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美国工业脱碳2050报告
来源：华体会登录入口
发布时间：2024-09-10 08:16:04
虽然工业部门的温室气体排放量在过去20年中会降低，但预计到本世纪中叶，由于能源，特别是天然气和液化天然气价格低，温室气体排放量将增加。 各种来源的直接排放占该行业总排放量的73%以上。其余部分是场外发电的间接排放。现场化石燃料燃烧是最大的工业排放源。 与能源相关的二氧化碳（CO2排放量（来自现场化石燃料燃烧和非现场电力）约占该行业温室气体排放总量的四分之三。2016年，大宗化学品、炼油和钢铁生产占该行业能源相关CO2总量的近一半。 减少工业部门排放的备选办法包括：提高能源效率，开发和部署新的制造技术，改用低排放燃料，热电联产，碳捕获和储存，以及更有效地利用资源。 工业部门包括广泛的子行业，包括制造业（例如钢铁、水泥、化工）、采矿和建筑。2016年，制造业、建筑业和非石油和天然气开采业贡献了超过3万亿美元的GDP，雇用了近2000万人。 美国五大耗能行业——大宗化工、石油和天然气、钢铁、造纸和食品——占工业能源使用的56.5%，但仅占产品价值的20.8%。其他能源密集型行业包括玻璃、水泥和铝。 自1990年代中期以来，工业部门的排放量一直在下降，其驱动力是采用了新的、碳密集程度较低的工艺、燃料转换（例如，煤制天然气和可再次生产的能源）、提高效率、金属生产向其他几个国家转移，以及美国继续从制造业向更注重服务的经济过渡，从能源密集度更高的工业向能源密集程度较低的工业过渡。 总的来说，美国的能源密集型产业的上涨的速度比能源强度较低的产业要慢。然而，对美国化工行业的持续投资预计将继续保持国内大宗化学品生产的强劲增长。 2015年，工业部门的直接排放量占美国温室气体排放总量的21.4%。直接排放来自不同的来源，约占该行业总排放量的四分之三。2015年，用于热能和电力的化石燃料现场燃烧占该行业直接排放量的53.7%，而各种工业过程占16.6%。工业的直接排放使该行业成为美国第三大温室气体来源（仅次于运输和电力）。 使用场外发电产生的间接排放占该部门其余排放量。包括直接和间接排放在内，工业是美国最大的温室气体排放部门，占美国总排放量的近30%。 分部门的排放概况差异很大。根据美国能源信息管理局（EIA）的2018年度能源展望（AEO），大宗化学品、炼油和钢铁生产是能源相关二氧化碳排放的三大来源，约占该行业总排放量（直接和间接）的四分之三（图1）。 除了一氧化碳2，工业占美国非CO总量的25%2温室气体排放，包括41%的甲烷、7%的一氧化二氮和20%的其他温室气体（例如氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）和六氟化硫）排放。 从1996年到2015年，工业排放量下降了约18.7%，其中直接排放量下降了15.1%，场外电力的间接排放量下降了27%）如图2所示。虽然自2010年以来总排放量一直相当平稳，但直接排放量的比例一直在增加。 从1990年到2015年，工业过程和产品使用的直接排放量增加了约10.5%，这主要是由于HFCs的排放量增加了270%，HFCs是消耗臭氧层物质的替代品。在此期间，水泥生产的排放量增加了19.1%，这是由于产量增加，主要是由于建筑活动的增加。半导体制造、二氧化钛生产和石化生产的排放量也有所增加。 对未来排放的预测大多分布在在与能源相关的一氧化碳上2，目前约占行业总排放量的四分之三。从2017年到2050年，EIA项目工业部门的总交付能源消耗将增长约33.7%，这主要是受经济稳步的增长和相比来说较低的能源价格的推动。 该行业的能源相关一氧化碳在2010年下降，到2015年持平。2到本世纪中叶，由于能源价格低，特别是天然气和液化天然气价格低迷，预计排放量将增加17.6%（图3）。预计制造业排放的六大来源将继续是散装化学品、炼油、钢铁、食品、纸制品以及水泥和石灰生产。按绝对值计算，预计大宗化学品制造的排放量将增加最多，为126.7 MMtCO2或 45%。预计其他制造业领域将出现增长，包括食品（41.4%）、金属制作的产品（37.1%）、塑料（27.8%）、铝（23.9%）和运输设备（20.3%）。这六个类别占能源相关一氧化碳预计会增长的60%2工业排放。 工业部门的脱碳通常被认为比建筑和运输部门更具技术挑战性，因为它不仅涉及热能和电力的排放，还涉及产品和工艺的排放。大幅度减少该部门排放的潜在途径包括：提高能源效率;燃料转换;碳捕集、利用和封存（CCUS）;和流程更改。 提高供暖和电机的效率将特别的重要，因为它们占工业能源使用总量的30%左右，并能在不同的子行业中产生收益。 “物联网”的出现（例如，在工业机械中嵌入数字技术）为智能效率和自动化创造了新的机会，这能更加进一步减少工业规模的资源和燃料消耗和排放。最近的一项研究之后发现，智能效率能够大大减少全球一氧化碳2到2030年排放量将达到20%，其中约22%的减排潜力来自制造业。 热电联产 （CHP） 系统有助于减少工业部门（例如散装化学品、纸浆纸、石油和煤炭）的能源使用。单独的集中式发电和现场供热的综合效率约为45%，而热电联产系统的效率水平可达80%。然而，近年来，由于高资本成本、技术复杂性和政策变化，热电联产系统的采用停滞不前。 工业部门电气化的提高将减少排放。由于现场化石燃料燃烧是最大的直接排放源，因此减少这些排放的步骤，包括电气化和使用（脱碳）管道气体，可能是最大的减排潜力。虽然工业电气技术（例如，电锅炉和工艺热电技术）已经存在，但它们仅用于工业部门的子集。通过电气化实现脱碳的挑战包括对设备的大量资本投资、电力与化石燃料的高相对成本，以及与能源密集型和高温过程电气化相关的技术障碍。 工业碳捕集、利用和封存（CCUS）可以在减少分部门的排放方面发挥及其重要的作用。CCUS技术可应用于钢铁、水泥、化工、化肥生产厂、氢气和炼油。早期CCUS项目的经验，如Archer Daniels Midland Illinois工业碳捕集和封存项目——世界上第一个用碳捕集改造的商业规模乙醇工厂——能够在一定程度上帮助降低未来CCUS项目的成本。最近通过的CCUS联邦税收抵免将有利于部署一些项目。然而，在研究、开发、示范和部署方面，在大多数情况下要更有明确的目的性的、针对特定行业的支持，以及对私营部门商业化的支持。 对于特定行业，流程改进能够大大减少能源需求，由此减少温室气体排放。例如，从1991年到2010年，在铁矿石钢生产中从碱性氧气高炉转向电弧炉，使美国粗钢生产的能源强度降低了37%。在某些情况下，转换投入或原材料能够大大减少排放，例如，在水泥生产中使用燃煤发电厂的粉煤灰代替碳密集型熟料。其他工艺变更和替代能够大大减少非一氧化碳的排放2具有高全球变暖潜能值的气体。 编译 陈讲运 |