美国能源部发布《工业脱碳路线图》

近日，美国能源部 (DOE) 发布《工业脱碳路线图》（Industrial Decarbonization Roadmap），该路线图确定了减少美国工业部门排放的四个关键途径，强调了大幅减少工业部门碳排放和污染的紧迫性，并为工业和政府提出了分阶段的研究、开发和示范 (RD&D) 议程。同期还宣布了一项 1.04 亿美元的融资资助，用于推进工业脱碳技术的发展。

上述活动建立在美国此前已发布的《两党基础设施法》（620 亿美元）和《通货膨胀减少法案》（100 亿美元用于清洁能源制造税收抵免和 58 亿美元用于工业设施）基础上，这两个法案目的是推动美国制造业的发展。 

《工业脱碳路线图》为政府、行业和其他利益相关者提供了一个议程，以共同努力加速减排，并将美国工业部门定位为全球创新的领导者。美国能源部表示，致力于使国家工业部门脱碳，不光可为美国工人创造高薪工作，刺激经济增长，还可为所有美国人创造一个更清洁、更公平的未来。

美国能源部长詹妮弗·格兰霍尔姆介绍说：“工业部门对经济和日常生活至关重要，但它目前占据温室气体排放量的很大一部分，而且特别难以脱碳。DOE发布的工业脱碳路线图将帮助美国走上清洁工业部门议程的道路，该议程有利于工人和振兴社区，同时为所有美国人提供更健康的环境。”  

按经济部门划分的美国一次能源相关二氧化碳排放量

数据来源：“ Annual Energy Outlook 2021 with Projections to 2050”，美国能源信息署，2021 年 2 月 3 日。注：路线图分析仅涵盖部分化学品（氨、甲醇、乙烯和 BTX）以及食品和饮料（湿玉米碾磨、大豆油、蔗糖、甜菜糖、液态奶、红肉制品加工和啤酒生产）子行业。

工业占美国一次能源相关二氧化碳排放量的 30%，约13.6 亿吨（1360 MT，2020 年）。工业脱碳路线图重点关注五个二氧化碳排放量最高的行业，在这些行业中，采用工业脱碳技术可以在全国范围内产生最大的影响，包括：炼油、化工、钢铁、水泥以及食品和饮料。这些行业约占美国工业部门与能源相关二氧化碳排放量的 51%，占美国经济范围内二氧化碳总排放量的 15%。

• 1、化学制造业：美国化学制造业非常多样化，在过去十年中取得了显著增长。为了实现净零目标，化工制造业可以：

• 开发低热预算流程加热解决方案并提高热能使用的有效性，以提高整个系统的能源效率

• 扩展先进的反应、催化和反应炉系统，以提高反应性能，同时减少碳排放和提高能源效率

• 使生产流程电气化并使用氢气、生物质或废弃物作为制造燃料和原料

• 提高材料效率，增加材料的循环特性

• 2、石油精炼行业：大多数美国炼油厂的二氧化碳排放来自五个大型能源消耗过程：加氢裂化、常压蒸馏、催化裂化、蒸汽甲烷重整和再生催化重整。这些过程是炼油厂减少二氧化碳排放最具成本效益的研发方向。为实现净零目标，炼油行业可以：

• 提高工艺和现场蒸汽和发电的能源效率

• 通过使用低碳化石能源并引入核热和电力、清洁电力、清洁氢或生物燃料等低化石碳源，降低能源和原料的碳足迹

• 捕获二氧化碳以供长期储存或利用

• 3、钢铁制造业：钢铁行业是全球能源密集型行业之一。在生产方法中使用煤炭作为原料、氧化铁的化学还原以及钢铁的大量生产使该行业成为温室气体排放量最高的行业之一。为实现净零目标，钢铁行业可以：

• 向低碳和无碳燃料过渡，并扩大工业电气化

• 向氢能炼钢、铁矿石电解以及碳捕获和利用储存 (CCUS) 等变革性技术转型的试点示范

• 提高材料效率，增加材料的循环性

• 4、食品和饮料业：食品和饮料行业是美国经济的重要组成部分，也是美国最大的能源消耗和温室气体排放行业之一。为实现净零目标，食品和饮料行业可以： 

• 通过推进过程加热、蒸发和巴氏杀菌过程的电气化以提高能源效率

• 通过生命周期评估中确定的方法和制造商之间的合作，减少整个供应链中的食物浪费。

• 通过替代包装和减少包装浪费来提升回收和材料的效率

• 5、水泥制造业：美国水泥行业煅烧过程相关的二氧化碳排放量约占总排放量的 58%，能源相关的二氧化碳排放量占总排放量的 42%。水泥制造过程需要消耗大量热量，煤炭和石油焦燃烧产生的热量约占该行业总能源消耗的 88%。为实现净零目标，水泥行业可以：

• 改进现有流程以减少浪费，包括混凝土建筑过程中采用循环经济方法

• 通过部署突破性技术和创新化学解决方案提高材料和能源的效率

• 扩大 CCUS 技术的使用

• 增加使用低碳粘合材料和天然辅助胶凝材料，以降低制造水泥过程所用的熟料和固体材料的碳强度

• 

  扩大CCUS技术的应用

美国工业脱碳战略的四大关键技术支柱

路线图确定了四个关键技术支柱，以显著减少上述五个子行业的碳排放。通过采用替代的方法，可以减少年度二氧化碳排放量的100%。

这些关键脱碳技术支柱在不同领域都可应用，包括：能源效率；工业电气化；低碳燃料、原料和能源来源（LCFFES）；碳捕获、利用和储存 (CCUS)技术应用。这些支柱适用于工业部门的所有子行业，并且随着电力和电网部门温室气体排放强度的降低、技术的发展和难以减排来源得到解决，有能力实现近期和未来的减排目标。 

• 1、能源效率（Energy Efficiency）：能源效率是一项基本的、跨领域的脱碳战略，是近期温室气体减排最具成本效益的选择。具体的脱碳方法包括：

• 在系统级优化工业过程性能的战略级能源管理方法

• 来自制造过程加热、锅炉和热电联产 (CHP) 来源的热能的系统管理和优化

• 智能制造和先进的数据分析，以提高制造过程中的能源生产力

• 2、工业电气化（Industrial Electrification）：利用电网和现场内部可再生能源发电资源在低碳电力方面的进步对于脱碳工作至关重要。具体的脱碳方法包括：

• 使用感应、辐射加热或先进的热泵对加热过程进行电气化

• 高温范围处理过程如钢铁和水泥制造过程的电气化

• 用电化学过程代替热驱动过程

• 3、低碳燃料、原料和能源来源 (LCFFES，Low-Carbon Fuels, Feedstocks, and Energy Sources)：替代低碳和无碳燃料和原料，可减少工业过程燃烧相关的排放。具体的脱碳方法包括：

• 开发燃料灵活的工艺

• 将氢燃料和氢原料整合到工业应用中

• 生物燃料和生物原料的使用

• 

• 4、碳捕获、利用和储存 (CCUS，Carbon Capture, Utilization, and Storage)：CCUS 是指捕获从某一点来源产生的二氧化碳并利用捕获的二氧化碳制造增值产品或将其长期储存以避免释放的多个子策略的集合。具体的脱碳方法包括：

• 二氧化碳燃烧后通过化学吸收

• 先进的二氧化碳捕集材料的开发和制造优化，可提高效率并降低捕集成本

• 开发利用捕获的二氧化碳制造新材料的工艺

工业脱碳路线图的主要建议

• 推进早期科技研发：到 2050 年实现净零碳排放所需的进一步应用科学。   

• 投资多种工艺策略：继续电气化、效率、低碳燃料、CCUS 和替代方法的并行路径。   

• 通过演示示范扩展：演示测试平台可加速和降低部署的风险。   

• 解决过程中加热问题：大多数工业排放来自燃料燃烧的供热。   

• 整合解决方案：关注碳减排技术对供应链的系统影响。   

• 进行建模/系统分析：扩大生命周期和技术经济分析的使用。

增加美国就业和能源正义

数据来源：“ 2020 年制造商年度调查 (ASM)”，美国人口普查局。