近日，日本汽车零部件厂商电装公司（Denso Corporation）将生产脱碳新设备并发展为新的支柱业务，在2035年达到3000亿日元销售额目标。3类脱碳设备分别是制氢设备、燃料电池、碳回收装置。电装希望开发出小体积、易安装的脱碳装置，计划2024年后开始逐步量产。

第一，制氢设备。电装已经研发出一种技术，通过电解高温水蒸气来生产氢气。电解制氢原本会消耗大量电能，但将其转变为水蒸气后，相较于液态可减少15%至22%的耗能。电装还使用汽车废气处理零件相关的热管理技术解决了水蒸气易分解难题，为热管理技术发掘出新应用场景。今年，电装将在工厂中进行可行性实验，2024年以后投入生产。

第二，燃料电池。电装正在着手研发使用氨气等多种燃料来发电的燃料电池，且能够根据供应链变化来调整各燃料的配比。JERA西名古屋火电站被称为世界上最高效火电站，其发电能效有63%，电装燃料电池号称可以达到65%。

第三，碳回收装置。该装置可以从工厂熔炉废气和大气中回收二氧化碳，平均每台机器每年可以从CO₂浓度低于5%的气体中回收50吨CO₂，装置高度不到2米，偏小型号，预计2026年左右先从脱碳需求高的生产线投入使用，随后阶段性增加数量。

数据显示，电装公司90%以上的销售额都来自汽车零部件业务，上述3类脱碳设备会为电装带来新的经济增长点，有助于该公司实现2035年零碳排目标完成绿色转型，也更加高效地利用了电装在汽车零件行业中长期积累下的先进技术。近年来，日本一直希望大力发展新能源汽车应用技术。然而，日本媒体对日本未来的新能源汽车发展并不看好，这到底是为什么呢？

众所周知，要想推进电动汽车发展，势必要将原来的汽油车转换为电动车等低碳环保的新能源汽车。这一转换涉及汽车动力系统的改变，将火力发电替换为可再生能源发电，意味着需要制造蓄电池等产品。对新能源汽车来说，无论是蓄电池的电极，还是引擎等设备，都离不了矿物。然而，这些新能源汽车需要的矿物资源储量位居前3位的国家掌握了世界近80%的资源。拿锂来说，全球锂产量前三的国家为中国、澳大利亚和智利，占据全球88%的生产份额。日本如果没有办法保证充足的资源，那么脱碳目标的实现则会愈发艰难。

01 全球变暖问题与碳中和

工业革命以来的人类活动导致地球气温异常地快速上升，这已经是主流科学界的共识。根据NASA的数据，目前全球地表平均气温相比1880年高出约1.2℃，远超出此前一万年地球平均气温的正常波动区间。

全球变暖会带来严重的后果：两极冰川融化、海平面上升、极端天气灾害增加、土地沙漠化和海洋酸化等。

例如根据联合国一份报告显示，2000年至2019年全球记录了6681起气候灾害，相比之前20年的统计数据增加了83%。放任全球变暖的潜在经济损失也是惊人的。

据耶鲁大学教授、气候经济学家William D. Nordhaus的测算，如果按本世纪末的全球升温为3°C、4°C和5°C的情境测算，届时对应的全球年度经济损失分别为GDP的2.3%、4%和6.5%。

美联储全球化研究所的研究则表明，若不采取气候行动，到2100年全球气温将上升3.7°C，届时全球年度人均GDP可能会损失7.2％。

和现在困扰世界的疫情比较一下：新冠疫情对2020年全球GDP的负面影响约为6%，也就是说因为全球变暖的影响，本世纪末的人类每年都要面对新冠疫情级别的经济损失。

再和战争比较一下，一战和二战分别给德国带来了29%和64%的经济损失，但需要知道战争是会结束的，经济损失是“一次性”的，年化而言或者长期积累而言，全球变暖的经济损失可能是比战争还要可怕的。

全球变暖是因为工业革命以来人类对化石能源的大量使用、大规模的制造业、房屋基建等行为排放了大量的温室气体（以二氧化碳为主，还包括甲烷、一氧化二氮和氯氟碳化合物等），或者用现在大家常说的词：碳排放。

不考虑疫情对经济活动影响的话，现在每年人类的碳排放还是持续增长的，而要限制全球变暖的危害，必须快速降低全球的碳排放。

据IPCC测算，至本世纪末全球升温控制在1.5℃的可能性已极小，为了守住2℃的升温红线，需要全球在将来的30年内快速达到碳中和：即通过“收支相抵”的方式做到大气中二氧化碳不增长了。

02 为什么碳中和是巨大的经济博弈？

达成碳中和的挑战非常巨大。

首先能源的使用是碳排放最重要的来源，而人类的经济发展、生活水平的提高和对能源的利用是紧密相关的。

用历史数据来测算，GDP增速与能源用量增速的相关系数高达90%。说服人们减少能源使用、降低生活水平来减排会是极为困难的。

发展碳排放少的新能源，并且新能源的成本还要不能比化石能源高才能既减排又能让经济、生活水平继续往前发展。

其次，碳减排是需要全球合作的，而达成如何分担责任的共识很困难，不同的国家看待这个问题的角度可以很不一样。

以现在的碳排放量来看，中国是目前最大的碳排放国，2019年排放量占全球27.9%（美国占14.5%），其它发展中国家的碳排放也在持续增长。

但从历史累计来看，西方国家从工业革命开始就在不断排放，自1751年以来，美国的碳排放量约4000亿吨，占历史排放量的25%，居世界首位，欧盟28国贡献22%，中国排放占比为13%。

那么应该以历史累计碳排放量还是以现在的碳排放量来分担责任就成了巨大的争议。

另外，从人均排放的角度来看，中国的人均碳排量为7.1吨/年，仅为美国的44%，韩国的59%，而印度人均碳排量甚至仅为中国的26%。美国人住着郊区的大房子（平均住房面积65平方米），在住宅领域的人均能耗（取暖、降温、照明等）是中国的3.2倍，是印度的5.4倍；在交通领域的人均能耗更是中国的8.7倍，印度的27.4倍。

中国或其他发展中国家人民有没有人权去追求美国人民的这种生活？从这个意义上来讲，发达国家和发展中国家是有核心矛盾的。

发达国家说全球50多亿人口在发展中国家，现在总排量最大，发展中国家应该承担责任；而发展中国家则可以辩驳，我们有平等的发展权，从历史和人均来说，与发达国家相比，我们还可以排放更多。这是两层巨大的博弈。

03 碳中和的技术方法

要想达到碳中和，需要三个办法的配合。

一是能源供给端用新能源代替碳基能源。

二是在能源使用端去碳。能源使用端的电气化是一个方向，通过能源使用端的电气化来和供给端的清洁化互相配合，形成良性循环互促发展，如果燃油车将来还是主流，就无法和能源供给端的清洁化匹配，也无法促进供给端的清洁化转变。

除了电气化，在能源使用端还有很多碳排放的场景需要去找出合理的减排方案。比如工业领域中炼钢等场景用氢气来代替煤的经济方案；交通领域中飞机、轮船的清洁动力解决方案；农业领域中养牛产业甲烷（甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍，养牛对温室气体的排放占畜牧业的65%）减排的解决方案等。

三是固碳。供给端和使用端的方法实施之后，也不可能做到完全不排放碳了，这时候就需要用固碳的方式来“中和”掉剩余的碳排放。

目前有两种方法：第一个方法是植树造林，中国在这方面的举措全球瞩目，森林覆盖面积在过去几十年里面大幅度提高，对固碳的贡献十分显著；第二个方法是用工业化的方式进行碳捕捉。

在去碳的过程中，供给端和使用端的同步协调非常重要。

美国阿贡国家实验室一项研究表明能源供给端的类型对新能源汽车相比燃油车的减排优势影响很大，其对丰田卡罗拉（燃油，7.13L/100km）和特斯拉的Model 3（电动，54kWh）在不同能源供给情况下的排放表现做了测算：如果能源供给是纯火电，汽车里程达到12.6万公里以后，Model 3才会比卡罗拉更有碳排放优势；但如果全部使用清洁能源，则行驶超过1.35万公里以后，Model 3就具有了排放优势。

可见，电力供给的清洁化才能使能源消费的电力化更有意义，能源的供给端的清洁化和使用端的电气化必须同步协调发展，才能做到有效地控制碳排放。

当然从历史发展来看，能源使用的电气化本身也是大势所趋，如中国用于发电的一次能源消耗量由1985年的17%上升到了2017年的47%。

而现在的碳中和使命显然会强化这一趋势的未来发展，同时这一使命也要求电力的构成要更清洁化。

根据Ecofys的测算，煤炭发电和天然气发电的气候变化成本分别超过40美元/兆瓦时和20美元/兆瓦时；光伏发电的该成本则只有1.5美元/兆瓦时，风电和水电则低于0.1美元/兆瓦时。

03 日本“脱碳”时间表

日本的碳排放与经济发展大致历经三个发展阶段，目前碳排放与GDP总量已经脱钩。总体看，日本碳排放量与GDP总量大致经历了同步变化、震荡波动和脱钩变化三个阶段：20世纪90年代前半期，日本碳排放量与GDP总量保持同步；1996-2012年，受金融危机、互联网泡沫破裂和福岛核事故影响，碳排放量与GDP震荡波动；2013-2019年，受日本《能源革新战略》等低碳发展政策影响，核电重启，氢能、风能、光伏等新能源快速发展，GDP总量与碳排放量脱钩。

日本碳排放已达峰，后续低碳发展重点将聚焦实现“碳中和”，并以此带动经济复苏。2020年10月，日本首相宣布，2050年日本将实现“碳中和”目标，同时将2030年温室气体排放量较2013年减少46%。目前的相关数据显示，日本温室气体排放总量2013年已达峰值，此后连续多年下降，其中二氧化碳排放2019年已降至12.13亿吨。随着日本国内经济增长放缓，人口出生率下降，预计日本温室气体排放量难以再次增长，后续低碳发展重点将聚焦实现“碳中和”目标。

图 1990-2019年日本温室气体排放量变化情况

日本碳排放总量位列全球第五，总量上减排压力较小，人均排放仍有改善空间。根据联合国《2020年排放差距报告》数据，日本碳排放量占全球比重约为2.8%，总排放量远低于中国、美国、印度、俄罗斯，节能减排压力较小，但人均排放仍高于中国、欧盟国家和印度。近期，日本出台《2050年碳中和绿色增长战略》，成为了日本低碳发展的重要依据，其中提出30年实现“碳中和”目标和重点任务，促进产业低碳化转型，实现“零碳社会”。

图 2019年全球温室气体排放量及占比

04 日本产业低碳化发展主要路径

能源行业：提高可再生能源使用规模，加快能源结构转型

一是大力推动海上风电发展。日本将海上风力发电作为清洁能源的主要来源，在“绿色成长战略”中提出，到2040年海上风力发电能力将达到4500万千瓦，相当于45个核电机组。但日本海上风力发电面临设备成本和运营等问题，后续将在上述领域与欧美合作寻求技术上的突破，构建稳定的国内供应链。二是重点发展氨燃料氢能等新型燃料能源。日本大力投入氢能源行业，推进低成本氢能源供应链发展。截至2019年，日本政府氢能源相关研发投入已达3亿美元。此外，由于氨气燃烧过程中不产生二氧化碳，日本计划将氨作为电力能源燃料，助力实现碳中和目标。到2050年，日本氢、氨两种零碳燃料将占到电力结构的10%左右。三是重启核能发展。日本将提供总计6.5亿日元的补贴，重点聚焦新型快中子反应堆和小型反应堆等下一代核能技术研发，最大限度地减少放射性废弃物质排放。

关键制造行业：加快汽车和蓄电池、半导体等制造行业“碳中和”步伐

工业排放在全社会总排量中占比较大，在关键制造行业实现低碳发展对实现“碳中和”目标有决定性作用。一是汽车行业将加快电动汽车和高性能电池的开发与应用，实现汽车全生命周期碳中和。在车辆能效和燃油指标方面，日本制定了更严格的标准，将加大对电动汽车公共采购规模，扩大充电基础设施部署。同时，还将大力推进电化学电池、燃料电池和电驱动系统技术等领域的研发与供应链构建，降低碳中性替代燃料研发成本，开发性价比更高的新型电池技术。二是在半导体行业扩大可再生能源电力应用，打造绿色数据中心。降低数据中心能耗，扩大可再生能源电力的应用。推动下一代云软件、云平台的开发应用，减少实体半导体芯片的使用，研发先进的低功耗半导体器件及封装技术，并进行产业化推广。

民生行业：重点推动交通、建筑、资源回收等行业实现“碳中和”

一是大力推动电动飞机、氢动力飞机的商用化，实现航空业全面电气化，普及智慧交通和共享出行。重点研发航空轻量化材料，开展混合动力飞机和纯电动飞机技术的研发、示范和部署。加快氢动力飞机技术研发、示范和部署，研发先进低成本、低排放的生物喷气燃料。引导人们改变出行方式，利用数字技术推动共享交通发展。二是利用太阳能技术、建筑新材料等技术，实现居民和商用建筑物的净零碳排放。部署建筑物智慧能源管理系统，建造零排放住宅和商业建筑。开发先进节能的建筑材料，加快下一代光伏电池技术、温控换气等新材料技术在建筑物内的应用。三是发展资源回收技术，提高对废水、废物、废气的再利用水平。日本已积累大量有关资源回收方面的经验，未来将重点发展废物发电、废热利用和生物沼气发电等技术。应通过立法和规划促进资源回收再利用技术的研发和普及，同时降低资源回收技术和方案实施成本。

碳循环技术产业化：加快二氧化碳回收、封存、利用的碳循环技术的大规模商用，降低二氧化碳回收制品的成本

除降碳外，实现“碳中和”更要促进碳循环的碳捕捉、封存和利用等相关脱碳技术发展。日本发展碳循环技术的重要目标是降低碳回收制品价格，实现碳循环技术产业化发展，包括2030年实现二氧化碳回收制燃料的价格与传统喷气燃料相当，2050年实现二氧化碳制塑料品与现有塑料制品价格相同的目标。

日本将重点发展二氧化碳封存进混凝土技术、二氧化碳氧化还原制燃料技术、二氧化碳还原制备高价值化学品技术，同时研发先进高效低成本的二氧化碳分离和回收技术，计划到2050年实现从大气中直接回收二氧化碳技术的商用普及。

05 日本绿色发展战略中的材料产业实施计划

钢铁等各种金属、化学品、水泥、纸张等材料是支撑人们生活的重要物资。这些材料的轻量化、强韧化有助于下游工序的节能和资源的节约。   

另外，材料产业在材料生产制造过程中会排出大量的CO₂，其中钢铁业的CO₂排放目前相对较高，需要对钢铁生产工艺进行根本性变革。

总体来说，为在2050年实现“碳中和”，需要推进在创新型金属材料、创新型的冶炼、轧制及加热方法、资源有效利用等方面的研究开发（见下图）。

创新型金属材料

1）简介：实现汽车、船舶、飞机等各产业的“碳中和”，需要创新型的金属材料支撑。例如，为提高能效，要推进运输机械的轻量化，轻量强韧化金属材料不可或缺。为实现5G、6G高度发展的信息通信社会，需要开发高强度、高导热率的新型合金，以使数据中心节能化。

此外，在社会公共设施领域，为扩大使用新型的无碳能源，需要提供满足各种特性要求的材料。例如，对于氢供给设备，为防止氢脆的发生，需要开发耐氢腐蚀性优良的创新型金属材料。

2）具体研发方向：为使产业界最终产品达到脱碳化的目标，应实现创新型金属材料的开发和供给，降低运输机械的燃料消耗，高度发展信息通信社会。例如，开发出超过现有汽车用高强度钢板的创新型超高强度钢板，以及多种材料复合（多元化材料）等，使运输机械在保持成本竞争力的同时进一步轻量化。

飞机发动机电动化需要使用新型合金和高耐热性材料。为此要加速开发飞机发动机用的全新高性能材料，以使新一代飞机轻量化和飞机发动机高效率化，降低飞机的燃料消耗，预计这项研究将使2040年全年飞机发动机CO₂减排量达到92.8万吨。此外，为实现数据中心的省电化，早日实现5G、6G社会，还要开发功能性合金，既提高热传导率，又实现高强度化。

在社会公共设施方面，要开发出适于日本国内特殊自然条件的高强度、短工期、低成本的海上风力发电用结构材和电缆用材。对于日本现在依存于海外企业的海上风力发电产业，要构建海上风力发电的国内产销链，从而实现海上风力发电装置的低建造成本和低维护维修成本。

主要存在的问题

1）简介：金属材料在实现“碳中和”社会中具有很大作用，但目前金属材料在制造阶段（冶炼、轧制）仍会排放大量的CO₂，其脱碳化是当务之急。

在冶炼工序，如能用氢取代用作铁矿石还原剂的煤炭，则可大幅降低CO₂排放量。但焦炭的还原反应是放热反应，而利用氢的还原反应是吸热反应，随着氢还原反应的进行，高炉会冷却。为连续进行还原反应，需要补充热量。此外，减少煤炭用量，反应气体在炉内流通需要的间隙发生怎样的变化等技术方面的问题解决难度很大，所以目前在世界上尚未建立起氢还原铁的技术。另外，低成本氢的供应问题也尚未解决。

对于轧制及加热工序，加热炉的能耗很大，存在电费等能耗成本过大的问题。为此，需要对加热炉开展大幅节能创新加热技术的开发。

2）具体研发方向：钢铁产业“碳中和”的目标是，率先在世界上进行CO₂排放量实质为零的“零碳钢铁”技术的开发和应用，到2050年使绿色钢铁的市场份额达到5亿吨/年。

为此实施的措施包括：在钢铁生产的还原及冶炼工序，开发利用高炉进行氢还原铁矿石的技术，分离回收高炉煤气中的CO₂和将回收的CO₂转化为还原剂再利用的技术，以及减少钢铁生产中CO₂排放量的技术。为实现2050年的“零碳钢铁”目标，确立了支撑全氢还原铁矿石的“氢直接还原法”的基础技术，包括铁矿石还原需要的炉内热补偿技术、原料中的杂质去除技术、电炉熔炼还原铁的技术等。

在熔炼和轧制工序（包括钢铁及非钢行业），开发省电化电解和轧制再加热的电加热化等CO₂减排技术。一般来说，电加热的能源效率低于化石燃料的能源效率，因此要提高电加热装置用材的热传导率，推进电加热的节能化，以降低材料的生产成本。

资源的有效利用

1）简介：日本的矿产资源对外依存度很高，为实现金属材料的稳定供给，必须提高国内产生的废金属料的循环利用水平，并致力于实现资源的节约。

此外，要扩大环境友好型金属材料的应用，降低金属材料制品全生命周期的CO₂排放量，参与制定关于全生命周期环境负荷评价的国际标准，以规范和促进绿色金属的普及与应用。

2）具体研发方向：通过资源循环利用的扩大和制品长寿化使CO₂排放量下降，以实现脱碳化，并降低资源的制约性。例如，可以预见，轻量化材料铝在汽车制造中的需求将会增大。预计到2050年铝材在全球汽车用材市场中的份额将增加50%，达到约1.4亿吨。为此，要进行可将废铝材循环用于汽车车体材料的高端循环利用技术的开发，使铝材的资源循环利用率由现在的10%提高到50%（2050年）。

在钢铁材料方面，汽车板等高等级材料还依赖于高炉-转炉长流程工艺，为此要开发和利用杂质去除技术，从而实现由长流程向短流程工艺的转变，促进钢铁材料的循环利用。

此外，从含有微量稀有金属元素等的铁矿石、废金属料和海洋中提取和回收稀有金属技术，稀有金属的再利用、再资源化技术，减少稀有金属用量技术，以及用非稀有金属替代稀有金属技术的开发和高端化，可以有效地缓解稀有金属资源短缺的制约。

06 总结

气候问题是人类目前面临的最大的敌人，其破坏性是全球性的、文明毁灭性的。但是，由于碳排放污染的外部性，而且解决问题的成本巨大，如何让全球各国达成共识，面对人类共同的敌人是一件很困难的事情。可以说，没有共识就没有解决方案。而达成全球共识的基础是中美两国，作为世界最大的两个经济体，首先达成两国之间的共识。所以，从这个意义上讲，全球气候问题是人类的灾难，但从战争与和平的角度上看，反倒能起到促进中美合作的积极作用。

除了新能源科技的进步之外，大幅增加碳排放的成本是解决气候问题的核心要素。

无论是碳税还是碳交易，都是为了增加排放的成本。由于碳排放的普遍性，这种成本的增加将会影响到社会的所有角落，并不局限于工业或是新能源企业。

全球气候问题正在掀起一场碳中和以及新能源的革命，其规模和重要性不亚于我们已经经历了几十年的IT革命。

如何未雨绸缪，走在低碳时代的前沿，是每个国家、每个企业必须仔细思考的问题。


注：文章内容整理自网络

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