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)與機遇 001

1.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是實現(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�石材料時代 005

1.5 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(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 022

2.4.1 碳循環(huán)經(jīng)濟的內(nèi)涵和理論基礎(chǔ) 022

2.4.2 碳循環(huán)經(jīng)濟4R原則 024

2.4.3 碳循環(huán)經(jīng)濟的重要指導(dǎo)意義 026

2.5 碳中和與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展 027

2.5.1 碳中和對經(jīng)濟增長的短期影響 028

2.5.2 碳中和對經(jīng)濟發(fā)展的長期效應(yīng) 028

2.5.3 碳中和目標(biāo)為我國經(jīng)濟發(fā)展帶來的挑戰(zhàn) 030

2.6 碳達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 負排放技術(shù) 033

參考文獻 034



第3章 全球氣候變化人類面臨的挑戰(zhàn) 037

3.1 發(fā)達國家碳達峰歷程的研究、啟示與借鑒 037

3.1.1 經(jīng)濟社會發(fā)展與能源消費及碳排放的關(guān)系 037

3.1.2 發(fā)達國家發(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)歐盟的凈零排放之路 041

3.4.2 美國能源和氣候新計劃 042

3.5 中國的碳達峰與碳中和 045

3.5.1 中國能源結(jié)構(gòu)的特點 045

3.5.2 中國碳排放現(xiàn)狀 047

3.5.3 中國提出的碳達峰與碳中和目標(biāo) 048

參考文獻 048



第4章 中國碳達峰路徑和預(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 碳達峰路徑圖 059

參考文獻 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 碳中和總體藍圖 070

參考文獻 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 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 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 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)境保護與永續(xù)發(fā)展 210

8.5.1 用碳納米管吸附揮發(fā)性有機化合物 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)性有機化合物 226

8.6 化石資源零碳利用的新時代 229

參考文獻 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 建筑運行過程中的直接碳排放 253

9.5.2 建筑運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 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 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)展的機遇與挑戰(zhàn) 390

參考文獻 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 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 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)品價值實現(xiàn)的實踐效果 477

參考文獻 480



第15章 全員行動實現(xiàn)碳中和 482

15.1 生活消費減碳 482

15.1.1 生活消費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碳排放的影響 485

15.1.3 主觀心理因素對生活消費碳排放的影響 487

15.1.4 生活消費減碳的系統(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踐 506

15.6.1 實踐路徑 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 510



跋 512