"碳中和与绿色能源"专刊前言

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重提出中国碳减排两阶段目标:力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和.这彰显了中国积极应对气候变化、参与全球治理、推动构建人类命运共同体的坚定决心.在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,构建碳中和目标更是中国实现可持续发展、推动生态文明建设的战略指引和重要机遇.     

“矿产资源低碳清洁高效加工利用前沿”专刊——纪念我国“干法选煤之父”陈清如院士 特邀主编致读者

<正>我国矿产资源种类多、分布不均、禀赋差,在碳达峰、碳中和的目标驱动下,开展矿产资源的低碳、清洁、高效分选与加工利用是矿物加工科研工作者的责任与使命,是我国矿产资源开发利用的重要保障,也是夯实国家矿产资源安全基础、建设中国特色社会主义新时代生态文明的必然要求。以高水平科技自立自强助力“双碳”目标实现,矿物加工工程领域的科学技术工作者使命光荣、责任重大。     

河南省碳达峰与碳中和战略、技术路线和行动方案

河南省是中国重要的人口、农业、工业及能源消费大省,碳中和战略的实施对推动区域经济绿色低碳高质量发展、促进中国2060年碳中和愿景的实现具有重要意义.但长久以来煤炭主导的较单一能源结构导致河南省面临碳排放基数大、生态治理形势严峻、能源对外依存度持续增长、可再生能源开发程度低等关键问题.为此,详细梳理了河南省当前的能源供需...     

“碳中和与绿色能源”专刊前言

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重提出中国碳减排两阶段目标：力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这彰显了中国积极应对气候变化、参与全球治理、推动构建人类命运共同体的坚定决心。在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,构建碳中和目标更是中国实现可持续发展、推动生态文明建设的战略指引和重要机遇。“碳达峰、碳中和”目标的提出意味着中国能源和经济产业结构将迎来深刻变革,也给中长期能源产业的技术发展提出了新要求,指明了方向。与此同时,中国能源转型的加速推进也将促使传统的石油、天然气、煤炭等能源供应系统走上减碳增氢的绿色发展道路。随着世界主要发达及发展中国家相继提出碳中和目标的承诺,针对气候变迁、低碳循环经济、绿色能源、CCUS等国际社会重点关注议题的前沿研究和政策措施显得愈加紧迫和重要。尤其是欧美等主要发达国家从碳达峰到实现碳中和需要50～80年;而中国计划只用30年实现这个目标,因此面临着巨大挑战。这促使 中国需尽快制定“碳达峰、碳中和”战略规划、技术路线和行动方案,同时,加强联合各国学者开展更多的跨学科联合攻关与学术交流。在碳中和与能源转型的进程中,还必须探索适合中国国情的绿色低碳之路,并把技术创新放在首要位置,抓紧部署具有推广前景的低碳、零碳、负碳排放技术研究,提升能源电气化和智能化水平。针对碳中和与能源转型过程中的众多科学技术问题,必须进行认真的思考并开展针对性的研究工作。面向中国能源产业深化改革,建立健全绿色低碳循环发展经济体系的重大战略需求,《工程科学与技术》推出了“碳中和与绿色能源”专刊,重点关注碳中和目标导向下的区域性（地区）战略框架和行动方案、重点行业碳减排路径及发展前景、可再生能源多元转换与储存、CCUS技术等,以促进全球碳减排研究,尤其是为中国“碳中和”政策制定、利益相关者提供借鉴和科学指导。在此,向为本专刊奉献佳作的论文作者表示感谢！同时,也向广大参与碳中和与绿色能源工作的生产及科研人员的辛勤付出致敬！     

循环经济理念下的产业园4.0规划设计——以广州中创产业园为例

在国家推进碳中和的背景下,实现经济高质量发展尤为重要。循环经济具有降低能源消耗和碳排放的关键作用,是实现经济高质量发展的必由之路。以广州中创产业园为例,引入循环经济理念,对产业园区规划存在的问题进行分析,并进行系统性规划设计。同时,基于循环经济理念对产业园进行功能结构布局,进一步探讨物质循环系统、生态循环系统和智慧园区具体的规划策略。探索广州中创产业园4.0实现循环经济发展的路径与对策,为我国其他工业化地区建设面向循环经济的工业园区4.0提供参考。     

专栏评述：面向双碳目标的环保型电力设备

习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上向全世界作出“碳达峰”、“碳中和”的庄严承诺,我国成为全球气候治理、实现绿色低碳发展的重要参与者、贡献者和引领者,同时也必将经历一场艰巨的转型之路。我国电力系统碳排放占到了碳排放总量的40%,因此“碳达峰”、“碳中和”目标的提出对于构建深度无碳化电力系统提出了新要求。为了顺应时代发展潮流,积极响应国家重大战略,助力顺利达成“碳达峰”、“碳中和”目标,构建技术先进、环境友好的深度低碳电力系统,发展环保型电力设备具有重要意义。     

云南省碳中和技术路线与行动方案

为解决碳达峰碳中和技术路线和行动方案不明确、不清晰的问题,以云南省为研究对象,分析梳理了云南省的能源结构、碳排放现状、碳排放重点行业、林业碳汇情况等,归纳总结出云南省碳中和目标导向下的技术路线和行动方案.研究结果表明:云南省可再生资源丰富,应充分发挥绿色能源优势,大力发展水能、风能及太阳能等可再生能源.充分利用废弃矿山...     

碳中和背景下的水资源利用与保护

实现水资源高效智慧的利用与保护,是国家推进能源结构调整,促进低碳技术发展和环境保护,应对全球气候变化,实现"碳达峰、碳中和"战略目标的共性关键基础.为此,本文从水资源科技发展对碳中和的重大促进作用视角出发,回顾总结了水资源利用与保护的历史和战略发展趋势,阐明了水资源利用对开拓清洁能源应用潜力、促进国家能源结构低碳化的关...     

煤炭开采形成的碳源/碳汇分析——以徐州贾汪矿区为例

建立煤矿瓦斯碳源温室效应潜能及区域生态系统碳汇的计算模型;依据煤矿瓦斯涌出数据估算出我国开采吨煤瓦斯碳源温室效应潜能值及徐州贾汪矿区瓦斯碳源温室效应潜能值;结合土地利用数据对贾汪区1990—2010年期间煤炭开采形成的碳源/碳汇效应进行了研究,认为煤炭开采过程中瓦斯碳源温室效应明显,研究区植被-土壤碳汇量逐年降低,水域负碳汇量逐年增加,这两种变化趋势随煤矿产量减少仍持续存在.研究结果表明:1)煤矿瓦斯是研究区域的主要碳源之一,我国吨煤瓦斯碳源温室效应潜能值为108.11kg CO_2当量,研究期贾汪区瓦斯碳源温室效应潜能总值为CO_2当量126.79万t,是其同期植被-土壤碳汇总量187.49万t的67.66%;2)煤炭开采活动削弱了区域生态系统的碳汇能力,贾汪区2010年植被-碳汇能力比1990年下降了10.23%,而同期徐州整体植被碳汇能力相对稳定;3)煤炭开采活动影响区域生态类型,水域负碳汇影响大幅度增强,贾汪区水域负碳汇量以3.51%的速度逐年递增,累计增幅达73.79%,而同期徐州水域负碳汇则整体减少;4)水域面积和建设面积在开采期单调增加,在大量煤矿闭矿后碳汇衰减趋势并未减弱,水域负碳汇量仍然呈上升趋势.在1990—2000年的贾汪区煤矿扩产阶段及2000—2010年的煤矿陆续闭矿阶段,贾汪区年植被-土壤碳汇量分别减少4.10%和6.39%,年水域负碳汇量分别增加55.33%和11.89%.     

“双碳”目标下餐厨垃圾资源化技术及其碳排放分析

在我国碳达峰和碳中和的“双碳”目标下,基于对国内外餐厨垃圾碳排放研究现状的综述,分别对焚烧发电、饲料化、厌氧发酵、炼制生物柴油、碳源化和碳组分回收制备功能性材料共6类餐厨垃圾资源化技术进行了介绍,并在此基础上对不同技术的碳排放特点进行了分析,以期为“双碳”目标下餐厨垃圾处理提供一定参考。     

煤炭开发过程碳排放特征及碳中和发展的技术途径

理清煤炭开发过程碳排放特征,是推动煤炭开发过程碳达峰、碳中和的前提和基础.基于煤炭开发全生命周期碳排放清单分析方法,重点从生产用能、瓦斯排放及矿后活动3个环节,建立煤炭开发过程碳排放计算模型,测算煤炭开发过程碳排放量,并分析不同环节碳排放特征,提出煤炭开发过程碳减排技术途径.研究表明:1)生产用能碳排放强度呈下降趋势,...     

生物炭农田应用的固碳减排研究进展

温室气体(GHGs)过量排放造成的全球气候变化问题受到广泛关注,农业活动是第二大温室气体排放源,减少农业温室气体排放刻不容缓.生物炭由生物质在高温限氧条件下热解炭化获得,其性质稳定、孔径丰富、富含芳香碳,因而减排增汇效果优异,具有参与农业自愿减排碳交易的显著潜力.然而生物炭固碳减排效果异质性大,影响因素复杂多样,因此有必要对其减排效应、影响因素和研究进展进行归纳总结.本文系统梳理了国内外与生物炭固碳减排相关的室内、大田研究和整合分析研究,同时采用CiteSpace软件进行可视化分析,探究了该领域的发展趋势和研究热点.基于国内外碳交易市场发展特点与程度以及相应配套政策总结了生物炭参与碳交易面临的机遇和挑战,并提出了相应的解决手段,为生物炭固碳减排研究的开展和生物炭农田应用项目参与碳交易提供了科学指导和建议.     

区域减污降碳协同控制研究——以重庆为例

在我国面对实现碳达峰碳中和与环境根本好转双目标的背景下，重庆市作为西部大开发的重要战略支点，有责任有义务率先实现减污降碳，助力国家生态文明建设。CO2和大气污染物的排放过程复杂，涉及要素众多，因而有必要明确影响两者排放的关键因素，为重庆市实现减污降碳协同控制提供科学参考。本文以对数均值除法指数模型（LMDI）为基础构建出扩展的LMDI-CO2模型和LMDI-AP模型，并以2011-2020年重庆市CO2排放和工业SO2排放为对象进行实证分析，定量评估各因素对重庆市CO2和工业SO2排放变化的影响效果。同时，根据重庆市经济社会、能源环境历史发展情况挖掘各因素的影响机制，归纳协同减排的关键因子，探究出重庆市减污降碳协同控制机制。结果显示，2011-2020年，经济发展效应是推动重庆市CO2排放增加的首要因素，贡献率达245.59%；能源强度效应对CO2减排的贡献最大，贡献率为-210.51%；此外，产业结构优化也为CO2减排做出贡献。工业经济发展是推动重庆工业SO2排放的主导因素，贡献率为64.47%；其他因素均为SO2减排做出贡献，其中能源强度和结构效应贡献率分别为-42.65%和-6.31%。可见，随着经济的发展、人口规模的扩大和生活水平的提高，重庆市CO2和污染物减排的压力将会增大，“高碳化”能源结构制约着两者减排，提高能源效率和优化产业结构对实现“双减”起着关键作用。因此，降低能源强度、升级产业结构、优化能源结构是未来重庆市实现减污降碳协同控制的重要途径。     

江苏省主要农作物碳足迹动态及其构成研究

江苏作为农业大省和粮食主产区,全面核算其主要农作物生产碳足迹时序动态变化与构成,可为江苏省主要作物生产体系全过程环境管理及农业绿色发展提供决策依据.本文采用生命周期评价法(LCA)核算江苏省1990—2019年水稻、小麦、玉米、大豆和油菜5种作物生产过程各环节碳排放强度,研究分析不同作物生产碳足迹时序动态变化、构成及影响因素.结果表明,近30年江苏省主要作物生产单位产量碳足迹呈下降趋势,单位面积碳足迹呈上升趋势.不同作物单位产量碳足迹(单位：kg(CO₂-eq)·kg^-1)大小分别表现为油菜(1.74)>水稻(1.36)>小麦(0.99)>玉米(0.81)>大豆(0.64).在作物碳足迹构成中,稻田CH₄排放(54.43%)和化肥投入(20.65%)是水稻生产碳足迹主要来源,其他组分贡献较低.对小麦、玉米、大豆和油菜而言,不同农资投入碳足迹贡献较为突出的组分均为化肥投入和土壤N₂O排放,其他组分贡献比重较小.随机森林分析表明,种子、氮肥及农机投入的变化是不同作物碳足迹年际变化...     

基于灰色关联模型的南京市碳排放驱动因素研究

全球气候变暖已经成为不争的事实,人们逐渐认识到依靠大量能源消费的生产方式、不惜牺牲环境的经济增长模式、无节制大量消费的生活方式应该从根本上得到改变.城市作为工业、建筑、交通的载体,也是高能耗、高碳排放的主要源头,需要改变传统城市发展的模式来应对全球变暖的挑战,发展低碳城市被认为是未来最有希望的经济发展动力.首先采用IPCC能源转换模型对南京市碳排量进行测算,选取南京的人口数量、GDP、人均GDP、人口城市化率、产业结构多元化系数(ESD)、能源消费结构多元化系数(ESCD)和能源强度作为对比数列,以南京CO2排放总量作为参考数列,运用灰色系统关联模型进行关联度计算并排序.结果显示,南京市碳排放量关联度从大到小依次为ESD、人口数量、城市化率、ECSD、能源强度、人均GDP、GDP,这与南京工业生产因化石能源的大量使用对城市碳排放量贡献占总排量一半以上的分析结果相吻合.最后详细分析各指标对南京建设低碳城市的影响,并提出对策建议.     

煤基碳负极材料在锂离子电池中的应用研究进展

随着碳达峰、碳中和成为全球共识,电化学储能技术和相关产业得到了飞速发展,与此同时电极材料的需求也与日俱增。因此,如何利用来源广泛、成本低廉的前驱体制备高性能负极材料成为国内外研究的热点。煤炭因具有碳含量高、储量丰富和价格低廉等特点成为最有潜力的负极材料前驱体。近年来,研究者以煤炭为原料制备了无定型碳、石墨、碳纳米管和石墨烯等负极材料,并对其在锂离子电池中的应用进行了深入研究。总结了三类典型的煤基碳负极材料在锂离子电池中应用的研究进展,并对其合成方法、优化改性及电化学性能等方面进行了综述,最后对煤基碳负极材料的发展及应用进行了展望。     

膜法污水处理技术研究应用动态与未来可持续发展思考

在环境功能质量提升和碳达峰、碳中和背景下,膜法污水处理发展面临高标准和绿色低耗处理的双重挑战。如何突破现有膜技术水通量与污染物去除效率瓶颈,降低膜技术/工艺能耗与碳排放,支撑膜法污水处理技术未来可持续发展,是亟需关注和思考的问题。近年来,膜法污水处理在膜分离过程原理、抗污染膜材料制备、膜工艺创新及工程应用等方面取得了长足进步,并逐步向材料设计精准化、膜界面功能化、工艺绿色化的方向发展。围绕高性能膜材料制备、膜技术/工艺的功能拓展、膜的可持续利用以及膜工艺绿色低耗发展等4个方面综述了相关研究进展,并对膜法污水处理技术可持续发展进行了总结和展望。在未来多目标需求背景下,膜法污水处理技术应向多功能拓展、选择性分离、定制化分离与绿色化发展等方向迈进,以实现膜法污水处理技术的可持续发展。     

基于大数据预测技术编制装配式企业定额综述

发展绿色建筑是城市实现碳达峰、碳中和的重点?,?装配式建筑作为绿色建筑的典型代表近年来得到极大推广,然而企业定额的传统编制方法存在许多不足,制约着装配式建筑的快速发展.基于此,本文分析了装配式建筑发展现状及企业定额相关研究进展,归纳总结了企业定额的传统编制方法,并指出传统编制方法存在耗时长、精度低、不能满足当前装配式建...