探寻难以电气化行业减排方案的技术经济蓝图：解锁气候中和新路径

当前，约 20% 的全球 CO2排放来自难以电气化（HTE）且难以减排的行业，现有减排方案面临诸多瓶颈。研究人员对五个 HTE 行业展开技术经济分析，发现减排格局可分三层，明确了各行业主导方案。这为政策制定提供依据，助力推动行业转型。

　　在全球努力应对气候变化的大背景下，实现碳中和成为各国共同追求的目标。然而，在众多行业朝着电气化转型以减少碳排放的进程中，有这样一些 “顽固分子”，它们被称为难以电气化（HTE）行业，约贡献了全球 20% 的 CO₂排放。这些行业，像长途航空、海运，还有水泥、钢铁生产等，想要实现减排困难重重。就拿长途航空来说，目前还没有一种简单有效的方式能让飞机摆脱对化石燃料的依赖；而钢铁生产，其复杂的工艺流程使得碳排放居高不下。现有的一些减排方案，比如二氧化碳去除（CDR）和生物能源，也面临着土地资源紧张、技术不成熟等问题。为了解开这些行业减排的 “难题”，来自德国波茨坦气候影响研究所（Potsdam Institute for Climate Impact Research）和柏林工业大学（Technische Universit?t Berlin）的研究人员 Clara Bachorz、Philipp C. Verpoort、Gunnar Luderer 和 Falko Ueckerdt 开展了一项全面深入的研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为这些行业的减排指明了新方向。

研究人员采用了技术经济分析的方法，综合 20 项 2013 - 2024 年的研究数据，对五个 HTE 行业常见的五种减排方案进行评估。这五种方案包括使用低排放氢或氨、化石碳捕获与利用（CCU）、低排放合成燃料、CDR 补偿以及碳捕获与存储（CCS）。研究过程中，通过改变关键瓶颈因素（如低排放氢和非化石 CO₂的成本）的参数，分析各方案的成本效益，进而绘制出各行业的减排格局图。

研究结果部分，首先是替代直接电气化的方案及其瓶颈。目前这五种减排方案的应用程度都不高，主要是因为它们依赖的关键要素，如低排放氢、非化石 CO₂以及 CO₂运输和存储基础设施，存在成本高、未来可用性不确定等问题。以低排放氢为例，虽然有很多绿色氢项目计划，但真正落地实施的很少，成本高昂和政策支持不足是主要阻碍。

接着，研究人员在技术不确定性下比较减排成本，绘制出缓解格局。研究发现，HTE 行业可分为三个层级。水泥行业属于第一层级，主要依赖 CCS 作为减排方案，当非化石 CO₂成本高于一定数值时，CCS 最具竞争力；第二层级的钢铁和海运行业，主要依靠基于氢的减排方案，当氢成本过高时，会有其他替代方案；而第三层级的化学原料和航空行业，减排成本高，主要依赖 CCU、CDR 补偿或低排放合成燃料等昂贵的方案。并且，研究还探讨了不同条件下（如 CCU 协调、考虑气候中和）各行业减排方案的变化。

然后是改造和残余排放的影响。以钢铁行业为例，研究人员评估了现有高炉 - 转炉（BF - BOF）钢铁厂改造的情况。结果表明，虽然 CCS 改造在短期内可能是经济的减排选择，但从长期和全面减排的角度看，新建的氢直接还原铁 - 电弧炉（H₂-DRI-EAF）工厂往往更具成本效益。

在研究结论和讨论部分，研究人员发现不同 HTE 行业的减排格局差异明显，每个行业都有其主导的减排方案。这一结果为政策制定提供了重要依据，政策应致力于解决关键瓶颈问题，推动低排放氢、非化石 CO₂以及 CO₂运输和存储等技术的创新和规模化应用。同时，考虑到 CDR 在应对非 CO₂温室气体排放方面的重要性，应优先将其用于这些领域，而对于 HTE 行业的 CO₂排放，应更注重直接减排。虽然部分行业减排成本较高，但通过合理的政策引导和技术发展，气候变化缓解目标是有望实现的。

总的来说，这项研究全面分析了难以电气化行业的减排方案，为行业减排和政策制定提供了关键参考，在全球应对气候变化的进程中具有重要意义。它让我们更加清晰地认识到各行业减排的挑战和机遇，为实现碳中和目标奠定了坚实的理论基础。