核心观点：
本报告分析了在净零排放的未来，碳元素在能源和材料领域的应用方式。尽管 electrification 和 power sector decarbonisation 将是实现减排的主要手段，但碳元素仍然在以下领域发挥着重要作用：
- 高温工业热：水泥和化工行业对高温热的需求巨大， electrification 技术的进步为替代化石燃料提供了机会，但成本效益仍需进一步验证。
- 钢铁生产：熔融氧化物电解 (MOE) 和电萃取 (Electrowinning) 等电化学技术有望减少对氢和碳捕获利用/储存 (CCU/S) 的依赖，但成本竞争力仍需提升。
- 电池技术：固态电池等下一代电池技术的发展将进一步提高 electrification 在交通和电力系统中的应用，但成本降低和社会接受度仍是关键挑战。
- 氢能：氢能及其衍生物将在难以 electrification 的领域发挥重要作用，如航空航天、航运、化肥生产和季节性能源存储。地质氢和电解槽成本的降低将提高氢能的经济竞争力。
- 碳循环：通过减少需求、回收和再利用碳分子，可以显著降低对初级碳的需求。先进的分选技术、机械回收、化学回收和热转化技术以及碳捕获和利用 (CCU) 技术都将发挥重要作用。
- 生物资源：可持续的生物资源供应可以满足部分碳需求，但需谨慎管理土地使用，避免与粮食安全和生物多样性目标冲突。
- 碳储存：地质储存和原位矿物化是储存碳的有效方式，但需解决成本、基础设施和监管等挑战。
关键数据：
- 目前，人类每年使用约 11.5 Gt 的碳，其中 9.8 Gt 来自化石燃料，1.5 Gt 来自生物资源。
- 到 2050 年，即使在高 electrification 情景下，能源系统仍需要约 3.5 Gt 的碳输入。
- 材料部门对碳的需求可能从 0.8 Gt 增长到 1.2 Gt。
- 在 ACF 情景下，循环经济策略可以将 57% 的碳供应来源转变为化石燃料，30% 来自生物资源，13% 来自回收或再利用。
研究结论：
- 实现净零排放的未来需要综合运用多种技术手段，包括 electrification、re-use、recycling、生物资源、碳储存等。
- 技术选择需根据具体情况权衡成本、技术成熟度、资源需求和环境影响。
- 政策干预对于推动技术发展和规模化应用至关重要，碳定价是关键手段之一。
- 需要灵活的技术组合和系统变革，才能实现经济可行、环境可持续的净零排放未来。
