湖北省碳达峰科技支撑体系及路径研究*

曾 炜 方泽慧

(湖北工业大学经济与管理学院，湖北武汉 430068）

1 研究背景

受新冠肺炎疫情的影响，2020年湖北省的碳排放量出现了明显的下降，其主要原因在于疫情造成的工业及能源活动大幅减少。第一大温室气体占比87.69%的二氧化碳排放总量下降10.2%。

1.1 能源活动是二氧化碳排放的首要来源

湖北省的二氧化碳排放总量中，由能源活动产生的排放量占比达84.42%，化石燃料燃烧中的能源工业、工业和建筑业部门是能源活动的二氧化碳排放主要来源，其贡献地位相当。2020年湖北省能源活动的二氧化碳排放量有超过九成来自化石燃料燃烧[1]。其中，工业和建筑业部门排放占35.9%，能源工业部门排放占32.19%，交通运输部门排放占19.05%，其余排放则来自于居民生活部门、服务业部门及农业部门等。从动态来看，2018-2020年湖北省能源活动的能源工业、工业和建筑业二氧化碳排放占能源活动总排放量由78.56%下降至68.08%，且两者贡献率之差由29.87个百分点缩小至0.04个百分点，两者地位逐渐相当。

在非能源活动中，工业生产过程则是仅次于能源活动的第二大排放源，占比15.18%，同时也是含氟气体排放量全部来源，主要由半导体生产、电力设备制造和运行、铝生产过程所引起。根据近年排放趋势来看，湖北省工业生产过程中二氧化碳排放各部排放来源相对地位较为稳定，主要来源为水泥、石灰和钢铁的生产。其贡献地位依次递减。

1.2 农业生产活动及废弃物处理是非二氧化碳排放的主要来源

农业生产活动是其他非二氧化碳等温室气体排放的主要来源。其中，湖北省稻田甲烷排放量占农业生产甲烷排放量的58.85%。湖北省农业用地氧化亚氮占农业活动氧化亚氮排放量的85%，动物粪便管理系统占比15%。

在废弃物处理过程中，固废和废水处理是非二氧化碳排放来源，固体废弃物焚烧是二氧化碳排放来源。2020年，湖北省固体废弃物处理甲烷排放量占废弃物处理甲烷排放量的70.35%，生活污水处理及工业废水处理的甲烷排放量分别占比10.52%和19.13%。在废弃物处理的二氧化碳排放方面，近年来湖北省废弃物焚烧处理的二氧化碳排放量均来自于固体废弃物焚烧处理，且排放量逐年上升。

1.3 林业碳汇能力快速增长

湖北省土地利用变化和林业部门的二氧化碳吸收汇2020年的增幅为12.97%，较上一年增幅提升了8.74个百分点，使得二氧化碳净排放量下降幅度达到12.34%。森林及其他木质生物质的碳储量变化中，乔木林生长为最大的碳吸收汇，其次为疏林等其他林木。非林地和其他木质生物的碳汇水平也呈稳步上升趋势。

2 湖北省科技创新支撑碳达峰存在的问题

科技创新是碳达峰与碳中和目标实现的重要保障[2]，国务院各部门密集出台应对气候变化有关政策，都对科技支撑提出明确需求，湖北省作为首批低碳试点已积累了一批如碳交易市场等卓有成效的减排控制模式，但在利用科技创新支撑碳达峰方面仍存在一些不足。

2.1 新能源技术利用率偏低

近年来，新能源装机和发电量持续增长，装机结构不断优化，但是新能源占一次能源比重偏低，节能技术利用率偏低。2019年年底，风电、太阳能装机容量占湖北省总装机容量的13.05%。水电装机容量占比较大，但是三峡发电量约83%外送他省，实际送湖北发电的装机容量偏小，水电电力占比不足30%。风电、光伏发电量占比约6.43%，新能源消纳形势相对严峻[3]。省内随州市、宜昌市、恩施州、十堰市等区域被列为新能源消纳红色预警区域。发电侧新能源储能技术发展不足，火电机组低负荷运行技术仍无法提供有效支撑。电网侧高效平稳并网接入技术尚未得到突破[4]。

2.2 绿色低碳技术工业化应用不足

湖北省科教资源丰富，创新优势突出。高耗能行业集成系统诊断、空气源热泵、炼焦荒煤气显热回收利用等低碳技术取得了一些突破性进展。但是，低碳创新技术科技成果转化率、转化成功率及就地转化率仍然不高。实现“双碳”目标需要系统的科技支撑和多主体协同参与，但目前科技创新和低碳转型的结合力度还不够[5]。对可再生能源、储能、氢能、CCUS、生态碳汇等方向下的超高效太阳能电池、绿色制氢、人工光合成、增压富氧燃烧、高光效能植物增汇、新能源电网重构超稀薄温室气体捕获与降解等基础前沿理论研究不足，缺乏技术应用推广的理论依据。

2.3 “两高”行业绿色技术替代动力不足

“两高”行业产业规模大，技术和装备更新成本高。在工业碳排放量存量中，电力热力的生产和供应业、石油加工炼焦及核燃料加工业、化学原料及化学制品制造业、有色金属冶炼及压延加工业、黑色金属冶炼及压延加工业、非金属矿物制品业等六大高耗能行业占比高达九成以上。绿色低碳技术替代迫在眉睫。新工艺研发缓慢，新技术工业化应用比例低，产业升级主要依靠扩大产能[6]。企业碳达峰实施路径及方案尚未出台落实，从而使得能效水平相对落后企业采用节能先进适用技术装备实施改造升级的动力不足。

2.4 绿色技术创新体系尚未成型

湖北省尚未形成以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的绿色技术创新体系。高校及科研院所主要关注前沿科学发展和新技术的试验，在短期内难以形成规模化或商业化的应用。行业和企业对实现绿色转型尚未形成科学系统的认知，企业自身组织力量进行绿色清洁技术的研发缺乏内生动力。因此，工业清洁技术替代的完整体系形成难度相对较高。数据表明，以现有的技术水平在部署CCUS时将使一次能耗增加10%～20%，若仍使用化石能源，则会增加二氧化碳的排放[7]。储能技术发展也有一定的欠缺，可再生能源的发电不能很好进行储存，容易造成使用与供给的不平衡，影响正常发展。

3 科技支撑湖北省碳达峰的对策建议

3.1 强化碳达峰科技理论支撑

强化碳减排相关科技理论研究，为科技支撑体系提供坚实的理论基础。以可再生能源、储能、氢能、CCUS、生态碳汇等为方向，开展绿色制氢、人工光合成、增压富氧燃烧、新能源电网重构超稀薄温室气体捕获与降解等基础前沿理论研究，为开发前沿能源及其与传统能源耦合技术提供源头理论支撑，针对性解决湖北省碳达峰、碳中和基础理论研究的薄弱问题。

3.2 明确重点行业科技减排路径

3.2.1 能源行业

一是针对湖北省以煤炭为主的能源结构，加速推进能源结构转型[8]。加速推进煤炭低碳高效清洁利用，突破煤燃烧过程中污染控制与资源化利用及新型清洁煤燃烧技术。同时，加大清洁能源的研究开发与推广，加速研发光伏发电、风电、水电、氢能等一系列清洁能源高效发电与安全并网技术，结合碳捕获技术，捕集二氧化碳转化为甲醇等能源化学品，突破风光水火储等多能互补关键技术。

二是提高能源利用效率。推进大规模储能技术研究与应用，研究分布式变速抽水蓄能的源网协调控制策略、优化配置及其与电网协调规划方法。加快CCUS等技术发展，提高二氧化碳利用技术，发展再生资源深度回收利用，突破高耗能行业产品再生关键技术。

三是发展数字能源系统。推进人工智能、大数据、物联网技术在能源采集、使用方面的融合创新利用，加快提升能源产业链智能化水平，支撑构建多能互补的新型能源系统。

3.2.2 化工行业

一是推动低碳化技术提升。推进大宗化工零碳工业流程再造与二氧化碳捕集利用与封存。升级胶磷矿选矿、磷精矿加工等磷化工清洁生产流程、全流程能量集成优化及催化裂化等石油化工流程的低碳零碳流程再造技术；突破二氧化碳驱油技术和二氧化碳制造化学品技术，促进大宗化工与油田、氢能利用协同发展。

二是推进清洁化生产。推进化工固废处理技术研发；突破高强石膏粉、磷石膏提纯和道路基材生产等技术，提升磷石膏回收利用率，磷石膏硫循环捕集二氧化碳技术；加强废弃催化剂、油泥及危险固废的资源化低碳循环处置等相关技术及装备的开发；加大对气化炉协同处理生物质、生活垃圾、城市污泥等关键技术的攻关；研究锂电池、燃料电池、黑磷烯电池材料以及贮氢技术，研究新型电池正极材料及结构，形成系列低碳排放能源替代品。

三是推动节能技术改进。提高余热利用效率，推动系统优化技术发展，如节能型尿素生产技术；加大节能减排化工装备新技术研发投入；研究化工生产中的节能技术、热泵精馏技术、高效气液固三相分离设备、余热回收技术以及交叉学科的节能技术，提高化工生产流程能源利用效率。

3.2.3 钢铁行业

一是推进低碳高效生产。推动研发新型低碳冶炼与制造技术。支持新型还原技术的研发和推广，主要包括非高炉炼铁技术、富氢碳循环高炉技术、氢冶金技术、电加热技术等。推进炼钢过程中能源结构调整，研发氢基高炉-转炉炼钢、氢基直接还原铁-电弧炉炼钢技术，在焦化工艺、烧结工艺、高炉炼铁等方面推广节能减排技术。

二是促进资源循环利用。加快推进炼钢过程中循环经济技术的利用，提高含铁含碳固废全量高效利用、钢铁循环材料的大比例使用、多元有机固废资源化利用。支持冶金煤气二氧化碳分离回收、二氧化碳制备清洁燃料与有机原料、二氧化碳驱油技术、二氧化碳制化产品技术的研究，积极推进碳捕获、利用与封存技术大规模商业化应用。

3.2.4 汽车行业

一是推进节能技术研发。重点发展先进动力技术、高效传动技术等节能汽车关键技术。重点发展纯电动、插电式混合动力和燃料电池整车技术，高效电控技术，充换电技术，智能网联汽车关键技术，以及退役动力电池梯次利用与回收技术，固态电池等新能源汽车关键技术。

二是强化碳排放管理。发展汽车碳排放遥感测量、大数据、云计算等实测技术，碳足迹计算及评估技术，着力构建汽车电动化、网联化、智能化、共享化和低碳化发展体系。

3.2.5 建筑行业

一是推动低碳建材、结构及体系应用技术。突破低碳水泥、可替代低碳胶凝材料与应用技术，研究新型低碳节能建材与应用技术，开展面向绿色建筑结构及体系的新型低碳节能应用技术研发。

二是推动城乡建设绿色低碳发展应用。突破既有建筑能效提升与减碳技术，研发可再生能源建筑规模化应用技术，并开展既有建筑改造及农村建筑节能技术研究[9]，研发适用于夏热冬冷地区的建筑技术体系，系统提升建筑节能-减排-降碳水平。

三是推动碳捕集、固碳及负碳建筑集成应用。突破固碳型胶凝材料及其负碳型混凝土制备技术，突破建筑环境超稀薄温室气体规模化收集与降解关键技术，突破负碳建筑集成系统关键技术与系统示范，探索低碳/负碳城市规划与城市设计新模式，深化负碳建筑内涵。

3.2.6 农业及生态行业

一是生态系统固碳增汇。构建生态系统植被与土壤碳库监测及核算体系。研发植被动态变化智能化监测技术，研究生态系统碳循环和碳足迹演变过程和调控机制，建立碳足迹计算标准，集成生态系统碳储量、固碳速率、固碳潜力的碳核算方法体系。推进典型生态系统的碳循环过程与碳汇功能研究。研究典型森林、灌从、草地、湿地、湖泊和农田生态系统的碳循环关键过程和调控途径，揭示生态系统碳库动态变化和碳汇功能的形成和长期维持机制，从区域尺度揭示生态系统的碳收支及其碳汇功能。

二是农业行业绿色低碳发展。突破新品种、新肥料、新型饲料原料、新型低耗智能化农业生产加工装备的研发及应用；推广绿色生产技术、新型低碳农业模式、耕地质量提升与保育技术、水肥管理技术、减少化肥的温室气体排放，合理选择氮肥种类，加强用水管理，提高化肥农药减施增效技术、饲料精准配方技术、农业废弃物循环利用技术、碳汇渔业技术、植物增汇高效利用技术等。

三是农业与生态系统减排增汇技术及应用示范。推进山水林田湖草一体化保护和修复。开展生态系统植被、土壤、水体增汇技研发术，建立农业农村不同生态系统减排增汇技术体系，推进增汇技术应用示范。

3.3 构建湖北省碳达峰的科技支撑体系

一是创新人才支撑。人才是科技创新的原动力，是科技支撑体系的根基。围绕重点行业领域，面向前沿领域，依托创新平台和龙头企业，引进与培养大量高层次领军人才和青年科学家，培养一批科技成果转化及技术服务人才，形成一支绿色低碳技术创新团队，为科技创新提供人才支撑。

二是创新平台支撑。聚焦重点行业领域，以先进碳中和、碳减排技术为主攻方向，积极组建重点实验室、技术创新中心、产业技术研究院、绿色技术交易中心等创新平台。引导企业与高等院校、科研院所共同成立创新联盟，支持和推荐申报国家级创新平台。

三是创新技术支撑。瞄准世界前沿，强化减排降碳增汇技术攻关，在可再生能源、储能、氢能、CCUS、生态碳汇等方向努力取得重大科技成果，发挥学习能力攻克一批碳中和前沿和颠覆性技术，在重点行业领域实现绿色低碳技术实质性突破。

四是创新主体支撑。利用创新平台与政策推动力量，培育和支持一批创新主体。在替代能源利用、再生资源回收、过程节能降耗、产品包装升级、CCUS等方向，积极支持各行业领军企业提升绿色低碳技术研发水平，依托创新平台推动作用，普及绿色低碳技术研发成果，实现行业大规模技术水平提升。同时，培育和支持中小型绿色低碳科技企业，打造节能降碳产业集群。

五是创新模式支撑。打造一批绿色低碳示范区，引导示范区制定完善可持续发展政策，搭建核心技术攻关交流平台，健全绿色低碳产业金融体系，实现示范区绿色低碳发展，探索产业园区绿色低碳发展模式[10]。同时，推进已建国家级、省级可持续发展实验区、高新技术产业开发区绿色低碳升级，引领示范绿色低碳经济发展。

3.4 开展低碳科技创新国际合作

政府应支持深度参与国际低碳、零碳、负碳及增汇技术创新合作，鼓励高校、院所、企业积极参加低碳零碳负碳增汇领域国际技术交流活动，支持建设国际联合创新载体，积极开展绿色低碳技术领域的技术转移和产能合作。鼓励在海外布局省内龙头企业实现产品和技术同输出，在拓展国际市场的同时，积极示范绿色低碳技术解决方案。推动与创新型国家和“一带一路”沿线国家开展可再生能源、储能、氢能、CCUS等绿色低碳前沿技术领域的国际科研合作和技术交流。

4 结束语

科技创新支撑碳达峰、碳中和具有巨大的发展潜力和广阔的发展前景。湖北省作为全国疫情最重、管控时间最长、冲击影响最大的省份，为实现后疫情时期的经济复苏和“双碳”目标，在不影响湖北人民生活水平前提下，亟须充分发挥其丰富的科教资源，优化科技支撑体系，通过科技创新高质量支撑湖北省先后实现“双碳”目标。 （文责自负）