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每周投放2公斤材料!科学家通过平流层“脱水”为地球降温【附碳中和技术赛道观察图谱】

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 趋势速递 • 2024-03-03 11:31:54 来源:前瞻网 E5548G1
100大行业全景图谱

瞻观前沿

温室气体的排放导致全球变暖和气候变化,这对环境造成了严重的影响,包括海平面上升、极端天气事件增多等。提起温室气体,人们首先想到二氧化碳等,其实水蒸气也是主要温室气体。

水蒸气可以在平流层停留多年,通过吸收太阳辐射、与其他气体发生反应等,加强了温室效应。一项研究发现,20世纪90年代平流层水蒸气的跃升,可能使那段时间内全球变暖加剧了30%。

根据最新发表于《科学进展》的研究,科学家们提出了一种新的方法,即向上升的潮湿气流注入云凝结核,以在其进入平流层之前使其“脱水”。

研究主要作者、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)化学科学实验室物理学家Shuka Schwarz表示,“使平流层保持干燥,可能只需要每周投放2公斤的材料。”这种刻意的平流层脱水措施只能适度地降低气温,抵消过去几百年来二氧化碳上升所导致的全球变暖的1.4%。

然而,这个技术的实施关键在于,世界上只有少数几个地方的热度足以产生强大的上升气流,将空气带入位于地表以上9至17公里处的平流层。而这些“入口”中最重要的一个位于西赤道太平洋上空,面积约相当于澳大利亚。

NASA的研究发现,这种潮湿气团是集中的。仅1%已探索的气块带入的水分就占了可能最终进入平流层的水的一半。因此,研究团队模拟了将三碘化铋作为凝结核投入1%水富集区域的情况。结果表明,每周投入2公斤每颗直径为10纳米的凝结核,就足以将这些潮湿的气块成云。

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(图片来源:摄图网)

技术价值观察

碳中和是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量,实现正负抵消,达到相对“零排放”。

目前,我国碳中和产业链核心产业架构从碳排放到碳吸收大致可划分为三部分,前端加强能源结构的调整,用低碳替代高碳、可再生能源替代化石能源;中端提升节能减排水平,包括产业结构转型、提升能源利用效率、加强低碳技术研发及完善低碳发展机制等;后端增强资源循环利用水平,落实生产者责任制度,促进资源品的回收再利用;自然循环端加强生态碳汇,包括开展国土绿化行动,增加森林面积和蓄积量,加强生态保护修复,增强草原、绿地、湖泊、湿地等自然生态系统的固碳能力,增加碳吸纳量。

图表1:碳中和产业链

宏观市场观察

细分市场之前端:能源替代

在碳中和产业链中,前端能源替代是指加强能源结构的调整,用低碳替代高碳、清洁能源替代传统化石能源。人类活动导致的二氧化碳排放主要来源于化石燃料消费,使用清洁能源和可再生能源替代传统化石能源可以从产业链前端减少碳排放量。

近年来,我国在大力发展清洁能源来替代化石能源。截至2021年底,我国光伏发电累计装机305.99GW,风电累计并网装机容量达3.28亿千瓦,水电装机容量达到3.91亿千瓦,核电装机容量0.55亿千瓦,较2020年均有所增长。

图表9:2016-2021年中国光伏、风电并网、水电、核电装机量(单位:GW,亿千瓦)

天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的比重逐年增长。2021年,我国清洁能源消费量占能源消费总量的比重达25.5%。

图表10:2016-2021年中国清洁能源消费量占能源消费总量的比重(单位:%)

——空气直接捕集CO2技术可捕集分布源排放CO2

从捕集环节来看,根据碳捕集与燃烧过程的先后顺序,传统碳捕获方式主要包括燃烧前捕获、富氧燃烧和燃烧后捕获等。空气直接捕集CO2(Direct air capture,DAC)技术指利用化学吸附剂,以空气作为CO2的输运媒介,直接从低浓度的气体分压(40Pa)下富集CO2的技术。近年来,随着科研人员不断研发DAC的方法和材料,目前DAC技术已被视为一种可行的CO2减排技术。

图表2:二氧化碳主要捕集技术

目前碳捕集与封存主要对工业固定源排放的CO2进行处置捕集,而对占CO2总排放近50%的分布源CO2关注度不高。空气直接捕集CO2技术不仅可对数以百万计的小型化石燃料燃烧装置以及数以亿计的交通工具等分布源排放的CO2进行捕集处理,还可有效降低大气中CO2浓度。

图表3:2020年全球二氧化碳排放源分布及对应捕集技术(单位:%)

碳中和相关投资总额或在140万亿左右

国内许多机构均对碳中和下的新增直接投资做了测算,其中中国投资协会发布的《零碳中国·绿色投资蓝皮书》中测算 “碳中和”相关的投资规模约70万亿;清华大学气候变化与可持续发展研究院预测投资规模在127.2-174.4万亿之间;国家发改委价格监测中心研究人员预测“碳中和”新增投资将超过139万亿元。综合各家结果,前瞻认为《零碳中国·绿色投资蓝皮书》的测算相对保守,而清华大学和发改委价格检测中心的测算结果大致相同。综合后,碳中和带来的相关投资总额或在140万亿左右。

图表24:权威机构对“碳中和”所带来的投资规模的测算

中国碳中和技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示,目前碳中和关键技术强相关的城市集群主要集中在华北、长三角和华东地区,尤其是北京市成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于碳中和研发,成为潜在的碳中和技术发展中心。根据热力图的分布华北地区有极大的可能性成为碳中和技术的先导区域。重点关注北京市海淀区、山西省太原市迎泽区、上海市黄浦区等地的相关企业,以及这些地方对碳中和产业发展的投资环境和潜力市场。

中国碳中和技术赛道热力图

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更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国碳中和产业市场前瞻与投资战略规划分析报告

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