日本NEDO发布“可持续社会的技术发展指南”
8月22日,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)发布《面向2023年可持续社会的技术发展综合指南》(以下简称《综合指南》)[1],根据最新的社会技术动向,对日益重要的可持续社会三大系统及支撑其发展的数字化转型相关技术进行了概述和评估,同时对代表性变革技术的碳减排潜力和成本进行了评估。此版指南是对2020版《综合指南》的更新。
一、可持续社会的三大系统及数字化转型支撑技术
在迈向低碳化社会的过程中,必须持续发展以下三种系统:循环经济、生物经济和可持续能源。同时要综合把握这三类系统与非连续性的技术革新结合,经济合理地应用于社会。为了一体化推进这三类系统,数字化转型(DX)技术作为支撑是不可或缺的。
1、循环经济的发展趋势和前景。在加快能源转型和脱碳、努力实现碳中和的背景下,通过循环经济减少原材料生产被视为“减少终端能源消费”的重要举措。除了“3R”(减少、再利用、再循环)之外,还有各种减少原始材料使用的具体措施,如延长产品寿命、维修和再加工、共享等。在回收利用方面,需要结合产品设计、材料和零部件信息,利用机器人和其他设备实现自动化,进行适当、高效地拆解和分类,保证回收后的零部件和材料质量。此外,在设计易于拆解、粉碎/研磨和分类的产品时,以及在选择易于回收的材料时,动脉产业方面的考虑也很重要。
碳回收被定位为一种资源回收形式,其中二氧化碳被视为一种资源。从生物质、工业排放和大气中回收的二氧化碳可用作含碳化合物、混凝土和其他产品的原材料,这些产品的生产有望在早期得到推进。
2、生物经济的发展趋势和前景。从2020年起,为了实现碳中和,通过有效利用生物机体的自然现象固定二氧化碳、通过有效利用生物功能生产有用的产品,以及利用生物功能将有机废物作为资源重新利用,都能创造经济价值。特别值得注意的技术包括:①利用合成生物学的生物制造技术,如从木本和草本生物质及农业废弃物中提取的绿碳,以及从海藻和海草中提取的蓝碳,可通过植物功能(光合作用)以较低的能量输入固定稀薄状态的二氧化碳(如大气中的二氧化碳);②食品技术和农业技术,如在农田等地存储二氧化碳的“负排放技术”,以及通过使用生物炭改良土壤。
生物经济的许多技术的成熟度较低,必须将其提供的价值可视化,并将其转化为经济价值,以吸引持续投资。因此有必要建立能够评估生物经济相关技术的生命周期和以自然为基础的解决方案的协同效益的方法,以及生物固碳的量化检测技术。
3、可持续能源的发展趋势和前景。在国际能源署的净零排放情景中,到2050年要实现二氧化碳净零排放,电气化率将超过50%,可再生能源在电力供应组合中的占比应达到80%以上。为了最大限度地长期、稳定地利用大量可再生能源,有必要建立能够高度适应波动、分散且不均的能源系统。为此,必须开发的技术包括:①二次能源(储存、运输、转换),如先进储能技术,利用能量密度更高的能源载体的技术,生物航空燃料等使用生物质和微生物的替代燃料制造和利用技术,利用可再生能源生产氢、氨等无碳燃料及其利用技术等;②能源管理技术,如分布式能源资源的电网系统,引入对需求侧进行主动管理的需求响应,引入与其他行业合作的聚合企业;③节能技术,如开发电力电子和热泵等单项技术,结合二次能源相关技术和能源管理技术,使全社会的能源利用合理化。
5、数字化转型。日本《2050碳中和绿色增长战略》明确指出,数字化转型是实现碳中和的必要条件。在循环经济领域,通过将回收产品的信息可视化,使动脉产业和静脉产业[2]共享,以最大限度地减少温室气体排放、提升回收流程并确保资源回收的可追溯性。此外,在可持续能源领域,可以根据电网系统的数据协作优化能源供需平衡;在生物经济领域,通过食品连锁店之间的数据合作开展生命周期评估和生产效率改进。除了布局支持绿色转型所需的技术外,通过数字化转型实现信息的可视化和准确评估对于绿色转型计划激励措施的正常运行也至关重要。
二、关键技术的二氧化碳减排潜力和减排成本评估
报告对2020年《综合指南》到2023年《综合指南》期间,能源消费脱碳化、减少终端能源消费、引进负排放技术和减少非温室气体排放等举措涉及的关键技术的二氧化碳减排潜力进行了评估。
当实现碳中和时,每吨二氧化碳的减排成本将超过5万日元(约合2445元人民币),因此迫切需要大幅降低碳减排成本。例如,通过技术开发降低新技术的碳减排成本,当新技术的碳减排成本低于传统技术的边际减排成本时,新技术将开始获得迅速推广,这将使边际减排成本降低。
在今后的技术开发中,重要的是要从高性能、低成本、提高可靠性和安全性(这是工业竞争力的基础)以及碳减排潜力、碳减排成本、实际应用的时间和技术开发的有效性等方面进行全面评估,并制定有针对性的战略举措。特别是在实际应用的时间方面,对NEDO项目的跟踪研究表明,能源和环境领域的技术从技术开发到实现经济效益需要近20年的时间。因此,考虑到实现创新的时间框架,尽早开始技术开发非常重要。 (朱丹晨)