近日，美國能源部 (DOE) 發(fā)布《工業(yè)脫碳路線圖》（Industrial Decarbonization Roadmap），該路線圖確定了減少美國工業(yè)部門排放的四個關(guān)鍵途徑，強調(diào)了大幅減少工業(yè)部門碳排放和污染的緊迫性，并為工業(yè)和政府提出了分階段的研究、開發(fā)和示范 (RD&D) 議程。同期還宣布了一項 1.04 億美元的融資資助，用于推進工業(yè)脫碳技術(shù)的發(fā)展。
上述活動建立在美國此前已發(fā)布的《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法》（620 億美元）和《通貨膨脹減少法案》（100 億美元用于清潔能源制造稅收抵免和 58 億美元用于工業(yè)設(shè)施）基礎(chǔ)上，這兩個法案目的是推動美國制造業(yè)的發(fā)展。
《工業(yè)脫碳路線圖》為政府、行業(yè)和其他利益相關(guān)者提供了一個議程，以共同努力加速減排，并將美國工業(yè)部門定位為全球創(chuàng)新的領(lǐng)導(dǎo)者。美國能源部表示，致力于使國家工業(yè)部門脫碳，不光可為美國工人創(chuàng)造高薪工作，刺激經(jīng)濟增長，還可為所有美國人創(chuàng)造一個更清潔、更公平的未來。
美國能源部長詹妮弗·格蘭霍爾姆介紹說：“工業(yè)部門對經(jīng)濟和日常生活至關(guān)重要，但它目前占據(jù)溫室氣體排放量的很大一部分，而且特別難以脫碳。DOE發(fā)布的工業(yè)脫碳路線圖將幫助美國走上清潔工業(yè)部門議程的道路，該議程有利于工人和振興社區(qū)，同時為所有美國人提供更健康的環(huán)境。”
按經(jīng)濟部門劃分的美國一次能源相關(guān)二氧化碳排放量
數(shù)據(jù)來源：“ Annual Energy Outlook 2021 with Projections to 2050”，美國能源信息署，2021 年 2 月 3 日。注：路線圖分析僅涵蓋部分化學(xué)品（氨、甲醇、乙烯和 BTX）以及食品和飲料（濕玉米碾磨、大豆油、蔗糖、甜菜糖、液態(tài)奶、紅肉制品加工和啤酒生產(chǎn)）子行業(yè)。
工業(yè)占美國一次能源相關(guān)二氧化碳排放量的 30%，約13.6 億噸（1360 MT，2020 年）。工業(yè)脫碳路線圖重點關(guān)注五個二氧化碳排放量最高的行業(yè)，在這些行業(yè)中，采用工業(yè)脫碳技術(shù)可以在全國范圍內(nèi)產(chǎn)生最大的影響，包括：煉油、化工、鋼鐵、水泥以及食品和飲料。這些行業(yè)約占美國工業(yè)部門與能源相關(guān)二氧化碳排放量的 51%，占美國經(jīng)濟范圍內(nèi)二氧化碳總排放量的 15%。
1、化學(xué)制造業(yè)：美國化學(xué)制造業(yè)非常多樣化，在過去十年中取得了顯著增長。為了實現(xiàn)凈零目標(biāo)，化工制造業(yè)可以：
開發(fā)低熱預(yù)算流程加熱解決方案并提高熱能使用的有效性，以提高整個系統(tǒng)的能源效率
擴展先進的反應(yīng)、催化和反應(yīng)爐系統(tǒng)，以提高反應(yīng)性能，同時減少碳排放和提高能源效率
使生產(chǎn)流程電氣化并使用氫氣、生物質(zhì)或廢棄物作為制造燃料和原料
提高材料效率，增加材料的循環(huán)特性
2、石油精煉行業(yè)：大多數(shù)美國煉油廠的二氧化碳排放來自五個大型能源消耗過程：加氫裂化、常壓蒸餾、催化裂化、蒸汽甲烷重整和再生催化重整。這些過程是煉油廠減少二氧化碳排放最具成本效益的研發(fā)方向。為實現(xiàn)凈零目標(biāo)，煉油行業(yè)可以：
提高工藝和現(xiàn)場蒸汽和發(fā)電的能源效率
通過使用低碳化石能源并引入核熱和電力、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
捕獲二氧化碳以供長期儲存或利用
3、鋼鐵制造業(yè)：鋼鐵行業(yè)是全球能源密集型行業(yè)之一。在生產(chǎn)方法中使用煤炭作為原料、氧化鐵的化學(xué)還原以及鋼鐵的大量生產(chǎn)使該行業(yè)成為溫室氣體排放量最高的行業(yè)之一。為實現(xiàn)凈零目標(biāo)，鋼鐵行業(yè)可以：
向低碳和無碳燃料過渡，并擴大工業(yè)電氣化
向氫能煉鋼、鐵礦石電解以及碳捕獲和利用儲存 (CCUS) 等變革性技術(shù)轉(zhuǎn)型的試點示范
提高材料效率，增加材料的循環(huán)性
4、食品和飲料業(yè)：食品和飲料行業(yè)是美國經(jīng)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(yè)之一。為實現(xiàn)凈零目標(biāo)，食品和飲料行業(yè)可以：
通過推進過程加熱、蒸發(fā)和巴氏殺菌過程的電氣化以提高能源效率
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(yīng)鏈中的食物浪費。
通過替代包裝和減少包裝浪費來提升回收和材料的效率
5、水泥制造業(yè)：美國水泥行業(yè)煅燒過程相關(guān)的二氧化碳排放量約占總排放量的 58%，能源相關(guān)的二氧化碳排放量占總排放量的 42%。水泥制造過程需要消耗大量熱量，煤炭和石油焦燃燒產(chǎn)生的熱量約占該行業(yè)總能源消耗的 88%。為實現(xiàn)凈零目標(biāo)，水泥行業(yè)可以：
改進現(xiàn)有流程以減少浪費，包括混凝土建筑過程中采用循環(huán)經(jīng)濟方法
通過部署突破性技術(shù)和創(chuàng)新化學(xué)解決方案提高材料和能源的效率
擴大 CCUS 技術(shù)的使用
增加使用低碳粘合材料和天然輔助膠凝材料，以降低制造水泥過程所用的熟料和固體材料的碳強度
擴大CCUS技術(shù)的應(yīng)用
美國工業(yè)脫碳戰(zhàn)略的四大關(guān)鍵技術(shù)支柱
路線圖確定了四個關(guān)鍵技術(shù)支柱，以顯著減少上述五個子行業(yè)的碳排放。通過采用替代的方法，可以減少年度二氧化碳排放量的100%。
這些關(guān)鍵脫碳技術(shù)支柱在不同領(lǐng)域都可應(yīng)用，包括：能源效率；工業(yè)電氣化；低碳燃料、原料和能源來源（LCFFES）；碳捕獲、利用和儲存 (CCUS)技術(shù)應(yīng)用。這些支柱適用于工業(yè)部門的所有子行業(yè)，并且隨著電力和電網(wǎng)部門溫室氣體排放強度的降低、技術(shù)的發(fā)展和難以減排來源得到解決，有能力實現(xiàn)近期和未來的減排目標(biāo)。
1、能源效率（Energy Efficiency）：能源效率是一項基本的、跨領(lǐng)域的脫碳戰(zhàn)略，是近期溫室氣體減排最具成本效益的選擇。具體的脫碳方法包括：
在系統(tǒng)級優(yōu)化工業(yè)過程性能的戰(zhàn)略級能源管理方法
來自制造過程加熱、鍋爐和熱電聯(lián)產(chǎn) (CHP) 來源的熱能的系統(tǒng)管理和優(yōu)化
智能制造和先進的數(shù)據(jù)分析，以提高制造過程中的能源生產(chǎn)力
2、工業(yè)電氣化（Industrial Electrification）：利用電網(wǎng)和現(xiàn)場內(nèi)部可再生能源發(fā)電資源在低碳電力方面的進步對于脫碳工作至關(guān)重要。具體的脫碳方法包括：
使用感應(yīng)、輻射加熱或先進的熱泵對加熱過程進行電氣化
高溫范圍處理過程如鋼鐵和水泥制造過程的電氣化
用電化學(xué)過程代替熱驅(qū)動過程
3、低碳燃料、原料和能源來源 (LCFFES，Low-Carbon Fuels, Feedstocks, and Energy Sources)：替代低碳和無碳燃料和原料，可減少工業(yè)過程燃燒相關(guān)的排放。具體的脫碳方法包括：
開發(fā)燃料靈活的工藝
將氫燃料和氫原料整合到工業(yè)應(yīng)用中
生物燃料和生物原料的使用
4、碳捕獲、利用和儲存 (CCUS，Carbon Capture, Utilization, and Storage)：CCUS 是指捕獲從某一點來源產(chǎn)生的二氧化碳并利用捕獲的二氧化碳制造增值產(chǎn)品或?qū)⑵溟L期儲存以避免釋放的多個子策略的集合。具體的脫碳方法包括：
二氧化碳燃燒后通過化學(xué)吸收
先進的二氧化碳捕集材料的開發(fā)和制造優(yōu)化，可提高效率并降低捕集成本
開發(fā)利用捕獲的二氧化碳制造新材料的工藝
工業(yè)脫碳路線圖的主要建議
推進早期科技研發(fā)：到 2050 年實現(xiàn)凈零碳排放所需的進一步應(yīng)用科學(xué)。??
投資多種工藝策略：繼續(xù)電氣化、效率、低碳燃料、CCUS 和替代方法的并行路徑。??
通過演示示范擴展：演示測試平臺可加速和降低部署的風(fēng)險。??
解決過程中加熱問題：大多數(shù)工業(yè)排放來自燃料燃燒的供熱。??
整合解決方案：關(guān)注碳減排技術(shù)對供應(yīng)鏈的系統(tǒng)影響。??
進行建模/系統(tǒng)分析：擴大生命周期和技術(shù)經(jīng)濟分析的使用。
增加美國就業(yè)和能源正義
數(shù)據(jù)來源：“ 2020 年制造商年度調(diào)查 (ASM)”，美國人口普查局。
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