如何扩展关键气候技术 ？

可持续性实践 如何扩展关键气候技术？ 实现深度脱碳所需的许多气候技术已经存在。现在的挑战是扩大规模以实现技术和商业突破。 本文是Bernd Heid，Martin Linder，Sebastian Mayer，Mark Patel和Anna Orthofer的合作成果，代表了麦肯锡气候技术平台的观点。 成熟的部署避免、减少或捕获排放并可以取代碳密集型现有技术的气候技术在过去十年中显著加速，往往超过预期。随着各国寻求实现将全球变暖限制在比工业化前水平高2 ° C以下的气候目标，这些气候技术的规模现在比以往任何时候都更加重要，这是196个国家在具有法律约束力的2015年巴黎气候变化协定中承诺的目标。 到2030年大约2万亿美元，相当于全球GDP的1%到2%。3 具有不同成熟度的十二类气候技术有望实现大规模减排 The 12 categories described here are iterco - ected throghdepedecies i both fodatioal sciece ad system - level scaligmechaism (Exhibit 1).它们的成熟度各不相同：例如，太阳能和风能等可再生能源的部署越来越多，并且在某些地区，已经与化石燃料具有成本竞争力，而碳去除技术和替代的天然蛋白质则处于早期开发阶段。4可再生能源支撑着许多其他能源，但无法独自实现零净目标。 我们的分析表明，如果大规模部署，12类气候技术可能会减少90%的人造温室气体(GHG)排放。1这些技术之间的相互依赖性非常高，这意味着它们必须一起扩展。这些技术不仅需要在技术上得到证明（许多技术已经得到证明），而且还需要在商业上可行。而且，至关重要的是，寻求可持续的技术解决方案来推动脱碳将需要与其他目标（例如可负担性和能源安全）并行进行。2 可再生能源。可再生能源容量在2015年至2020年间几乎翻了一番。大多数使用可再生资源的能源生产技术，如太阳能、风能、水能、地热资源和生物质，在技术上已经成熟；太阳能光伏（PV）和陆上和海上风力涡轮机已经显示出最大的增长和最成功的扩展。从2015年到2021年，太阳能光伏发电每年增长25%，相当于安装基数的四倍。包括间歇性在内的挑战仍然需要克服。 12个技术类别的成熟度水平参差不齐：只有10％具有商业竞争力，而另外45％具有商业竞争力，但需要通过创新和扩大规模来进一步降低成本。其余的有很大的希望，但处于早期阶段。因此，最高优先级是确定、理解和优先考虑技术和商业扩展机制。 本文重点介绍了这12种技术类别的潜力，以及它们的不同成熟度，关键的扩展机制以及克服扩展挑战的一些途径。为了刺激创新并降低成本，我们的分析表明，气候技术投资需要每年增长约10％，并达到 除其他问题外，还需要解决中长期存储集成和缓慢移动的电网现代化以及长期材料供应和访问等问题。 需要具体的技术创新，以进一步降低可再生能源发电的成本。5基础步骤的变化将来自技术创新，如钙钛矿太阳能电池， 附件1 它们提供了更高的效率，有机薄膜电池以更低的成本提供了更大的灵活性，而浮动的海上平台和航空-风能系统具有大规模商业扩展的潜力。 modular reactors could provide flexible (off - grid) powerwith shorter ramp - up timelines and lower up - front costs;however, they are not yet - mercially material. The scale -up of nuclear relies on the standardistandarmisitionspublic - private consortia is also key to accelerating less成熟技术- and coordination between industry and governmentswill be essential to address skilled - laborate throughcapability building. 核。传统的核裂变技术— —即大型第二代和第三代+核反应堆— —在商业上已经成熟 技术,6440个反应堆目前提供了全球约10%的发电量。挑战包括高昂的建筑成本和成本超支，以及在几个地区长期储存废物和乏燃料储存的悬而未决的问题。传统的第三代和第四代技术需要更快的创新来降低成本。工厂建造的小型 储能。随着可再生能源的扩大，将需要大规模的能源存储。技术包括用于短期和中等持续时间能源存储的锂离子电池系统以及其他电化学，热，机械和 根据我们的分析，到2030年将需要约350吉瓦（GW）的中短期储能和约400吉瓦的长期储能。7虽然一些存储技术-例如抽水，熔盐和压缩空气-已经成熟，已经部署了实用规模的项目，但需要对低成本和高性能的材料进行创新，例如硫和硅，以改善固定电池。 通过生产电池级再生材料来实现材料生态系统，并减少采购电池材料对环境的影响。 热泵。热泵的效率比燃气炉和锅炉高2.0到4.5倍，它们使用具有气体压缩和膨胀的制冷剂循环来传递来自蒸发器的热量 工厂即产品（用于压缩空气存储）或gigafactory方法（用于电化学电池）将有助于降低制造成本。产品组合可能需要存储技术。这将因国家而异，并取决于当地的地质条件和所需的电网平衡程度。 冷凝器。技术包括空气源热泵，它使用室外空气；地热(或地源)热泵，它使用埋地外部部件来控制地球温度；和水源热泵，它使用地面、湖泊或河流的水。虽然热泵相对成熟，9它们仍然需要在组件级别进行创新，以降低成本并提高性能系数（衡量热泵效率的指标）。具有低全球变暖潜力的制冷剂，如碳氢化合物、空气和水，需要进一步开发，压缩机技术也需要进一步开发，压缩机技术是热泵的最大能源和成本驱动因素。扩大住宅和商用热泵的部署需要商业模式创新和融资机制来支持家庭，特别是租房者。前期资本支出包括两种转换。 电池。依靠锂离子电池的电池电动汽车受益于高“油箱到车轮”的能源效率。它们的嵌入式寿命排放量比装有内燃机的车辆低85％，8虽然减排取决于当地的电力组合和电池组的碳排放足迹，通常占40～ 电池上游排放量的60％。电池最近实现了强劲增长，预计在2030年之前将继续同比增长25％，而电池成本在过去十年中降低了10倍，经常超过预测，并允许电池电动汽车与传统的内燃机汽车接近成本竞争力。为了进一步扩大规模，电池需要在端到端价值链上进行大量投资（包括原材料开采和精炼、活性材料制造、生产设备以及电池制造的大幅提升和产量提高）。近期的技术创新需要专注于提高能量密度和快速充电能力。这可以例如通过用硅纳米结构代替阳极中的一部分石墨来实现。 对热泵本身和改善建筑物的绝缘。训练有素的劳动力对于跨地域大规模安装热泵也至关重要。 氢。清洁氢（可再生和低碳）为深度脱碳提供了选择钢铁、水泥和化工等行业目前约占全球排放量的20%。氢及其衍生物，例如氨和甲醇，可用于为飞机，轮船，重型车辆和其他形式的重型运输提供动力。氢还促进了可再生能源的集成，因为它可以将可再生能源存储为分子，并使电网混合和长距离运输成为可能。低碳氢可以使用蒸汽甲烷或具有碳捕获和存储的自热重整从天然气生产，并且可以减少。 或者推进半固态和固态电池，以每公斤电池重量存储更多的能量。电池回收技术的改进将有助于圆形电池 与之相比，碳排放量减少了80%至95% 从2022年5月到2023年1月，清洁氢项目管道增长了35％，但缺乏公司承购导致延误在最终投资决策中。 传统的灰色氢。低碳氢生产技术已经成熟，但取决于碳捕获和储存技术的进一步创新和成本降低。可再生氢气可以使用水电解从可再生能源生产;碱性电解槽和质子交换膜电解槽是当今该过程中最成熟的技术，具有高效的固体氧化物电解槽。 燃料包括常规的基于生物质的燃料、插入式可持续燃料(包括插入式基于氢的电子燃料,例如e - jet)和需要发动机或基础设施改造的非插入式燃料(包括e -氨和e -甲醇)。一些将生物质转化为燃料的技术相对成熟，如脂质加氢处理以生产可再生柴油和煤油。为了降低成本并增加可用性，需要进行创新-特别是对于大多数电子燃料，它们通常仍处于示范和试点阶段。虽然与基于生物质的燃料的成本差距仍然很高,但是电子燃料在生物质原料的可用性和收集方面不面临与常规基于生物质的燃料相同的限制。各种各样的合成燃料转化技术和这些技术中涉及的多个步骤代表了挑战和风险。 阴离子膜电解器、无膜或毛细管电解器或海水电解，以及处于开发早期阶段的其他创新。目前，清洁氢更快扩大规模的主要障碍是在成本降低曲线的早期阶段确保长期产出的挑战。清洁氢项目管道增长 从2022年5月到2023年1月下降35%，并继续快速推进，10但是缺乏坚定的承诺导致最终投资决策的延迟。因此，氢气的规模扩大仍然依赖于融资机制，如生产税收抵免和差价合同。一旦获得承购权，第一个清洁氢生产大型项目的成功交付将对扩大规模，显着减少未来项目的不确定性并开放获得更便宜的融资至关重要。 在下游精炼生产高质量燃料期间，将需要首创的投资和复杂的能力和资产。这些复杂的价值链意味着多个价值链参与者之间的合作将是扩大规模的关键。 碳捕获、利用和储存(CCUS)。这些技术在水泥或钢铁厂和发电设施等点源捕获工业试验过程中排放的二氧化碳，然后运输，转化或长期储存。 可持续燃料。目前，运输部门占全球总排放量的15％以上，需要化石烃燃料的替代品来使无法电气化的难以减少的部门脱碳，包括航空，航运和一些重型公路运输。11可持续发展 They are also required for the production of low carbonhydrogen from natural gas. CCUS can be used to abateresident emissions after other reduction - tion efforts havebeen expened. Cost reducing 将是必需的，因为CCUS不提供直接货币化路线，并且为工业和电力参与者带来了额外的成本。一些技术已经成熟；例如，胺基溶剂已经使用了数十年来将二氧化碳从天然气中分离出来，并将其注入井中以增强 政府间气候变化专门委员会指出，工程碳清除是到2050年实现净零的关键工具 因为它们使企业能够在其他减排杠杆之后消除残留碳排放已经筋疲力尽了。14However, carbon removing, such asCCUS, is an added cost, and rapid cost reducing are needed tomake the business case work for buyers. The up - first costs ofremoving technologies in current use are high, and technology- specific innovations are need 石油回收。其他捕获技术正在进行创新，例如新的液体溶剂，固体吸附剂，膜和低温技术。这些新技术中的每一种都可以减少能源使用并最终降低成本：非胺类溶剂通过减少解吸和压缩过程所需的功率，已证明能源使用减少了40％，氧燃料燃烧可以减少热量损失，吸附技术可以减少再生能量。12为了进一步扩大规模，CCUS需要为管道和存储提供明确的监管和许可环境。 to buyers is needed to ensure credit value. This can befacilitated by established a clear system of standards andregulation for carbon - removing credits applicable acrossremoval technologies