国外双碳政策梳理与技术现状研究.pdf

中国工程科技知识中心国外双碳政策梳理与技术现状研究二零二一年中国工程科技知识中心中国化工信息中心有限公司冶金工业信息标准研究院2021 年 10 月报告图解报告图解注：报告图解是本报告的研究思路图解注：报告图解是本报告的研究思路图解展示研究思路、重点内容、主要结论展示研究思路、重点内容、主要结论I目 录1国外碳中和战略、政策体系现状国外碳中和战略、政策体系现状11.1 美国.11.2 欧盟.61.3 日本.92国外国外碳中和碳中和重点工业领域技术重点工业领域技术现状现状132.1 钢铁工业领域碳中和技术研究现状.132.1.1 概述132.1.2 研究热点与趋势212.2 石油化工领域碳中和技术研究现状.252.1.1 概述252.1.2 研究热点与趋势293碳中和发展启示与总结碳中和发展启示与总结353.1 中国碳中和举措.353.2 国际“双碳”政策对中国的启示与建议.36知领报告2021 年总总编：编：陈左宁编编委：委：陈永平丁养兵范桂梅傅智杰蔡志勇执执笔：笔：鲁瑛中国化工信息中心有限公司李春萌冶金工业信息标准研究院武春亮中国化工信息中心有限公司徐亮冶金工业信息标准研究院审审核：核：蔡志勇武丽丽i摘摘要要2020 年 9 月 22 日，联合国第 75届一般性辩论大会上，习近平总书记庄严承诺：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，争取在 2060 年前实现碳中和”。在全球低碳发展的背景下，习近平总书记的承诺为全球应对气候变化及钢铁工业绿色低碳发展明确了方向，工业“碳达峰、碳中和”将开启低碳发展新征程。钢铁、化工是我国国民经济的重要基础产业，是建设现代化强国的重要支撑，也是实现绿色低碳发展的重要领域。钢铁、化工的碳排放绝大部分来自生产过程中的直接排放，无论是应对全球气候变化，还是支撑中国制造高质量发展，都需要加快低碳转型，特别是在“碳达峰”和“碳中和”的目标约束下，要尽早达到碳排放峰值，并为最终实现碳中和而持续推动深度降碳。推进钢铁、化工以及制造业碳达峰进而实现碳中和工作是关系到行业长期健康发展的系统工程，需要全行业及全社会的共同努力，这将是一场伟大的革命，任务艰巨但意义重大。本报告的撰写，旨在充分发挥中国工程知识中心信息资源、技术与人才优势，准确把握重大战略相关领域科技发展方向，做好国家重大战略的服务工作，为行业提供集成的、全方位的学科化、专业化、个性化的综合信息服务。提供国外双碳政策与技术发展跟踪和深度分析，同时为我国钢铁、化工领域双碳工作提供一定可借鉴的经验。从信息情报角度，为我国重大战略领域科技发展接轨国际水平发挥助推作用。通过为重大战略领域的院士、国家部委、科研院所、高校，大型企业集团，提供全面、有效、专业化的信息服务。本报告采用的研究方法是文献调研分析法与案例分析法。通过文献计量分析工具和专利分析工具，检索美国、欧盟、日本等国外大型化工和钢铁工业的行业政策，低碳技术发展的相关科技论文和专利等技术文献，进行剖析、归纳和总结，分析国外钢铁、化工工业技术研究进展。通过梳理国外碳中和战略、政策体系、技术进展，得出以下可以支持我国钢铁、化工领域双碳工作稳步推进的建议：技术方面，推动节能减排、CCUS 等技术的研究，扩大氢能、核能、ii太阳能等清洁能源在钢铁与化工行业的使用规模。政策方面，制定工业脱碳科技创新专项行动计划，构建清洁工业市场机制，配套跨价值链的协调政策，加强国内和国际协同合作，参与全球工业脱碳网络构建等，都将有利于我国钢铁、化工行业的双碳工作推进。国外碳中和战略、政策体系现状中国工程科技知识中心111.国外碳中和战略、政策体系现状国外碳中和战略、政策体系现状随着工业革命和技术创新的发展，经济社会发展水平不断提升。种种迹象表明，人类在改造自然创造财富的同时，也在不断破坏着我们赖以生存的环境。能源的不合理利用、废物和有害物排放造成的环境问题不断出现在我们面前。其中，二氧化碳排放导致的温室气体过度排放带来的全球气候变暖问题已成为不争的事实。在此背景下，“碳达峰”、“碳中和”、“碳足迹”、“低碳经济”、“低碳发展”等概念及相关政策应运而生。目前，发展低碳经济、实现节能减排已成为国际社会持续发展的大趋势。中国、美国、欧盟、日本等国响应国际号召，均已提出一系列关于“双碳”的政策措施，旨在促进节能减排，实现绿色发展。1.1 美国美国美国碳排放、碳中和走在世界的前列，其二氧化碳排放于 2007 年达到峰值（58.84 亿吨），自此之后，其二氧化碳排放量总体呈下降趋势，在全球排放量中的占比也逐渐降低。实际上，美国碳中和的历程始于 1963 年的清洁空气法案，用于控制多地工厂中温室气体的排放，该法案一直沿用至今。1973 年石油危机之后，美国国会和联邦政府相继出台了一系列促进清洁能源发展的法律法规，主要有1978年公用事业管制政策法、1978 年能源税法、1980 年能源安全法案、1990年大气洁净法、1992 年能源政策法案、1992 年能源安全法案、全球气候变迁国家行动方案、气候变化行动方案、2005 年能源政策法按、2007 年能源独立和安全法案、2009 年清洁能源与安全法等。1978 年公用事业管制政策法的目的在于增加美国国内能源供应，解决能源安全问题，以成功应对石油危机。1980 年能源安全法案突出了发展新能源的要求，引入了贷款担保等资金融通机制，向年产量低于 100 万加仑的小乙醇生产厂提供贷款担保。1990年大气洁净法案是1977 年大气清洁法案的修正案，主要目的是减少大气污染，强行控制二氧化硫和氮氧化物的排放，从环保的角度促进了可再生能源的开发和利用。1992 年能源政策法的主要目的是重建美国能源市场。1992 年国外碳中和重点工业领域技术现状2中国工程科技知识中心能源安全法案旨在为清洁可再生能源提供激励，增进建筑节能，以减少对进口能源的依赖，是美国第一部大型能源政策法案。1993 年 10 月美国宣布气候变化行动方案，确定了 2000 年把美国温室气体排放量减少到 1990 年水准的目标。之后发布的2005 年能源政策法案是对 1992 年能源政策法案和其他相关法案的部分修订，指明了能源独立、国家安全、消费者权益和相关税收的新方向，强调了可再生能源的重要性，成为美国能源政策的一个重大转折点。2007 年能源独立和安全法案中节能开始成为主旋律，大力发展清洁安全的、可再生和可代替能源，提高能源效率，增加美国国内能源生产，降低对石油进口依赖程度，旨在推动美国减少能源依赖性和实现供应安全，标志着美国能源战略的转型。2009年清洁能源与安全法是奥巴马政府促进美国经济复苏和创造就业的重要举措，美国将减少对中东、俄罗斯等国的石油依赖，发达国家对能源新技术的出口将会大大增加，国际社会在应对气候变化的问题上有可能取得新的进展和突破。2001 年 3 月美国政府宣布单方面退出京都议定书，确立到 2025 年美国将遏制温室气体排放继续增长的态势。2008 年确定了以总量减排方式为美国设定了温室气体减排的具体目标和时间表，计划到 2020 年把美国的温室气体排放减少到 1990 年的水平，随后还提出 2030 年使所有新建筑物的碳排放保持不变或零排放。2017 年 6 月美国宣布正式退出巴黎协定。在美国计划退出京都议定书和巴黎协定期间，能源政策法、低碳经济法、美国清洁能源与安全法案、总统气候行动计划陆续出台，法律规定了一系列有关低碳经济发展的法律与激励措施，对提高能源效率进行规划并明确了具体方案。低碳经济法明确了低碳经济将成为美国未来重要的战略选择。美国清洁能源与安全法案以立法的形式提出了建立“碳排放总量管制与交易制度”。总统气候行动计划 是美国联邦政府首次制定的较为长期而全面的应对气候变化的计划，有利于美国整个原有分散的气候减缓和适应行动的努力，保护本国免受日益严重的不利气候的影响。美国总统拜登上台后，提出清洁能源革命与环境正义计划、建设现代化的、可持续的基础设施与公平清洁能源未来计划和关于应对国内外气候危机国外碳中和战略、政策体系现状中国工程科技知识中心33的行政命令，在经济上新政府计划投入 2 万亿美元在交通、建筑和清洁能源等领域加大投入力度，在政治上把气候变化纳入美国外交政策和国家安全战略并加强国际合作，在技术上加速清洁能源技术创新，继续推动美国“3550”碳中和进程。清洁能源革命与环境正义计划目标在于确保美国在 2050 年之前实现 100的清洁能源经济和净零排放。同时在基础设施、电力行业、建筑、交通、清洁能源等领域提出了具体的计划措施，并且重视清洁能源、电池等新兴技术领域的创新，旨在让美国未来成为这些领域的引领者。建设现代化的、可持续的基础设施与公平清洁能源未来计划对原始气候计划进行了更新，提出到 2035 年实现电力行业零碳排放，并投资计划增加至 2 万亿美元。关于应对国内外气候危机的行政命令将应对气候变化上升为国策，明确提出“将气候危机置于美国外交政策与国家安全的中心”。拜登新气候计划旨在发动一项全国性的努力，来建设现代化的、可持续的基础设施，并实现公平的清洁能源未来，同时创造更多的就业机会。2021 年美国政府宣布重返巴黎协定，制定一系列行业措施应对气候变化并推动碳中和进程，承诺到 2050 年实现“碳中和”。国际上基本都比较欢迎美国公布的这些计划，认为这将有助于在全球变暖的国际谈判中产生积极动力，是推动国际社会气候努力的积极举动。表 1-1历年美国主要碳中和政策汇总时间时间政策名称政策名称1978 年年1978 年公用事业管制政策法1978 年年1978 年能源税法1980 年年1980 年能源安全法案1990 年年1990 年大气洁净法1992 年年1992 年能源政策法案1992 年年1992 年能源安全法案1993 年年气候变化行动方案2005 年年2005 年能源政策法案国外碳中和重点工业领域技术现状4中国工程科技知识中心2007 年年2007 年能源独立和安全法案2009 年年2009 年清洁能源与安全法2005 年年能源政策法2007 年年低碳经济法2009 年年2009 年美国清洁能源与安全法案2013 年年 6 月月总统气候行动计划2019 年年 6 月月清洁能源革命与环境正义计划2020 年年 7 月月建设现代化的、可持续的基础设施与公平清洁能源未来计划2021 年年 1 月月关于应对国内外气候危机的行政命令为了推动碳中和、控制碳排放、保护美国环境，美国各个地方政府及环保组织对碳中和行动十分积极，各个地区间会通过签署协议、交易排放权等方式积极应对温室气体减排。其中，较为有代表性和影响力的计划包括区域温室气体倡议（RGGI），西部气候组织（WCI），以及芝加哥气候交易所（CXX）等。1）区域温室气体减排行动（RGGI）：区域碳污染减排计划（RGGI）是美国第一个强制性的、基于市场手段的减少温室气体排放的区域性行动，成立目的是限制、减少电力部门的二氧化碳排放。2017 年，RGGI 参与州计划在 2020-2030 年间将电力部门二氧化碳排放量缩减30%。表 1-2 美国区域温室气体减排行动主要内容主体主体内容内容减排对象减排对象限制和减少电力部门的二氧化碳排放量。具体限制对象为超过 25 兆瓦的化石能源发电机组减排目标减排目标计划在 2020-2030 年间将各州电力部门二氧化碳排放量缩减 30%参与者参与者涅狄格州，特拉华州，缅因州，马里兰州，马萨诸塞州，新罕布什尔州，新泽西州，纽约州，罗德岛州，佛蒙国外碳中和战略、政策体系现状中国工程科技知识中心55特州和弗吉尼亚州减排方式减排方式各州通过拍卖出售几乎所有二氧化碳配额，并将收益投资于可再生能源、高能效等计划，以促进清洁能源经济创新发展。配额也可通过在交易所二次交易获得2）西部气候组织（WCI）西部气候组织成立于 2007 年 2 月，最初参与者为亚利桑那州、加利福尼亚州、新墨西哥州、俄勒冈州和华盛顿州，但除加利福尼亚州外的其他州已于 2011年退出，目前的参与者为加利福尼亚州，以及加拿大的新斯科舍省及魁北克省。它是北美最大的碳交易市场，自 2011 年以来，共举行了 43 场排放额拍卖，迄今交易配额 21 亿份，交易金额高达 292 亿美元，2020 年温室气体排放上限约为 4.02亿吨二氧化碳当量。表 1-3西部气候组织主要内容主体主体内容内容减排对象减排对象多个行业的温室气体排放量参与者参与者加利福尼亚州，加拿大新斯科舍省，加拿大魁北克省减排方式减排方式限定排放上限，通过逐年降低排放上限减少排放3）芝加哥气候交易所（CXX）芝加哥气候交易所是全球第一个具有法律约束力、基于国际规则的温室气体排放登记、减排和交易平台。出于自愿加入的原则，该交易所在 2010 年左右因交易量骤降而“名存实亡”，于 2010 年被洲际交易所收购。但从 2003 年成立到被收购期间，交易所为减排做出了一定的贡献，每年排放的温室气体量均小于减排计划。表 1-4芝加哥气候交易所主要内容主体主体内容内容减排对象减排对象其减排交易项目涉及二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化物和六氟化硫等 6 种温室气体国外碳中和重点工业领域技术现状6中国工程科技知识中心参与者参与者于 2003 年以会员制运营，创始会员包括美国电力公司、杜邦、福特、摩托罗拉等 13 家公司减排方式减排方式加入的会员必须做出自愿但具有法律约束力的减排承诺，在交易所中交易相当于减排配额的碳金融工具合约（CFI）。交易所根据成员的减排计划及基准签发减排配额，超出配额部分需购买综合美国政府及地方行政部门和环保组织的多项举措，可以看出，美国应对碳中和、碳排放的政策将会对全球气体排放产生深远影响，不仅仅是美国自身降低其温室气体排放，同时美国的榜样力量将推动世界各国或组织加强管控温室气体排放量，严格环境保护措施。此外，作为全球技术创新最具有代表性的区域，美国降低温室气体排放的努力将会推动科技进步，未来将大幅度降低化石类能源的使用和消耗，取而代之的是更多利用可再生能源、清洁能源甚至其他产生动力的资源，其技术创新将带动全球能源技术的长足发展，凝聚国际合作力量，推动国际碳中和进程、显著降低二氧化碳排放量。1.2 欧盟欧盟欧盟对温室气体减排一直较为积极，减排效果比较可观。欧盟在 1979 年二氧化碳排放量达到峰值，为 46.56 亿吨，此后二氧化碳排放处于缓慢下降趋势。1997 年，欧盟承诺在 2008-2012 年期间将温室气体排放量减少 8%。计划在 2050年前实现碳中和，并积极采取多种方式，包括在各领域推行相应措施，立法确定碳中和目标，通过碳排放交易系统有效减少排放量等。其中，欧盟碳排放交易系统（EU ETS）是欧盟应对气候变化政策的有效减少碳排放的关键工具。该体系建立于 2005 年初，是目前全球最大的碳排放交易市场，包含 27 个欧盟成员国，以及冰岛、列支敦士登和挪威，覆盖欧盟约 40%的温室气体排放（包括二氧化碳、氧化亚氮以及全氟化碳），在该交易体系涵盖的设施的排放量下降了约 35%。2008 年 1 月，为实现 2020 年气候和能源目标，欧盟委员会通过气候和能国外碳中和战略、政策体系现状中国工程科技知识中心77源一揽子计划，内容包括欧盟排放权交易机制修正案、欧盟成员国配套措施任务分配的决定、碳捕获和储存的法律框架、可再生能源指令、汽车二氧化碳排放法规和燃料质量指令，由此形成了欧盟的低碳经济政策框架。该法案将有助于提高欧盟的能源保障，降低对进口能源的依赖，创造就业，推动绿色增长并提高欧洲的竞争力。在此之后，欧盟又推出 2030 年气候与能源政策框架、2050 年长期战略、欧洲绿色协议、欧盟氢能战略等政策措施。2030 气候与能源政策框架旨在促进欧盟低碳经济发展，提高能源系统的竞争力，增强能源供应安全性，减少能源进口依赖以及创造新的就业机会。欧洲绿色协议将助力欧洲经济稳定可持续发展、改善民众健康和生活质量。欧盟氢能战略旨在为氢能源的大量生产提供投资，满足欧盟国家对清洁氢能的需求。虽然欧盟近期推出了“公平过渡机制”，旨在协助相关国家顺利完成经济转型，但具体效果仍有待观察。欧洲气候法作为欧盟委员会新任主席乌尔苏拉冯德莱恩 2019 年 12 月提出的欧洲绿色协议的核心部分，将 2050 年达成“气候中和”规定为具有法律约束力的目标。分别对气候中和目标、行动路径、适应气候变化、对欧盟进展措施以及成员国措施的评估、公众参与、授权立法的制定以及对2018/1999 条例的修改做了规定。欧洲气候法出台明确了欧盟通过达成气候中和成为全球气候行动领导者的雄心，这也是欧盟自京都议定书通过后一直以来的自我定位，发挥全球气候行动模范作用。应对气候变化是全球性议题，在独木难支的根本认识之下，欧洲气候法与欧洲绿色协议都释放出一个明确的信号：欧盟将在对外气候策略上采取更加强硬的措施以推动全球集体行动，加深全球气候行动格局分化。表 1-5历年欧盟主要碳中和政策汇总时间时间文件名称文件名称2008 年年 1 月月气候和能源一揽子计划2014 年年 1 月月2030 气候与能源政策框架2018 年末年末2050 长期战略国外碳中和重点工业领域技术现状8中国工程科技知识中心2019 年年 12 月月欧洲绿色协议2020 年年 3 月月欧洲气候法2020 年年 7 月月欧盟氢能战略目前，各成员国可根据欧盟委员会颁布的规则，为本国设置排放量上限，再将许可权分配给纳入排放交易体系的产业和企业。企业可将剩余的排放权在市场上出售，若实际排放量大于排放权，则必须在市场上购买，否则会处以罚款并扣除下一年的减排配额。这样的交易制度可确保以低成本有效完成排放指标。表 1-6 欧盟排放权交易系统分阶段特征阶段阶段时间时间覆盖范围覆盖范围排放配额排放配额特征特征第一第一阶段阶段（三（三年试年试点）点）2005-2007仅涵盖发电机、高能耗行业。减排气体：二氧化碳。参与国：欧盟 27 国合计配额 20.58 亿吨二氧化碳，绝大多数配额为免费配额发放配额总量超过实际排放量，使碳排放权价格持续走低第二第二阶段阶段2008-2012一氧化二氮（N2O）列入减排范围。冰岛、列支敦士登及挪威加入体系。航 空 部 门 于 2012年加入。合计配额 18.50 亿吨二氧化碳，免费配额的比例降至 90%左右减排范围不断扩大，在新领域不断探索，如引入碳储存概念等。第三第三阶段阶段2013-2020覆盖更多领域（如建筑、交通等），全氟化碳（PFC）也列入减排范围。克 罗 地 亚 自 2014年起加入体系。以拍卖作为默认分配配额的方法（约占拍卖配额总量的57%），统一分配规则适用于免费配额（剩余部分）。分配模式转变：由国家分配改为欧盟统一制定排放配额，原有的免费分配方式向拍卖形国外碳中和战略、政策体系现状中国工程科技知识中心99排放配额的总数以每年 1.74%的速度（每年约 3800万吨二氧化碳）降低。式逐步过渡。信用抵消机制更加严格。总体而言，欧盟在做出减排承诺方面较为积极，减排方式多样。包括在各个领域积极改善，推进立法，通过强有力的欧盟排放体系经济有效地减少了温室气体排放量。1.3 日本日本联合国气候变化框架公约 是世界上第一个为全面控制二氧化碳等温室气体排放，应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约，也是国际社会在应对全球气候变化问题上进行国际合作的一个基本框架。如今，已有197 个国家成为该公约的缔约国。京都议定书是根据联合国气候变化框架公约第一次缔约方大会的授权（柏林授权），缔约国经过 3 年谈判，于 1997年 12 月 11 日在日本东京签署的条约。该议定书确定联合国气候变化框架公约 发达国家（工业化国家）在 20082012 年的减排指标，工业化国家在 1990年排放量的基础上减排 5%，同时确立了三个实现减排的灵活机制。京都议定书生效后，三个灵活机制将正式启动。清洁发展机制下的造林和更新造林项目也将正式运行，林业碳汇市场将不断发展，林业碳汇国家贸易也将不断增加。为减少因使用化学能源的温室气体排放，1997 年关于促进新能源利用措施法、2002 年新能源利用的措施法实施令等法规政策可以看作是日本实现碳中和目标的法律依据。关于促进新能源利用措施法明确了日本新能源的发展目标和各方责任。有关各方依据相关政策法规，采取多种有力措施，积极开发太阳能等清洁能源，取得了显著效果。新能源利用的措施法实施令的实施减少了由于化石能源利用产生的温室气体，促进了太阳能、核能等清洁能源和可再国外碳中和重点工业领域技术现状10中国工程科技知识中心生能源的利用。此外，日本政府也发布了针对碳排放和绿色经济的政策文件，如2008 年 5 月面向低碳社会的十二大行动及 2009 年绿色经济与社会变革政策草案。面向低碳社会的十二大行动是必要方法、技术选择、社会改革、达到目标的政策与措施的概括。绿色经济与社会变革的目的是通过实行削减温室气体排放等措施，强化日本“绿色经济”。这份政策草案除要求采取环境、能源措施刺激经济外，还提出了实现低碳社会、实现与自然和谐共生的社会等中长期方针，其主要内容涉及社会资本、消费、投资、技术革新等方面。此外，政策草案还提议实施温室气体排放权交易制和征收环境税等。该份政策草案如果能获得通过并实施，将使日本环境领域的市场规模从 2006 年的 70 万亿日元增加到2020 年的 120 万亿日元，相关就业岗位也将大大增加。日本在 2008 年碳排放达峰，全年约 13 亿吨，占全球总排放量 4.3%。为应对气候变化，日本政府于 2020 年 10 月 25 日公布“绿色增长战略”，提出“2050年实现碳中和目标”，除确认碳中和目标外，该战略书还提出了对日本海上风能、电动汽车、氢燃料等 14 个重点领域的具体计划目标和年限设定，提出财政预算、税收、金融、法规和标准化、国际合作 5 个方面的政策措施，通过技术创新和绿色投资的方式确保社会平稳实现脱碳转型。具体内容如下：1)税收制度推出税制优惠，支持私营企业脱碳投资，预计在 10 年内创造约 1.7 万亿日元的私人投资。表 1-6碳中和税收制度项目项目内容内容建立碳中和建立碳中和投资促进税投资促进税收制度收制度根据工业竞争力增强法新建立的计划认证体系，根据引入生产设备的脱碳效果，最多可享受 10的税收抵免或 50的特殊折旧设立亏损结设立亏损结转特别扣除转特别扣除限额限额基于产业竞争力增强法的计划认证体系，对于因碳中和投资或商业转型而产生亏损的企业，将亏损的结转扣除上限从50提高到最高 100（最大扣除上限增加期为 5 年）国外碳中和战略、政策体系现状中国工程科技知识中心1111扩大研发税扩大研发税收减免收减免将研发税收减免额度从企业税额的 25提高到 302)法律法规和标准化通过对脱碳技术构建完善的法规制度以及引入碳定价机制，确保社会有序、高效完成低碳转型。表 1-8重要举措及示例措施措施主体主体示例示例在在“示范阶段示范阶段”之后，对于将之后，对于将未来具有发展潜力的的关键未来具有发展潜力的的关键创新技术，用公私合营投资创新技术，用公私合营投资以吸引私人投资以吸引私人投资，具体措施具体措施：（1）加强政策支撑以创造对加强政策支撑以创造对新技术的需求，预期外新技新技术的需求，预期外新技术的政策法规的合理化。术的政策法规的合理化。（2）通过鼓励大规模生产投通过鼓励大规模生产投资来推广技术，扩大需求并资来推广技术，扩大需求并降低价格，推动新技术的国降低价格，推动新技术的国际标准化际标准化氢能源将氢能源评估为无碳能源，建立可通过利用氢获得奖励的电力市场。将氢能源评估为无碳能源，建立可通过利用氢获得奖励的电力市场。海洋风电在全国范围内建立可再生能源并网系统，提高可再生能源利用优先级根据防止海洋污染法等，明确允许拆除风力涡轮机的标准。放置大型风力涡轮机的“浮体”安全评估方法的国际标准化。电动汽车/蓄电池利用燃油效率法规促进电气化民用蓄电池寿命的性能标签的开发和标准化。蓄电池二氧化碳排放量可视化。引入碳定价机制引入碳定价机制碳信用交易在碳排放上限确定的基础上，通过市场手段解决排放权的有效配臵。碳税2012 年 10 月日本开始实行碳税国际协调通过国际合作，以确保与不愿采取国外碳中和重点工业领域技术现状12中国工程科技知识中心措施应对全球变暖的国家的国际贸易公平，防止碳泄露此外，全球气候变暖对策推进法将于 2022 年 4 月施行，这是日本首次将温室气体减排目标写进法律，为 2050 年实现碳中和目标奠定了基础。表 1-9历年日本主要碳中和政策汇总时间时间文件名称文件名称1997 年年 12 月月京都议定书1997 年年关于促进新能源利用措施法2002 年年新能源利用的措施法实施令2008 年年 5 月月面向低碳社会的十二大行动2009 年年绿色经济与社会变革2020 年年 10 月月绿色增长战略2021 年年 5 月月全球气候变暖对策推进法国外碳中和重点工业领域技术现状中国工程科技知识中心13132.国外碳中和重点工业领域技术现状国外碳中和重点工业领域技术现状2.1 钢铁钢铁工业领域碳中和技术研究现状工业领域碳中和技术研究现状2.1.1 概述概述全球有多个国家都在进行钢铁领域减排二氧化碳技术开发的研究。在反映各国国情的技术开发中，着力点和目标各有不同。虽然大部分是巴黎协定之前提出的项目，但欧洲已将减排目标定为 80%，并从长远的角度转向新的研发，也包括这些研究开发。大致区分为高炉发展工艺，以及旨在再利用排放二氧化碳的 CCU，利用可再生能源氢的氢能炼铁等未来系统。采用 CCU 和无二氧化碳氢基炼铁的研发是最近开始的项目。减碳技术主要围绕能源消耗减少，或者减碳这两个层面。减碳技术按照目前钢铁行业的工艺流程，主要是短流程，氢能炼钢碳排放被捕集技术（包括 CCS和 CCUS）。高炉长流程工艺路线直接排放温室气体，而电炉短流程工艺路线则间接排放温室气体，这主要取决于电炉使用的电力结构。高炉长流程工艺路线减排就是钢铁工业减排的主要目标。根据经济合作与发展组织的一项长期研究，到 2050 年，全球粗钢产量将增长 30%-50%，而钢铁业界已经采取了行动。1）欧盟传统钢铁生产是欧洲最大的二氧化碳排放来源之一。目前欧洲大陆钢铁工业二氧化碳排放量约占欧盟二氧化碳总排放量的 4%，占工业二氧化碳排放总量的22%。消耗能源和碳的上游工序，如焦炭和铁的生产，约占 90%。大多数碳排放来自大约 30 家综合钢铁厂，这些工厂生产的钢铁几乎占到了欧洲钢铁总量的三分之二。60%的欧盟钢铁企业采用高炉长流程生产，主要通过处理铁矿石以生产铁烧结矿或球团矿，然后将其与焦炭在高炉中还原以制造生铁，进而在转炉中炼钢。国外碳中和重点工业领域技术现状14中国工程科技知识中心其余的钢铁企业则主要采用电炉短流程工艺，在电炉中加热废钢而炼钢。诸如干熄焦和优化球团矿配比等方法，以及高炉煤气余压透平发电装置等设备，可以减少高炉长流程工艺路线的碳排放。利用天然气替代焦炭还可以显著减少高炉长流程工艺炼钢的二氧化碳，向高炉中注入氢气或氨气以部分替代煤粉也可以做到这一点。不过，尽管其中许多措施已经成为整个行业的实践典范，但尚不能实现碳中和，这是因为它们不能完全消除炼钢过程中的碳。通过节约为电炉供电的电力，或将电力结构转为可再生能源，可以降低电炉短流程工艺的二氧化碳排放。从理论上讲，这使得碳中和成为可能。但问题在于电炉短流程工艺受制于废钢的可获得性，无法生产出所有钢种或所需数量。全新技术尚在开发和进行之中。截至目前，欧洲最有前途的新兴技术主要分为两大类：碳捕集、利用和/或封存（CCUS）和铁矿石替代还原。替代还原技术包括氢基直接还原工艺和电解还原法，大多处于开发初期阶段，同时需要大量的绿色能源，但有望实现碳中和炼钢。CCUS 利用不同的方法捕集二氧化碳，并对其进行处理以供后续利用（例如，作为燃料）或将其存储（如枯竭的海底天然气储层等地质结构）。仅靠 CCUS 无法实现碳中和，但如果炼钢过程中使用的化石燃料被生物质所取代，则可能会产生负的二氧化碳平衡。新型还原剂取代焦炭或天然气，其中包括氢气和直流电。从理论上讲，可以实现完全绿色的钢铁生产。不过，相比 CCUS，这一类技术可能需要更多的时间和资金。碳捕集、利用和/或储存二氧化碳从其他气体中分离出来，并在大量排放的过程（如炼铁工序）中被捕集。随后捕集的二氧化碳通过管道或轮船运输到陆上或海上储存地点，如欧洲北海油气田，或者用作燃料或生物质。其主要工序包括燃烧后/燃烧前捕集和压缩-运输-储存/利用。CCUS 系统很容易融入现有厂区。由于这项技术并不是炼钢专用的，其他行业也可以分担部分的开发和基础设施成本(例如，合成燃料市场、运输和储存)。此外，未来的运营成本在很大程度上是可以预测的。国外碳中和重点工业领域技术现状中国工程科技知识中心1515利用 CCUS 的生物质炼铁该工艺的基本原理是：碳中和生物质在预处理过程中部分替代化石燃料，或作为铁矿石还原剂。例如，由生物质（生藻类、草、木材等）制成的富含碳的生物质半焦，用以替代焦炭，或者生物燃气被注入竖炉以取代天然气。主要工艺包括热解和水热碳化，CCUS 系统会清除所有残余的碳排放。瑞典国家钢铁研究院在 SSAB 公司吕勒奥厂的研究显示，如果采用该项技术，至少可以减排二氧化碳28%。不过，在生物质的种植方面还有一些问题。特别在自然环境中，它可能导致森林砍伐、污染和生物多样性减少，并在社会上增加食品价格和农业土地使用。此外，生物质的热值低于化石燃料，限制了其在大型高炉中的应用，或降低了燃烧效率，无法在大型高炉中进行有效利用。氢基直接还原铁竖炉随着碳减排压力的增大，氢气直接还原技术受到了越来越多的重视，迎来了蓬勃发展的机会。在“氢能炼钢”方面，近年来国外钢企已经进行了一系列探索，取得了一定的进展。尤其是瑞典 SSAB 公司突破性氢能炼铁技术（HYBRIT）项目将使钢铁生产过程的二氧化碳排放量降至近乎于零，有望引发特钢行业的一场变革。该技术炼钢实现低碳排放的主要原理是，在竖炉中，氢气将铁矿石球团还原成“直接还原铁”（DRI 或海绵铁），而不使用焦炭这样的碳还原剂。竖炉是一种利用气体还原剂制造 DRI 的炉型。操作温度可以很低，在 800左右。然后将DRI 送入电炉，通过进一步加工和加碳进行炼钢。作为一种为碳中和炼钢铺平道路的过渡技术，它也可以以“热压铁”（HBI）的形式装入高炉，这是一种高质量的 DRI，此举可以显著提高高炉效率，降低焦炭用量。最常见的工艺是 MIDREX方法和 HYL 工艺。不过，氢气直接还原炼钢技术的发展很大程度上依赖氢能经济，氢气产量必须达到规模化，并且要求成本更具有竞争力。氢基直接还原铁流化床与竖炉工艺相同，该工艺使用氢气还原铁矿石并生产 DRI，以供电炉使用。国外碳中和重点工业领域技术现状16中国工程科技知识中心不同之处在于，还原发生在流化床而不是熔炼炉中，并且使用经过精细加工的铁粉矿代替球团矿。流化床是可以连续地将固体原料与气体混合以产生固体产物的反应室。主要包括 FINEX 和 Circored 等工艺。电解炼钢工艺作为欧盟的 ULCOS 项目，由安赛乐米塔尔公司主导了电解工艺的开发。在实验室条件下，可以采用高温电解直接生产钢水。该工艺有两种类型：ULCOLIS电解法和 ULCOWIN 电解沉积法。电解法以电力作为还原剂，将铁矿石在 1550转化为钢水。在电解沉积过程中，铁矿石被粉碎成超细粉矿，浸出，然后在 110左右的电解槽中还原。工业废弃物回收技术德国目前的 Car-bon2Chem 项目是以低碳炼铁为核心，实现节能减排，绿色发展。Car-bon2Chem 项目是利用钢厂废气中含有的化工原材料，比如以一氧化碳和二氧化碳形式存在的碳、氮和氢等，生产含有碳和氢的合成气体，再应用于生产氨气、甲醇、聚合物和高级醇等各种初级化工产品，替代目前天然气、煤等化石原料。因此，Car-bon2Chem 不仅可转化钢厂废气中的二氧化碳，同时也节省了生产此类合成气体的碳资源使用量。2018 年 9 月份，蒂森克虏伯Car-bon2Chem 项目成功地将钢厂废气转化为合成燃料，生产出第一批甲醇。2019年 1 月份，蒂森克虏伯成功利用钢厂废气生产氨，这在全球范围内尚属首次。蒂森克虏伯宣布，目前全世界大约有 50 家钢厂符合引进 Car-bon2Chem 项目的条件，已开始与各地的意向方建立联系，探讨将该技术运用于其他二氧化碳密集型行业。2）日本1973 年石油危机以来，日本一直致力于节能减排研究。1992 年，联合国气候变化框架公约获得通过，并于 1994 年 3 月 21 日起生效。1997 年，日本经济团体联合会的加盟团体制定了环境自主行动计划（全球变暖对策），确定针对全球变暖正式开始二氧化碳减排工作。1997 年 12 月京都议定书在日本京都通过，并于 2005 年 2 月 16 日正式生效。为了实现日本在京都议定书第一承国外碳中和重点工业领域技术现状中国工程科技知识中心1717诺期（2008-2012 年）约定的、相对基准年（1990 年）温室气体削减 6%的目标，日本制定了京都议定书目标达成计划。2008 年 7 月，日本制定低碳社会行动计划，该计划分阶段、定目标、强举措地全面推进节能减排。2015 年 12 月巴黎协定获得通过，并于 2016 年 11 月 4 日正式生效，日本提出到 2030 财年温室气体排放相比 2013 财年减排 26%的目标，到 2050 财年减排 80%的长远目标。遵照巴黎协定，2018 年日本铁钢连盟提出 2100 年挑战“零碳钢”的目标。2020 年 12 月 25 日，日本政府发布了绿色增长战略，提出到 2050 年实现“碳中和”目标，构建“零碳社会”。日本政府将应对全球变暖、实现绿色低碳转型视为后疫情时代拉动日本经济持续复苏的新的增长点。目前日本制铁正在开发创新技术，目标是在 2100 年前生产出零碳钢，零碳钢是使用氢而不是碳还原铁矿石生产的。这项工作主要针对以下四个方面的技术进行开发：1）减少二氧化碳排放；2）二氧化碳分离和回收；3）二氧化碳循环利用；4）二氧化碳储存。为减少二氧化碳排放，日本制铁开发了如下技术：开发余热回收的干熄焦技术：在焦炉中制成的热焦炭用惰性气体淬火，热量被用来产生蒸汽而发电。与湿法淬火相比，节能 40%。开发新一代炼焦技术（Scope21）：Scope21 是以强化资源和能源应对能力为目标的国家开发项目。该项目包括缩短炼焦时间、提高焦炭质量等许多创新型技术开发内容。利用该项目开发的技术将会扩大低品位煤的利用并大幅减少二氧化碳排放。开发高炉数字模型：合理调整高炉内气体流量、固体流量、液体流量、炉料分布等基本因素，降低焦炭等还原剂比例，从而减少二氧化碳排放。开发显示炉料分布的三维离散单元法（DEM）模型：用 DEM 模型精确显示高炉炉顶料面的分布情况，以布置炉料分布，提高反应效率，减少二氧化碳排放。参与环境和谐型炼铁工艺技术开发项目 COURSE50：该项目旨在通过开发在高炉炼铁还原过程中使用氢气的技术和采用化学吸收法以低成本分离和回收二氧化碳的技术，实现二氧化碳减排 30%。其中，采用钢厂产生的氢气（焦炉煤国外碳中和重点工业领域技术现状18中国工程科技知识中心气）在还原铁矿石的过程中部分取代碳，实现高炉二氧化碳减排 10%；采用捕集、分离和回收高炉煤气中二氧化碳可使二氧化碳减排 20%。目前实现实验高炉二氧化碳减排 10%的目标，同时还对实际尺寸的高炉进行模拟，使该项目更接近于在商业使用的高炉。参与零碳钢技术开发项目（100%氢还原炼铁技术）：在钢铁工业中，大约 70%的二氧化碳排放是在高炉炼铁过程中产生的。由于日本高炉炼铁技术的热效率已提高到接近理论值，进一步减少二氧化碳排放的难度极大。这就是为什么日本制铁要接受氢气还原炼铁工艺的挑战。由于铁矿石的氢气还原反应是吸热反应，现阶段需要建立从外部向反应炉供热的技术，以及在充分考虑氢气燃烧特性的基础上，向反应炉稳定提供大量氢气的技术。而且，氢气是无碳的，其大量低成本稳定供应是一个关键要求。因此，日本制铁与日本政府及其他公司一起申请参加由新能