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風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能……哪種新能源最受科技界青睞?(一)

2021-05-06 09:50  來源:光明日報(bào)  瀏覽:  

能源,不僅是現(xiàn)代工業(yè)的血液,也是正常生活得以維持的基石。千百年來,人類主要依靠化石能源維系,目前也是如此。但化石能源總有耗盡的一天。那么,什么可以接替化石,未來能夠?yàn)槿祟愄峁┣鍧崱⒖沙掷m(xù)的能源?當(dāng)前,世界主要國家或地區(qū)均將發(fā)展新能源技術(shù)視為引領(lǐng)新一輪能源革命以及科技創(chuàng)新的重要突破口,新能源技術(shù)正以前所未有的速度加快迭代。日前,中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心、廣州能源所與施普林格·自然團(tuán)隊(duì)發(fā)布了《未來科技系列報(bào)告(第一期)》——《新能源技術(shù)研究的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》,對(duì)全球2000-2019年間(尤其是2015-2019年間)太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑四堋淠堋?chǔ)能、能源互聯(lián)網(wǎng)等八個(gè)不同新能源技術(shù)領(lǐng)域整體及其20項(xiàng)代表性技術(shù)主題進(jìn)行系統(tǒng)分析,訪談了歐陽明高院士、李燦院士、Joёl Ruet教授等中外能源領(lǐng)域的科學(xué)家,對(duì)未來能源進(jìn)行了定量和定性的分析,并從全球尺度重點(diǎn)關(guān)注了中國新能源技術(shù)的研究特點(diǎn)以及研究競爭力。

風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能……哪種新能源最受科技界青睞?

氫能將是打造未來能源體系、實(shí)現(xiàn)能源變革的重要媒介,太陽能燃料技術(shù)的突破及其成本降低或?qū)⒖焖俳档蛯?duì)化石燃料的依賴

中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢院研究員郭劍鋒介紹,通過對(duì)發(fā)表論文的分析發(fā)現(xiàn),新能源技術(shù)正處于加速發(fā)展期,2015-2019年間除核能外,太陽能、風(fēng)能、氫能等7個(gè)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量均超過近20年總量的40%,其中5個(gè)領(lǐng)域超過一半以上。進(jìn)一步聚焦2015—2019年發(fā)文情況發(fā)現(xiàn),全球?qū)π履茉吹年P(guān)注度持續(xù)升溫,五年期間在新能源領(lǐng)域共發(fā)表了388416篇論文,發(fā)文量年均復(fù)合增長率約為10%。

郭劍鋒介紹,統(tǒng)計(jì)被引頻次最高的前10篇論文可以揭示全球不同新能源技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注和聚焦的研究方向:生物質(zhì)能研究主要關(guān)注木質(zhì)素?zé)峤狻⒋呋瘎㈩A(yù)處理、微藻生物燃料、生物精煉等方向;儲(chǔ)能研究主要聚焦鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池、正負(fù)極材料、快充技術(shù)等方向;地?zé)崮苎芯繜狳c(diǎn)方向包括增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)、地?zé)嵯到y(tǒng)數(shù)值模擬、地?zé)徙@井技術(shù)等;氫能研究主要關(guān)注非貴金屬催化劑、金屬有機(jī)框架材料、鈷基催化劑、雙功能催化劑等領(lǐng)域;核能研究主要的關(guān)注點(diǎn)包括核廢料處理技術(shù)、核電站安全技術(shù)、耐輻照材料、磁約束核聚變、慣性約束核聚變等;太陽能研究重點(diǎn)關(guān)注方向包括鈣鈦礦太陽能電池、疊層太陽能電池、太陽能光催化制氫、催化劑、半導(dǎo)體電極等;能源互聯(lián)網(wǎng)研究重點(diǎn)關(guān)注智慧能源系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、智慧家居能源管理系統(tǒng)、需求響應(yīng)等方向;風(fēng)能研究的主要熱點(diǎn)方向包括高功率能量轉(zhuǎn)換器、風(fēng)力渦輪機(jī)、風(fēng) 電數(shù)值模擬、風(fēng)電高比例穩(wěn)定并網(wǎng)等。

在這些領(lǐng)域中,無論是論文統(tǒng)計(jì)還是科學(xué)家訪談都發(fā)現(xiàn),氫能和太陽能是大家重點(diǎn)關(guān)注的兩個(gè)新能源。

報(bào)告中介紹:在未來能源體系中,氫能是重要的降碳二次能源,制氫、儲(chǔ)氫以及氫能的輸送和利用研究熱度都在快速增長。其中,最先受到關(guān)注的氫燃料電池或氫發(fā)動(dòng)機(jī)可以變革傳統(tǒng)交通工具,解決交通燃油消費(fèi)帶來的城市大氣污染和脫碳問題。在可再生能源發(fā)電規(guī)模快速增加的過程中,電網(wǎng)消納能力是瓶頸之一,通過電解水制氫靈活消納棄風(fēng)、棄光,為解決光伏和風(fēng)電規(guī)模受消費(fèi)側(cè)需求和電網(wǎng)消納能力限制問題提供了新路徑。同時(shí),可再生能源制氫也將成為未來可持續(xù)的綠氫來源。

氫能是助推能源體系深度脫碳重要切入點(diǎn)。2018年至今,包括日本、韓國、澳大利亞、英國、法國在內(nèi)的諸多國家發(fā)布了氫能領(lǐng)域最新規(guī)劃。日本明確提出,到2025年將全面普及氫能交通,擴(kuò)大氫能在發(fā)電、工業(yè)和家庭中的應(yīng)用,到2030年,氫能使用成本將不高于傳統(tǒng)能源。歐盟2020年7月發(fā)布的《歐盟氫能戰(zhàn)略》提出了歐洲構(gòu)建“氫能生態(tài)系統(tǒng)2050年戰(zhàn)略路線圖”,2030年前的目標(biāo)是迅速減少氫氣生產(chǎn)過程中的碳排放,開發(fā)其他形式的低碳?xì)洌灾С窒蚩稍偕茉粗茪溥^渡。中國在氫能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面表現(xiàn)較活躍。中國最早的氫能發(fā)展部署是將氫燃料電池汽車列為新能源汽車發(fā)展方向之一。但由于制氫技術(shù)和氫燃料電池的高成本以及加氫站的布局等問題制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展,與純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車相比,氫燃料電池汽車還處于示范運(yùn)營階段。與此相呼應(yīng),中國在制氫、儲(chǔ)氫、加氫等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究活躍度也排在新能源領(lǐng)域前列。

零碳太陽能燃料技術(shù)研發(fā)是科研界高度關(guān)注的焦點(diǎn)。報(bào)告顯示,太陽能燃料研究的發(fā)文量和關(guān)注度都位居前列,表明人類持續(xù)追求利用可持續(xù)的自然資源(水、二氧化碳)和能源(太陽能),以求通過更為生態(tài)、高效的轉(zhuǎn)化機(jī)制獲得綠色燃料。科學(xué)家們在光解水制氫、太陽能燃料等領(lǐng)域作出了很多努力,但距離應(yīng)用還有一段距離。例如光催化制氫仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段,如何降低太陽能燃料制備成本,仍然是其產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。

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“十四五”規(guī)劃《綱要》提出,在氫能與儲(chǔ)能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域,組織實(shí)施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃,謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)。

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