碳中和的“技术万花筒” - 第八期 - 北京大学汇丰金融研究院

碳中和的“技术万花筒”

不同于新古典经济学对于环境保护政策的认识，迈克尔·波特等学者认为，适当的环境规制可以促使企业进行更多的创新活动，提高企业的生产力，抵消由环境保护带来的成本。这就是著名的“波特假说”。

虽然在实践中，波特假说未被完全证实，但采用创新性技术来提升企业效率，从长期来看无疑是至关重要的。在《如何避免气候灾难》一书中，比尔·盖茨提出了“绿色溢价（Green Premium）”的概念，即用绿色清洁能源要付出的更多成本是多少。然而，技术创新却有望使“绿色溢价”降低为零，甚至为负，从而使减碳行动成为一件“义利双收”的事情。

当前，全球各国纷纷提出“双碳”目标，在传统能源使用效率已经很难再提高的当下，技术创新似乎是唯一的出路。由此，本文主要从改进生产技术的角度来思考碳中和之路，从减少碳排放、增加碳吸收等维度出发，重点梳理了碳中和路上的部分技术突破和未来的技术方向。

“双碳”目标下的技术路线图

碳中和，从“源头”减碳开始

要达成碳中和目标，从“源头”减碳无疑是至关重要的。其中，最关键、最根本的一步是增加清洁能源的使用，包括以光伏、水电、核能、风能为代表的“直接清洁能源”（自然界中以原有形式存在的、不排放污染物、未经加工转换的能量资源）和以氢能为代表的“间接清洁能源”（由直接清洁能源产生，起到“能源储存中介”的作用，可以储存不能被有效利用的能源）。

光伏电池：从P型向N型迭代

巴菲特曾表示，“如果有个人明天来推销一个太阳能项目，需要10亿或30亿美元的投资，我们准备去做，这种机会多多益善。”《中国2050年光伏发展展望》报告预计，到2050年，光伏将成为中国第一大电源，约占当年全国用电量的40%左右。

光伏产业发展至今，“效率”与“成本”始终是产业发展的关键词。组件转换效率每提高1个百分点，光伏发电成本就能降低6%以上。正因为如此，光伏制造技术发展的核心就是提高光电转换效率。

由于掺杂工艺的区别，光伏电池被分为P型电池和N型电池。P型硅片制作工艺简单，成本较低，以PERC电池为代表，是当下光伏行业的主流。随着PERC的效率挖掘潜逐步接近极限，2021年将开启P型向N型迭代的趋势，迈向更高效率台阶，以HIT（异质结技术）、TOPCon（基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的太阳能电池技术）为代表的N型技术路线陆续取得突破。

N型则素有“高效”之称，其颠覆性、革命性毋庸置疑。目前，市场上已经有多家企业入场布局HIT，但降成本仍是HIT替代PERC的关键环节。目前HIT电池成本相较于其他电池仍然偏高，2020年，HIT电池生产成本为0.91元/W，相比PERC电池的生产成本高出约0.19元/W。虽然目前N型电池困于成本过高一直难有大规模量产，但从长期来看它们代表了未来的方向。

氢能技术：庞大赛道已然开启

据国际氢能委员会估计，到2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，可能创造超2.5万亿美元的市场价值。氢能技术研发，历史上受石油危机、气候问题、化石燃料波动等几番起落，但近年来，氢能作为能源革命中的重要“储能中介”，越来越被寄予厚望。

上游制氢技术方面，可再生能源制氢虽然目前成本较高，但由于其能耗低、环保、碳排放低，将成为未来制氢的主流趋势。可再生能源制氢的根本是电解水制氢，其中，固体聚合物水电解、固体聚合物阴离子交换膜水电解、蒸汽和固体氧化物电解等是核心技术突破。

中游氢气储运技术主要包含了高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢和有机物液体储氢，其中，有机液体储氢技术具有反应过程可逆、储氢密度高、氢载体储运安全方便等优势，或成为未来氢气储运主流方式。

下游氢燃料电池方面，由于传统的铂金催化剂的价格过于昂贵，目前技术发展趋势是研发低铂含量，甚至是无铂的催化剂，最新技术包括铂基金属间化合物纳米晶氧还原催化剂、无铂氧还原催化剂等。

当前，高成本仍是氢能产业推广的“拦路虎”，氢能产业要实现商业化运营，必须要降低成本。但是，良好的外部环境和政策支持使得氢能领域的庞大赛道已然开启，科技部原部长、中国科学院院士徐冠华表示，“氢能将与电力协同互补，共同成为我国能源体系的消费主体，带动形成10万亿元级的新兴产业。”

全方位、多领域的技术减排

交通：最受瞩目的三大出行技术

共享出行、自动驾驶和新能源汽车是当前交通领域最受瞩目的三大出行技术和方案。无人驾驶走的是高精尖路线，由科技巨头领衔，目前还在试验中；新能源汽车由汽车厂商领衔，还在普及中；共享出行则有滴滴等公司正在开拓。

共享出行方面，“共享出行+区块链”的平台级生态系统，即车享链是重要趋势；由于区块链的特性，未来共享出行将得以实现可信信息的共享。自动驾驶技术的核心组成包括四个部分：感知、高精地图和定位、路径规划和决策、控制；目前，IMU（惯性导航）、DBW（线控）、冗余设计等是自动驾驶技术的最新进展。新能源汽车领域，通过减少电池重量达到节能的轻量化技术、将电池设计成可拆卸式的换电技术，以及实现安全监管的运行大数据技术是重要的技术趋势。

制造业：关键是减少含碳能源、资源的使用

从轻纺工业到资源加工，从机械制造到造纸印刷，都属于制造业的范畴。这些林林总总的行业有着共同的碳减排核心：减少含碳能源和含碳资源。

以纺织业为例，其高效电热转化技术、高效热传导技术、高效加热融化技术等，可以通过提高能源使用效率来减少含碳能源的使用；其碳纤维复合材料利用技术和再生面料技术等，则可以减少含碳资源的使用。

建筑业：全方位的节能技术

夏至已过，人们都在靠空调“续命”。据联合国环境规划署分析，全球供热和制冷的能耗约占全部建筑物能耗的50%，因而，降低能耗成为了建筑业减排工作的重中之重。

节约资源方面，充分利用建筑的屋顶空间，加大建筑外表面的光伏利用率，通过分布式光伏发电的形式，可在很大程度上解决发展光电时空间资源不足的问题。除光伏发电，建筑还承担着协助消纳风电、光电的使命。建筑与周边的停车场和电动车结合，可构成容量巨大的分布式虚拟蓄能系统，这可以通过“光储直柔”新型配电技术实现。二氧化碳减排方面，在设计建筑时，可以使用智能化节能技术，如墙体节能、门窗节能、保温屋面节能、声控开关等，这将成为绿色建筑的主流发展趋势。

农业：植物肉将会成为风口

农业，特别是畜牧业，是全球的一个巨大“碳源”。据统计，畜牧业在全球碳排放中占比接近15%。从改善土壤状况的再生农业，到调整牛的饮食结构的可持续养殖，再到改变人们饮食习惯的人造肉，都是低碳农业的重要趋势。

再生农业通过整体农业和放牧技术重建土壤有机质，可以起到提高土壤健康的作用，具体的技术包括：整合牲畜作用、覆盖作物、免耕和作物多样性。可持续养殖中的绿色饲料生产技术，可以通过调整牛的饮食结构来降低牛的碳排放量。

按产品所使用的食品原料，人造肉可以分为三类：素肉、植物肉和细胞肉。植物肉以大豆、豌豆等作为提纯植物蛋白，采用生物工程技术，从观感和口感上模仿真肉，制作的前沿技术包括挤压技术、静电纺丝技术和3D打印技术等。目前，众多餐饮企业（如国际巨头Beyond Meat，国内初创企业星期零，餐饮零售品牌肯德基、沃格斯、喜茶等）纷纷推出植物肉，在资本端和产业端的推动下，未来将会成为一个风口。

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本文完整版刊登于《北大金融评论》第8期