“双碳”大计之下,碳中和成为所有企业的目标。

政策利好下,碳捕集、碳利用等减碳技术快速迭代发展,成为资本市场炙手可热的人气板块,多种技术路线的碳中和科技公司不断创造财富神话。但对于私企、创企来说,碳中和概念过于复杂。它们难以理解技术原理、减碳方法,更缺少可依赖的路劲,直接参与其中。

创企应当以何种“姿势”参与“双碳”?“双碳”又为哪些产业带来了新的机会?5月31日,APEC中国工商理事会青年企业家委员会联合果壳硬科技举办碳中和主题闭门会,邀请碳中和领域专家和产业伙伴,探讨绿色减碳技术的发展路径,活动信息量较大,本文仅作简要回顾。

全球碳中和技术创新及政策逻辑

分享人:柴麒敏(国家气候战略中心战略规划部主任、清华大学现代管理研究中心兼职研究员)

中国碳中和时间紧、压力大,若不想牺牲发展,必须进行技术和产业创新。

碳中和不仅是“减减排”,还涉及巨大的产业投资,并已成为全球科技和产业革命重要的驱动力。全球碳市场方面,全球碳市场的交易规模首次达到约7600亿欧元。而中国在2021年7月启动全国碳市场,正处于发展初期,但未来潜力巨大。

过去10年,中国一直是能源转型投资规模最大的国家,尤其是可再生能源领域,我们的装备制造、装机发电和相关领域的专利数,均位列全球第一。这让我们有底气提出“双碳”目标。

此外还有绿色金融。2021年,全球发行绿色债券的规模首次突破6000亿元美元,是2020年的两倍多,而中国是全球最大的绿债发行国之一,在国际上获得了“from zero to hero”的赞誉。

但是跟发达国家相比,中国的现代化时间更短,因此我们的“双碳”压力更大——发达国家从现代化起步到实现碳中和,共需要200~300年时间,而中国若按时实现碳中和,要将这一时间压缩到70~80年。这意味着我们低碳转型的进程和我们的现代化进程一样,是压缩式的。

未来,我们会经历三个阶段:

  • 未来15年内是达峰平台期。这个阶段的主要目的是遏制碳排放快速增长的势头,高质量实现中国经济的第二次转型和碳排放的拐点;

  • 2030年~2035年时深度脱碳期。在这一阶段,我们平均每5年就要减少5亿吨碳排放,这差不多是德国全国的碳排放,挑战非常之大;

  • 2050年后,我们会进入源汇中和期。因为有20%左右的碳排放很难用技术实现减排,因此这个阶段我们要部署大量负排放技术,逼近碳中和。

如何在不牺牲发展和生活品质的前提下解决碳中和的问题呢?技术和产业创新是唯一的途径。

首先是构建以新能源占比逐步提高的新型电力系统,同时大幅提升能效和节能水平。未来能源系统技术更迭以电为主,目前我国终端用能部门的电气化率只有不到30%,未来有可能会超过70%。

另外30%的终端用能问题,需要使用大量替代燃料和负排放技术。其中,替代燃料有氢能、氨能和生物燃料,而负排放技术有BECCS(生物质能利用+碳捕捉)、DAC(直接空气捕捉)等。

目前看来,实现“双碳”每年需要3万亿~4万亿元资金,公共机构只能提供7000~8000亿元,仅靠公共机构远远不够,我们现在需要新的政策,设计新的游戏规则,让社会资本参与进来。

大规模长时间储能技术初探

分享人:沈峰(国电投中央研究院副院长、北京和瑞储能公司董事长)

碳中和为储能行业创造了大量机会,但新技术能否走到最后取决于经济性。

既然未来要大量使用以新能源为主体的电力系统,那必须用储能解决新能源的波动性。

储能可以提高电力设施的利用率以及电力供应的可靠性,而源侧的深度调峰、网侧的削峰填谷和负荷侧的多能综合,既是储能后续的发展方向,也代表行业未来的机遇。

若落实到商业上,则体现为规模化储能发展路线、数字化储能系统运维技术、高端化储能技术创新和多元化商业模式。

至于储能技术,目前有储电、储热、储气等技术路线,这些路线之下又有更多小的分类,它们各有优劣。如:

  • 抽水储能成本低、容量大,但受地理条件限制;

  • 重力储能技术相对成熟,但储能密度低、成本高;

  • 液流电池储能容量大、安全性高,但成本控制困难;

  • 压缩空气储能系统流程相对简单、非补燃系统对环境友好,但储气空间相对较大,运行效率波动大;

  • 还有一种是液态压缩空气储(下图)。高压气体,实际上储能密度是比较低的。如果将空气压缩为液态,通过储热储冷的方式,可以实现高密度的储能,体积减少大约20倍。

  • 也可以用卡诺电池,将电能转化为热能和冷能储存,此时储能系统还可以兼顾供暖或制冷等需求。它非常适合火电厂改造,以及在大型楼宇社区里进行储热。

  • 如果在刚才压缩液态空气时,进一步分离液氧、液氮及稀有气体,就构成了LASER储能系统。分离的氮气可以用于制氨等。

此外氢、氨、甲醇等作为广义储能介质,也有发展空间。近期热度较高的氢储能技术也有多条技术路线,成熟度各自不同。

储能技术路线多、各有特点,未来一定是多元储能,但储能成本持续下降一定是市场规律和实现“双碳”的要求。总之,碳在价值传递的过程中,也创造了大量创业机会。:新的技术在不断涌现,在各自功能的前提下,从技术的角度一定是“条条大路通罗马”,但在商业的角度,哪条路线能走到最后,还要看该技术是否具备经济性。

电化学负碳技术的现在与未来

分享人:康鹏(天津大学化工学院教授、碳能科技创始人)

负碳技术正在高速发展,虽然现阶段经济性差一点,但未来可期。

碳中和需要“三位一体”的技术支撑,这三个位分别是带储能的新能源、氢能技术以及负碳技术。国际能源署的报告中提到,没有负碳技术就无法实现碳中和,而碳能科技便使用电化学技术实现负碳。

最早的负碳技术叫碳捕获与封存技术(CCS),后来人们发现碳捕获技术捕捉到的高纯度碳是一个非常好的原料,于是便加以利用,成为了碳捕集、利用与封存技术(CCUS)。

在CCUS中,碳封存的定位是一个兜底技术。现阶段碳封存的价格在500元/吨左右,目前的低碳价无法抵消捕获与封存成本,很难体现出经济效益。

因此,在实现低成本封存之前,我们还会经历较长的过渡期——把捕获的二氧化碳进行资源化再利用,如工业方面可作为保护气体、制造碳酸饮料、食品保鲜和干冰制冷等;化学方面可用于制造塑料、油品、天然气等。

电化学负碳技术是碳利用技术方面的一个分支,如结合风光电将能量储存到化学键中,用二氧化碳合成甲烷一氧化碳、合成气、合成油等。我们测算,若将二氧化碳利用起来,合成燃料,每年可减排15亿~20亿吨,负碳技术减排前景巨大。

负碳技术在国外经历30多年发展,已非常多样化,如挪威船级社很早就在研究二氧化碳制甲酸的技术;美国公司Liquid Light在做二氧化碳制乙二醇的技术;宝马公司投资的Prometheus Fuels在做C8合成燃料。这些公司多以初创的形式运营,背后也都有大型公司的支持和产业化推广。

国内方面有很多高校都在从事二氧化碳的转化技术,但因为产学界需求错配,国内研究机构仍在采用钯、钌、铂等贵金属催化剂,技术仍处于实验室状态,导致产业化进展相对较慢。

碳能科技开发了一个不依赖贵金属的纳米催化剂,此外行业也没有立即可以应用的电化学反应器,于是我们又开发了立方米级别的轻量型电解反应设备。在水泥、煤化工行业进行了大量测试,走向产业化示范阶段。

现在的负碳技术很像2010年前后的光伏行业——造价高,但并不阻碍行业高速发展。负碳技术也处于这一阶段,目前经济性还需改进,但未来可期。

行业目前也有几个挑战,一是科研人员多处于舒适区、二是原创性技术缺失、三是技术多样性不足。但国内工程化效率非常高,可以迅速把技术产业化、降低成本后进行推广,这是中国本土技术优势所在。

市场交易是落实“双碳”目标的牛鼻子

分享人:朱治中(兰木达公司总经理、电力市场交易资深专家)

“双碳”的核心在能源,能源的核心是波动。

每时每刻的电力供需紧张程度都不一样,因此我们需要有一个与之匹配的市场机制,应对新能源长、短周期的波动。国家正在考虑采用15分钟的高频现货市场,应对波动问题。

比如,某省上午9点钟的用电量为2500万千瓦,该市场机制会先使用最便宜的风光电供应800万千万,其次便宜的60万千瓦级机组大火电供应1200万千瓦(成本为0.2元/千瓦时),若仍有供电缺口,再使用成本更高的30万千瓦级机组火电(成本为0.3元/千瓦时),但最后的用电市场价,则以按成本最高的发电手段收费(也就是现货价格)。

中午新能源发电量提高,用电价格则会相应降低。下午新能源供电减少叠加用电负荷提高,需要调动价格更高的机组,那用电成本可能会涨到0.4~0.6元/千瓦时的水平。

那要如何实现这个市场机制呢?

以下图为例,绿色阴影为新能源发电量,新能源发电量多的中午时段,现货价格会降为0元/千瓦时,迫使火电主动少发电。反过来,该时段用电价格很低,也会引导用户在这个时段多用电。

另外,把时间拉长到月度、旬度的范围,电价也会与新能源发电波动进行相应调节。这样的市场机制就是在新能源发电量富余的时候价格低,保障新能源的消纳,新能源发电不足时则相反,通过价格引导火电多发保障用电安全。

总之,新能源的高频变化,需要有高频变化的机制相适应,而高频变化的机制会引导电力系统的“发”和“用”,形成商业模式。

远景方舟赋能园区和企业能碳管理

分享人:孙捷(远景智能副总裁、远景碳管理业务总经理)

零碳产业园,每年减排3000万吨二氧化碳。

远景是一家绿色科技企业,首先为自身设定了极具挑战的减排目标。我们承诺将在2022年实现运营的碳中和,在2028年实现全价值链的碳中和,在此基础上,还依据《科学碳目标倡议组织净零排放企业标准》,成为第一个制定长期净零减排目标和路线图的中国企业。

同时,远景也是全球企业、政府与机构的零碳技术伙伴,提供包括风光储充在内的零碳技术以及碳中和数字化解决方案。

在国家“双碳”转型的大背景下,我们发现,企业、园区和城市在转型中遇到的一个很大的困扰是缺乏方法论和数字化工具,无法有效进行能源和碳管理。对此,远景开发了“方舟”碳管理系统,采用人工智能+物联网+大数据技术相结合的方式,提供实时碳足迹监测,自动生成碳排放报告,同时模拟及优化减排路径,一站式实现碳中和闭环。目前,远景“方舟”为包括微软阿斯利康星巴克、丰田通商、耐克、舍弗勒、玛氏、宜家和苹果供应链等在内的全球超过300家客户提供端到端的数字化碳管理服务,协助减排和管理的二氧化碳总量超过10亿吨。

而从国家层面要实现碳中和,我们认为一大挑战是当前工业格局中新能源供给与消纳的分离。为了实现新能源的就地消纳,远景创造了零碳产业园模式,并携手认证机构必维集团和中国标准化研究院,制定了零碳产业园标准。今年4月,远景鄂尔多斯零碳产业园投产,高比例绿电供应、数字化的操作系统和绿色产业集群是我们在零碳产业园建设中总结出的实践经验:

  • 新型电力系统保证产业园具有高比例的绿电供应,通过智能物联网源荷互动控制系统和基于绿氢的零碳能源岛,实现100%绿色零碳能源供给。

  • 构建零碳产业园的数字化操作系统。零碳产业园赋予园区内产品可追踪溯源、符合各类国际标准、经过权威机构认证的“零碳绿码”,记录产品全生命周期的碳排放。近期,远景已经向欧洲汽车OEM企业出口了国内第一批零碳动力电池,并获取了产品碳中和的国际认证。

  • 形成绿色新工业集群,助力高耗能企业突破双碳指标,助力当地实现绿色新工业产值,创造绿色高科技岗位,实现二氧化碳年减排目标。

我认为,这一模式将重塑我国的经济地理,特别是新能源资源丰富的中西部地区将迎来首先开启绿色新工业革命的契机,改变制约中国人口和经济数十年的“胡焕庸线”。未来十年,远景将携手合作伙伴在全球建设100个零碳产业园,初步估算,到2030年,这些零碳产业园每年将为地球减碳10亿吨,相当于一个日本的每年碳排量。

圆桌&观众提问

嘉宾主持:申晓阳(红杉中国副总裁)

申晓阳:“双碳”内涵丰富,是一个包罗万象的领域。十几年前,红杉中国就开始关注“双碳”,并且在产碳、消碳和管碳三个核心环节上进行了比较前沿和完整的布局。今天,“双碳”概念成为万众瞩目的焦点,政府部门、学术机构、创业者、投资人纷纷入局,从政策、科研、技术、资金等不同维度去描绘“双碳“的未来。请问嘉宾,你们眼中实现“双碳”目标的底层逻辑是什么?

柴麒敏:“双碳”其实就是一种新的发展模式。它不只是一个前缀,而是很多产业未来发展的底层逻辑,产业只有实现碳中和,才能在中长期保持竞争力。工业文明想继续往下走,必然要在现有的发展水平和生活水平上,通过技术创新减少排放。碳中和不是现在热乎一两年,风口一吹就过去,行业未来几十年都要沉下心去做基础研究,才能应对未来的挑战。

沈峰:“双碳”是未来重要的发展方向,只是在某些领域,大家短期没有感觉到这个痛点。碳排放是与工业生产、日常生活紧密相关的环节。“双碳”在国际上已经成为一种政治正确,未来国际贸易可能会需要进行某些低碳认证,可能贯穿于整个经济贸易。

申晓阳:目前,在“双碳”相关的诸多行业中,商业环节上普遍存在一种现象,即上游产品商业化遥远,而下游又没有人买单。

从创业的角度,企业应该如何算好经济账,在产业链里建立正向反馈的经济模型

康鹏:任何一个新技术早期都会面临产量有限、价格较高的问题。能源领域的光伏、电动车在早期都需要补贴,但“双碳”领域没有补贴。因为碳交易是排碳企业内部的交易,而非政府对企业的补贴。补贴一开始是高的、最后是低的,但碳价一开始是低的、最后是高的。所以要打造经济正向的技术,一定要找到应用场景,不要去等碳价的上涨。

沈峰:刚开始算不过来经济账的时候,可以通过资本市场运作,用未来的价值提前兑现,但前提是要有好的科技创新。新的科技产生时,市场的认可度、产品的部件的价格都会很高,可以用资本+技术的模式解决问题。

朱治中:我认为这个领域还是很正向的。以前很多人认为在电力行业这个垄断性较强的传统领域,很多公司走不下去。但双碳”的核心在能源,新能源的难点在波动。现在电价市场化推进后,一方面,新能源的收入需要市场来实现,如何帮波动的新能源锁定收入是刚性需求。另一方面,所有其他发用主体都要适应、管理新能源带来的波动。其中隐含的商业机会非常多。

申晓阳:非常认同。电力交易领域发生过多次电改。2015~2017年间,这个领域出现了一些创业公司,但当时的产业链变量不够,没有产生特别突出的选手。不过从去年开始,以山西为首的电力交易市场的出现产生了非常正向的促进作用,市场各个环节都在积极拥抱变化,这很让人兴奋。从整个减碳技术的推广来看,各位嘉宾认为面临的最大挑战是什么?

康鹏:最重要的是寻找志同道合的人,大家开心地把事情做出来,遇到挑战的时候不气馁。

朱治中:第一点,“双碳”是新领域,估值逻辑和其它赛道不一样,大家应该重新理解这件事,建立新的估值和投资模式。第二点,“双碳”是能源行业,投重不合适,投轻又不知道轻在哪。国内如何把碳需求显性化,需要全行业推动。行业未来可能还有几年痛苦探索的阶段,如果把用户侧的能效做为抓手全行业一起推动,至少近期就能在国内创造需求。

申晓阳:碳需求显性化的确需要全行业的齐心协力,同时从顶层设计上,更需要国家作为重要的长期推动力量。

从国家战略层面上来看,综合考虑能源结构和经济条件等诸多因素,中国与国际上的“双碳“技术路线有何异同?我们该如何去保护和发展这个行业?

柴麒敏:围绕电相关的技术是最核心的部分,中国、欧美、日本现在做的国家级战略方案,基本上都在围绕高电气化率,最终实现碳中和的目标。在这方面大家的起跑线都差不多。中国过去十年发展很快,尽管还有风电出口存在瓶颈、大的认证话语权不在手里、光伏上游原材料受资本市场影响大的问题,但与信息科技相比,新能源方面卡脖子的技术少一些。甚至在部分领域有压倒性优势,比如光伏生产企业Top 20中有15家中国企业。新能源电池供应商Top 10中,中国占了6席。反而国内资本市场运动式过热带来的问题更大,过多的关注短期反而会创造很多问题,比如很多质疑CCS的声音,说这个技术没有创造价值,增加了成本。

沈峰:中国有自己特殊的地方,比如说中国西北地区光伏、光资源非常好,但人口主要在东部地区,这就可能导致将来在局部领域的技术差异。另外举个例子,中国的能源结构“贫油少气”,如果用甲烷去跟二氧化碳反应实现减碳,可能都是在方向上不符合中国的能源结构。

康鹏:中美在技术推动和发展方面确实非常不一样的。美国从骨子里有多样化的基因,这方面我们还需要加强。另外美国从2008年就开始追赶碳达峰、碳中和,但是各国实现达峰的曲线不同,我们也有曲线超车。比如宝马、奥迪保时捷都在研究这个合成燃料技术,无非是给传统燃油机延续,但我们直接做电动汽车、氢能源车,直接弯道超车。这对做合成化学品、合成新材料也有借鉴意义。

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