6．2 CO2加氫直接制航空燃料 460
參考文獻(xiàn) 462
第14章 新興碳金融政策 465
14．1 碳稅分析 466
14．1．1 碳稅理論分析 466
14．1．2 碳稅面臨的一些問題 466
14．1．3 各國碳稅法律制度的比較及借鑒 467
14．1．4 文獻(xiàn)分析 468
14．2 碳交易分析 471
14．2．1 碳排放權(quán)理論分析 471
14．2．2 碳排放權(quán)交易面臨的問題 472
14．2．3 碳排放權(quán)制度借鑒 473
14．3 碳金融創(chuàng)新 474
14．3．1 綠色債券 474
14．3．2 期貨市場的建立 476
14．3．3 碳排放權(quán)質(zhì)押 476
14．3．4 碳交易保險和碳主題基金 477
14．3．5 綠債支持生態(tài)產(chǎn)品價值實(shí)現(xiàn)的實(shí)踐效果 477
參考文獻(xiàn) 480
第15章 全員行動實(shí)現(xiàn)碳中和 482
15．1 生活消費(fèi)減碳 482
15．1．1 生活消費(fèi)范圍界定及其碳排放構(gòu)成 482
15．1．2 客觀社會因素對生活消費(fèi)碳排放的影響 485
15．1．3 主觀心理因素對生活消費(fèi)碳排放的影響 487
15．1．4 生活消費(fèi)減碳的系統(tǒng)策略 489
15．2 飲食：食品與生態(tài)農(nóng)業(yè) 490
15．2．1 中國飲食正在經(jīng)歷快速變革 490
15．2．2 飲食帶來的碳足跡不容忽視 490
15．2．3 低碳農(nóng)業(yè)對飲食碳減排的作用 491
15．2．4 減少食物浪費(fèi)對飲食碳減排的作用 492
15．3 住房：低能耗建筑，零碳取暖制冷 493
15．4 出行：新能源車與共享交通 496
15．4．1 發(fā)展新能源交通工具 496
15．4．2 完善綠色公共交通系統(tǒng) 498
15．4．3 建設(shè)電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施 499
15．4．4 倡導(dǎo)共享交通出行模式 500
15．5 其他：垃圾分類與固廢處理 500
15．5．1 中國生活垃圾排放現(xiàn)狀 500
15．5．2 生活固廢收運(yùn)與處理中的碳排放 502
15．5．3 生活固體廢物的碳減排策略 504
15．6 全員碳賬戶測算和實(shí)踐 506
15．6．1 實(shí)踐路徑 506
15．6．2 企業(yè)碳賬戶場景 507
15．6．3 公眾碳賬戶場景 509
15．6．4 區(qū)域“碳家底”場景 509
15．6．5 未來展望 509
參考文獻(xiàn) 510
跋 512