近日，美國能源部 (DOE) 發布“工業脫碳路線圖”，確定了減少美國制造業工業排放的四個關鍵途徑。路線圖強調了大幅減少工業部門碳排放和污染的緊迫性，并為工業和政府提出了一個分階段的研究、開發和示范方案。

據悉，美國能源部報告確定了美國工業關鍵部分脫碳的路徑，并在拜登總統的氣候計劃之上、宣布提供1.04億美元資助碳減排技術，包括620億美元基礎設施法案，以及減少通貨膨脹法中100億美元用于清潔能源制造業稅收抵免和58億美元用于工業設施，同時通過在工業設施附近社區建設新的監測設施等。

美國能源部工業脫碳路線圖

（數據來源：“2021年年度能源展望與2050”，美國能源信息管理局，2021年2月3日。注：路線圖分析僅涵蓋部分化學品（氨、甲醇、乙烯和BTX）以及食品和飲料子行業。）

按經濟部門劃分的美國一次能源

相關CO2排放量

2020年，美國工業領域的一次能源相關CO2排放量13.6億噸、占30%。從工業脫碳路線圖來看，重點關注五個二氧化碳排放量最高、對工業碳排放影響最大的行業，即：煉油、化工、鋼鐵、水泥以及食品和飲料。這些行業約占美國工業部門與能源相關的CO2排放量的51%，占美國經濟范圍內CO2總排放量的15%。

01

化工制造業

美國化工制造業非常多樣化，在過去十年中取得了顯著增長。為了幫助化工制造業實現凈零碳排放目標，具體執行措施包括：

1.開發低溫預加熱解決方案并提高熱能使用的有效性，以提高整個系統的能源效率；

2.擴展先進的催化劑和反應器系統，以提高反應性能，同時減少碳排放和提高能源效率；

3.提高電氣化水平并使用氫氣、生物質或廢物作為制造燃料和原料；

4.提高材料利用效率，增加材料循環利用。

02

石油精煉

大多數美國煉油廠的CO2排放來自五個大型能源消耗過程，即加氫裂解、常壓蒸餾、催化裂化、蒸汽甲烷重整和再生催化重整。這些過程代表了煉油廠減少CO2排放的最具成本效益的研發方向。為了幫助實現凈零目標，煉油行業可以：

1.提高現場蒸汽和發電的工藝和能源效率；

2.通過引入核熱和電力、清潔電力、清潔氫或生物燃料等低化石碳源，降低能源和原料的碳足跡；

3.捕獲CO2以供長期儲存或利用。

03

鋼鐵

鋼鐵制造業是全球能源密集型行業之一。使用煤炭作為原料、通過化學還原反應生產鋼鐵的方法，使得該行業成為溫室氣體排放量最高的行業之一。為幫助實現凈零目標，鋼鐵行業可以：

1.擴大工業電氣化，向低碳和無碳燃料過渡；

2.氫鋼生產、鐵礦石電解以及碳捕獲和利用儲存(CCUS)等變革性技術的試點示范；

3.提高材料利用率率，增加材料循環利用；

（2015-2050年美國鋼鐵工業二氧化碳排放量預測）

04

食品和飲料

食品和飲料行業是美國經濟的重要組成部分，也是美國最大的能源消耗和溫室氣體排放行業之一。為了幫助實現凈零目標，食品和飲料行業可以：

1.通過推進過程加熱、蒸發和殺菌過程的電氣化來提高能源效率；

2.通過生命周期評估中確定的方法和制造商之間的合作，減少整個供應鏈中的食物浪費；

3.通過替代包裝和減少包裝廢物來追求回收和材料利用效率。

05

水泥

在美國水泥行業，煅燒過程相關的二氧化碳排放量約占二氧化碳總排放量的58%，能源相關的CO2排放量占總排放量的42%。水泥制造需要大量熱能，煤炭和石油焦燃燒產生的熱能約占該行業總能源消耗的88%。為了幫助實現凈零目標，水泥行業可以：

1.改進現有流程以減少浪費，包括混凝土建筑的循環利用經濟方法；

2.通過部署突破性技術和創新化學解決方案提高材料和能源效率；

3.擴大CCUS技術的使用；

4.增加使用低碳粘合材料和天然輔助膠凝材料，以降低用于制造水泥的熟料和固體材料的碳強度。

（美國工業二氧化碳凈零排放的路徑）

美國工業脫碳戰略

路線圖確定了四個關鍵技術支柱，以顯著減少所研究的這五個子行業的排放。通過采用替代方法，可以減少100%的年度二氧化碳排放量。跨領域的脫碳支柱是能源效率、工業電氣化、低碳燃料、原料和能源，CCUS等。這些支柱適用于所有工業子行業，并且隨著電網溫室氣體排放強度的降低、技術的發展和難以減排的來源得到解決，能夠實現近期和未來的減排。

能源效率：能源效率是一項基本的、跨領域的脫碳戰略，是近期溫室氣體減排最具成本效益的選擇。具體實施路徑包括：

1.在系統級優化工業過程性能的能源管理方法；

2.來自制造過程加熱、鍋爐和熱電聯產的熱能系統管理和優化；

3.智能制造和先進的數據分析，以提高制造過程中的能源生產力。

工業電氣化：利用電網和當地可再生能源在低碳電力方面的進步對于脫碳工作至關重要。脫碳路徑包括：

1.使用輻射加熱或先進的熱泵對過程熱進行電氣化；

2.高溫范圍過程的電氣化，例如鋼鐵和水泥制造中的過程。

用電化學過程代替熱驅動過程

低碳燃料、原料和能源：替代低碳和無碳燃料和原料可減少工業過程的燃燒相關排放。脫碳路徑包括：

1.開發靈活的燃料工藝；

2.將氫燃料和原料整合到工業應用中；

3.生物質燃料和生物原料的使用。

碳捕獲、利用和儲存(CCUS)：CCUS是指從點源捕獲產生的二氧化碳并利用捕獲的CO2制造增值產品或將其長期儲存的多組分策略避免釋放。脫碳路徑包括：

1.CO2的燃燒后化學吸收

2.先進CO2捕集材料的開發和制造優化，可提高效率并降低捕集成本

3.開發利用捕獲的二氧化碳制造新材料的工藝

工業脫碳路線圖的主要建議

1.推進早期研發：到2050年實現凈零碳排放所需的先進科學技術應用。

2.投資多種工藝策略：繼續推行電氣化、能效、低碳燃料、CCUS和替代方法的并行路徑。

3.通過示范項目推廣：以測試示范平臺降低加速部署風險。

4.解決過程加熱：大多數工業排放來自燃料燃燒供熱。

5.整合解決方案：關注碳減排技術對供應鏈的系統影響。

6.進行建模/系統分析：擴大生命周期和技術經濟分析的使用。

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素材來源：中歐碳中和、ERR能研微訊