2060中国碳中和电子书

内容提要

序一

序二

序三

前言

本书编著者名单

第1章 绪论

1.1 全球碳元素代谢与我国碳中和的挑战与机遇

1.2 产业结构转型是实现碳中和的必由之路

1.3 可再生能源技术为近零碳电力系统的基础

1.4 从化石燃料时代转变为化石材料时代

1.5 发展循环经济，实现能源梯级利用和资源循环利用

1.6 科技创新是实现碳中和的根本途径

第2章 碳中和科学基础——二氧化碳代谢机制

2.1 二氧化碳的自然代谢

2.1.1 碳的地球化学特征

2.1.2 含碳物质在自然界中的相互作用关系

2.1.3 大气中的二氧化碳含量的变迁

2.2 二氧化碳的人为排放

2.2.1 温室气体的核算范围

2.2.2 温室气体排放占比

2.2.3 中国的温室气体排放清单

2.3 中国基本二氧化碳流图

2.3.1 中国二氧化碳排放途径

2.3.2 中国二氧化碳流图分析

2.4 碳循环经济

2.4.1 碳循环经济的内涵和理论基础

2.4.2 碳循环经济“4R”原则

2.4.3 碳循环经济的重要指导意义

2.5 碳中和与经济的协调发展

2.5.1 “碳中和”对经济增长的短期影响

2.5.2 “碳中和”对经济发展的长期效应

2.5.3 “碳中和”目标为我国经济发展带来的挑战

2.6 碳达峰与碳中和背景下的科技创新

2.6.1 能源部门

2.6.2 建筑部门

2.6.3 交通部门

2.6.4 工业部门

2.6.5 负排放技术

参考文献

第3章 全球气候变化——人类面临的挑战

3.1 发达国家碳达峰历程的研究、启示与借鉴

3.1.1 经济社会发展与能源消费及碳排放的关系

3.1.2 发达国家发展经历对我国的启示

3.2 应对气候变化已达成共识

3.3 巴黎协定中升温控制在1.5℃和2℃两种情景

3.4 世界各国应对气候变化的政策

3.4.1 气候目标——欧盟的净零排放之路

3.4.2 美国能源和气候新计划

3.5 中国的碳达峰与碳中和

3.5.1 中国能源结构的特点

3.5.2 中国碳排放现状

3.5.3 中国提出的碳达峰与碳中和目标

参考文献

第4章 中国碳达峰路径和预测

4.1 中国历年碳排放

4.2 碳排放环节分解

4.2.1 工艺过程

4.2.2 能源活动

4.3 碳排放前景分析

4.4 碳达峰驱动力模型

4.4.1 模型建立

4.4.2 模型计算与评价

4.4.3 未来预测

4.5 碳达峰路径图

参考文献

第5章 中国碳中和路径和前景

5.1 中国碳中和主要因素

5.1.1 工业

5.1.2 建筑

5.1.3 交通

5.1.4 可再生能源

5.1.5 碳捕集利用

5.2 碳中和情景分析

5.2.1 基准情景

5.2.2 低减排情景

5.2.3 高减排情景

5.2.4 对比分析

5.3 碳中和路线图

5.3.1 降低能耗总量

5.3.2 发展零碳电力

5.3.3 化石资源化利用

5.3.4 植树造林与CCUS技术

5.3.5 碳中和总体蓝图

参考文献

第6章 中国碳中和目标下能源转型路径

6.1 概述

6.1.1 能源及其分类

6.1.2 中国能源结构

6.2 中国能源流与碳流

6.2.1 中国能源流

6.2.2 中国能源加工转换

6.2.3 中国能源终端消费

6.2.4 中国碳流

6.3 碳中和目标下中国能源转型

6.3.1 常规能源高效利用

6.3.1.1 煤炭

6.3.1.2 石油

6.3.1.3 天然气

6.3.1.4 水能

6.3.2 新能源开发利用

6.3.3 CCUS技术

6.4 碳中和目标下中国能源转型展望

参考文献

第7章 迈向零碳电力系统

7.1 电力系统发展总体思路

7.1.1 国内外电力系统技术现状

7.1.2 我国电力系统发展趋势

7.1.3 电力系统技术瓶颈与挑战

7.2 火电电力

7.2.1 火电效率提高技术

7.2.2 火电发展方向：IGCC和调峰电站

7.2.2.1 IGCC

7.2.2.2 增强调峰能力：火电对系统的兜底保障作用

7.3 新能源电力

7.3.1 光伏

7.3.1.1 光伏发电概述

7.3.1.2 光伏发电基本原理和光伏发电系统

7.3.1.3 光伏发电相关政策

7.3.1.4 分布式与集中式光伏发电优缺点

7.3.1.5 中国光伏未来发展趋势

7.3.2 风能

7.3.2.1 风能发电概述

7.3.2.2 风能发电基本原理和控制技术

7.3.2.3 风电系统的分类

7.3.2.4 并网型风力发电机组

7.3.2.5 风能发电相关政策

7.3.2.6 风能发电优缺点

7.3.2.7 中国风电未来发展趋势

7.3.3 水力发电（含河流海洋）

7.3.3.1 水力发电（含海洋能）概述

7.3.3.2 水力发电原理

7.3.3.3 海洋能发电原理

7.3.3.4 我国水力发电（含海洋能）相关政策

7.3.3.5 水力发电（含海洋能）优缺点

7.3.3.6 我国水力发电（含海洋能）发展趋势

7.3.4 核能

7.3.4.1 核能发电概述

7.3.4.2 核电站基本类别及其发电基本原理

7.3.4.3 核能发电的利与弊

7.3.4.4 核能未来发展趋势

7.3.5 地热

7.3.5.1 地热发电概述

7.3.5.2 地热发电基本类别

7.3.5.3 地热发电相关政策

7.3.5.4 地热发电优缺点

7.3.5.5 中国地热未来发展趋势

7.3.6 其他新能源电力

7.3.6.1 生物质能概述

7.3.6.2 生物质能基本类别

7.3.6.3 我国生物质能发展相关政策

7.3.6.4 我国生物质能发展趋势

7.4 以新能源为主体的新型电力系统

7.4.1 高比例新能源并网支撑技术

7.4.1.1 海上风电并网技术

7.4.1.2 分布式可再生能源主动支撑技术

7.4.1.3 储能与高比例新能源协同控制技术

7.4.2 新型电力系统运行控制技术

7.4.2.1 “双高三低”电力系统形态演化技术

7.4.2.2 高弹性电力系统韧性提升技术

7.4.2.3 新型电能传输技术

7.4.3 多元需求侧资源供需互动技术

7.4.3.1 电动汽车与需求响应技术

7.4.3.2 虚拟电厂与柔性配电网技术

7.4.3.3 综合能源技术

7.4.4 新型电力系统能量存储技术

7.4.4.1 电化学储能技术

7.4.4.2 机械储能技术

7.4.4.3 综合能源存储技术

7.5 碳中和目标下的零碳电力系统

7.5.1 氢能制-储-输-用全产业链促进电力系统零碳化

7.5.2 可再生能源制氢呈现高速发展趋势

7.5.3 氢转X具有广阔的应用前景

7.5.4 燃料电池领域核心技术逐步突破

参考文献

第8章 开启化石资源低碳利用的新时代

8.1 化石资源利用目标的转变

8.1.1 化石资源利用策略

8.1.2 化石资源利用科技创新

8.2 石油资源低碳利用

8.2.1 从石油到化工品

8.2.2 传统石油的催化裂化技术

8.2.3 石油低碳利用新技术

8.3 煤低碳利用

8.3.1 煤化工产品的高端产品转化

8.3.1.1 甲醇制备烯烃

8.3.1.2 甲醇制备芳烃

8.3.1.3 甲醇制备氢氰酸与蛋白质

8.3.2 煤低碳利用新技术

8.3.2.1 合成气制备烯烃

8.3.2.2 合成气制备芳烃

8.4 天然气低碳利用

8.4.1 天然气化工概述

8.4.2 天然气传统化工工艺

8.4.3 天然气氧化制乙炔及乙烯

8.4.4 天然气转化研究新进展

8.4.5 天然气低碳利用展望

8.5 低碳化工下的环境保护与永续发展

8.5.1 用碳纳米管吸附挥发性有机化合物

8.5.1.1 挥发性有机物处理的重要性与碳排放的关系

8.5.1.2 碳纳米管吸附-脱附-固碳新技术理念的提出

8.5.1.3 提高绿电比例对不同工艺碳排放的影响

8.5.1.4 基于碳纳米管构筑有机挥发性气体处理的绿色循环链的工业实践

8.5.1.5 碳吸附-脱附-固定绿色循环链的未来展望

8.5.2 工业尾气低碳利用技术——一氧化碳生物发酵制乙醇

8.5.2.1 CO生物发酵制乙醇技术原理

8.5.2.2 工业发酵过程强化

8.5.2.3 生物发酵制乙醇工业化应用

8.5.2.4 工业尾气生物发酵制乙醇展望

8.5.3 利用工业废液作吸收剂捕集废气中CO2

8.5.3.1 工业废液吸收CO2技术理念的提出

8.5.3.2 业废液吸收CO2工艺介绍

8.5.3.3 工业废液捕集CO2的挑战与应用潜力

8.5.3.4 工业废液与CO2协同处理技术对环境保护的意义

8.5.4 利用中空纤维膜捕集CO2工艺

8.5.4.1 中空纤维膜的膜吸收原理

8.5.4.2 中空纤维膜工艺流程的建立

8.5.4.3 中空纤维膜分离CO2对吸收剂再生性能影响

8.5.4.4 中空纤维膜吸收CO2的应用分析和展望

8.5.5 利用生物法处理挥发性有机化合物

8.5.5.1 新兴的生物吸收法

8.5.5.2 生物过滤法工艺及设备

8.5.5.3 生物吸收法净化VOCs效率分析

8.5.5.4 生物净化法对可持续发展的意义

8.6 化石资源零碳利用的新时代

参考文献

第9章 再造基础工业低碳流程

9.1 钢铁行业低碳技术

9.1.1 钢铁行业发展现状

9.1.2 钢铁行业低碳关键技术

9.1.3 在碳中和发展中的展望

9.2 有色金属行业低碳技术

9.2.1 有色金属行业发展现状

9.2.2 有色金属行业低碳关键技术

9.2.3 在碳中和发展中的展望

9.3 水泥金属行业低碳技术

9.3.1 效能提高技术

9.3.2 水泥窑协同处置技术

9.3.3 熟料替代技术

9.3.4 替代燃料技术

9.3.5 替代原材料技术

9.4 化肥行业低碳技术

9.4.1 有机肥的制备与施用

9.4.2 微生物肥的制备与施用

9.4.3 配方施肥策略

9.5 零碳建筑

9.5.1 建筑运行过程中的直接碳排放

9.5.2 建筑运行过程中的间接碳排放

9.5.3 建筑建造和维修导致的间接碳排放

9.5.4 建筑运行过程中非二氧化碳类温室气体排放

9.6 零碳交通

9.6.1 交通运输部门能耗和碳排放现状

9.6.2 电能的应用及展望

9.6.3 氢能的利用与展望

9.6.4 生物质能的利用与发展

9.6.5 总结与展望

9.7 新型低碳工业

9.7.1 能源互联网

9.7.2 新型绿色电力体系

9.7.3 新型绿色工业园区

9.7.4 蓬勃发展的新型低碳工业

参考文献

第10章 储能技术支撑可再生能源的规模化

10.1 储能技术与产业

10.1.1 可再生能源与储能技术的关系

10.1.1.1 储能是新型电力系统的支撑技术

10.1.1.2 储能在不同场合的应用

10.1.2 发展规模化储能技术基本准则

10.1.3 电化学储能技术性能比较

10.2 物理储能

10.2.1 抽水蓄能

10.2.2 压缩空气储能

10.2.3 飞轮储能

10.2.4 储热

10.2.5 储冷

10.2.6 新型物理储能

10.3 电化学储能

10.3.1 锂离子电池

10.3.2 锂硫电池

10.3.3 固态电池

10.3.4 钠离子电池

10.3.5 液流电池

10.3.5.1 液流电池技术

10.3.5.2 钒液流电池技术

10.3.5.3 其他液流电池技术

10.3.5.4 液流电池技术展望

10.3.6 水系电池

10.3.7 电介质薄膜电容器

10.3.8 超级电容器

10.3.8.1 新能源发展机遇赋予超级电容器的使命

10.3.8.2 中国超级电容器产业的创新

10.3.8.3 中国超级电容行业发展趋势

10.3.9 高功率电池

10.3.10 液态金属电池

10.3.11 新型化学储能

参考文献

第11章 氢能替代与零碳能源

11.1 碳中和背景下的氢能

11.1.1 能源载体的评价指标体系

11.1.2 零碳替代技术路线判据

11.1.3 现有工业体系中的氢

11.1.3.1 总体情况

11.1.3.2 煤制氢

11.1.3.3 天然气制氢

11.1.3.4 工业副产物制氢

11.1.4 碳中和推动“物质氢”向“能源氢”转变

11.2 可再生清洁能源制氢技术

11.2.1 电解水制氢技术概述

11.2.2 电解水制氢催化材料

11.2.3 电解水制氢膜材料

11.2.4 电解水制氢过程

11.2.4.1 碱性水溶液电解水制氢

11.2.4.2 质子交换膜电解水制氢

11.2.4.3 固体氧化物电解水制氢

11.2.4.4 碱性膜电解水制氢

11.2.5 可再生能源电解水制氢展望

11.3 零碳排放的氢能应用

11.3.1 燃料电池

11.3.1.1 燃料电池技术发展历程

11.3.1.2 质子交换膜燃料电池

11.3.1.3 固体氧化物燃料电池

11.3.1.4 碱性燃料电池

11.3.1.5 磷酸燃料电池

11.3.1.6 熔融碳酸盐燃料电池

11.3.2 零碳排放的新型化工系统

11.3.2.1 氢制合成气与煤基烯烃流程

11.3.2.2 氢冶金促进钢铁工业低碳转型

11.3.2.3 石油化工行业的氢能替代

11.4 未来氢能产业发展

11.4.1 制氢技术与产业格局的演变

11.4.2 氢能应用场景预测与分析

11.4.2.1 氢作为化学物质的应用

11.4.2.2 氢作为能源载体应用

11.4.2.3 氢能促进零碳交通能源可持续发展

11.4.3 氢能产业发展的机遇与挑战

参考文献

第12章 二氧化碳的捕集、利用和封存

12.1 二氧化碳捕集技术

12.1.1 二氧化碳分离方法

12.1.1.1 吸收法

12.1.1.2 吸附法

12.1.1.3 膜法

12.1.2 燃烧前捕集技术

12.1.3 燃烧后捕集技术

12.1.4 富氧燃烧捕集技术

12.1.4.1 富氧燃烧碳捕集

12.1.4.2 化学链燃烧

12.1.5 捕集技术的总结

12.2 二氧化碳利用技术

12.2.1 驱油

12.2.1.1 技术介绍

12.2.1.2 技术成熟度和经济可行性

12.2.1.3 安全性及环境影响

12.2.1.4 小结

12.2.2 驱水

12.2.2.1 二氧化碳驱水技术概述

12.2.2.2 国外CO2驱水技术进展

12.2.2.3 国内CO2驱水技术进展

12.2.3 驱气

12.2.3.1 技术介绍

12.2.3.2 技术成熟度和经济可行性

12.2.3.3 安全性及环境影响

12.2.3.4 技术发展预测和应用潜力

12.2.4 二氧化碳矿化

12.2.4.1 矿化路线及其热力学可行性

12.2.4.2 矿化的工业化实践

12.2.4.3 建材化利用

12.2.4.4 高值化纳米材料

12.2.4.5 其他矿化利用

12.2.4.6 矿化的技术前景评价

12.2.5 二氧化碳其他新应用

12.2.5.1 化学——生物耦合法捕集、转化与储存

12.2.5.2 基于深地微生物固碳的地质封存技术

12.2.5.3 医学研究与应用

12.3 二氧化碳封存技术

12.3.1 封存技术的分类及原理

12.3.2 封存技术的发展现状

12.3.3 封存技术的挑战及发展趋势

参考文献

第13章 二氧化碳的化学转化

13.1 碳还原CO2制CO

13.1.1 碳还原CO2制CO热力学

13.1.2 碳还原CO2制CO动力学

13.1.3 碳还原CO2制CO反应器

13.2 甲烷-二氧化碳重整制合成气

13.2.1 甲烷-CO2重整反应热力学

13.2.2 甲烷-CO2重整反应催化剂

13.2.3 甲烷-CO2重整反应器

13.3 二氧化碳合成甲醇

13.3.1 二氧化碳直接加氢合成甲醇热力学

13.3.2 二氧化碳直接加氢合成甲醇反应机理

13.3.3 二氧化碳直接加氢合成甲醇动力学

13.3.4 二氧化碳直接合成甲醇反应器

13.3.5 二氧化碳直接加氢合成甲醇工业实施

13.3.6 二氧化碳间接法制甲醇

13.3.7 电催化CO2还原制甲醇

13.4 二氧化碳合成乙醇

13.4.1 二氧化碳加氢直接合成乙醇

13.4.2 二氧化碳通过逆水煤气变换合成乙醇

13.4.3 CO2/CH4重整制乙醇

13.4.4 光／电催化CO2还原制乙醇

13.4.5 生物质热解+CO2重整+CO发酵制乙醇

13.5 二氧化碳合成碳酸酯

13.5.1 二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯

13.5.1.1 CO2环氧化合物加成反应催化体系

13.5.1.2 CO2与环氧化合物加成生产环状碳酸酯工艺

13.5.1.3 CO2与环氧化合物加成生产环状碳酸酯反应器

13.5.2 二氧化碳与环氧化合物直接合成聚碳酸酯

13.5.3 CO2与烯烃直接环氧化和环加成制环状碳酸酯

13.6 CO2加氢直接制航空燃料

13.6.1 绿色航空燃料与传统制备工艺

13.6.2 CO2加氢直接制航空燃料

参考文献

第14章 新兴碳金融政策

14.1 碳税分析

14.1.1 碳税理论分析

14.1.2 碳税面临的一些问题

14.1.3 各国碳税法律制度的比较及借鉴[注]

14.1.4 文献分析

14.2 碳交易分析

14.2.1 碳排放权理论分析

14.2.2 碳排放权交易面临的问题

14.2.3 碳排放权制度借鉴

14.3 碳金融创新

14.3.1 绿色债券

14.3.2 期货市场的建立

14.3.3 碳排放权质押

14.3.4 碳交易保险和碳主题基金

14.3.5 绿债支持生态产品价值实现的实践效果

参考文献

第15章 全员行动实现碳中和

15.1 生活消费减碳

15.1.1 生活消费范围界定及其碳排放构成

15.1.2 客观社会因素对生活消费碳排放的影响

15.1.3 主观心理因素对生活消费碳排放的影响

15.1.4 生活消费减碳的系统策略

15.2 饮食：食品与生态农业

15.2.1 中国饮食正在经历快速变革

15.2.2 饮食带来的碳足迹不容忽视

15.2.3 低碳农业对饮食碳减排的作用

15.2.4 减少食物浪费对饮食碳减排的作用

15.3 住房：低能耗建筑，零碳取暖制冷

15.4 出行：新能源车与共享交通

15.4.1 发展新能源交通工具

15.4.2 完善绿色公共交通系统

15.4.3 建设电动汽车充电基础设施

15.4.4 倡导共享交通出行模式

15.5 其他：垃圾分类与固废处理

15.5.1 中国生活垃圾排放现状

15.5.2 生活固废收运与处理中的碳排放

15.5.3 生活固体废物的碳减排策略

15.6 全员碳账户测算和实践

15.6.1 实践路径

15.6.2 企业碳账户场景

15.6.3 公众碳账户场景

15.6.4 区域“碳家底”场景

15.6.5 未来展望

参考文献

跋