韓國科技評估與規劃研究院:面向碳中和10項新興技術

新能源前沿 發佈 2022-09-27T12:58:13.443400+00:00

近日,韓國科技評估與規劃研究院以碳中和為目標,確定10項新興技術,每項新興技術都與其他技術形成互補關係,預計將產生積極的協同效應,為實現2030年的韓國國家自主貢獻目標做出貢獻。

近日,韓國科技評估與規劃研究院以碳中和為目標,確定10項新興技術,每項新興技術都與其他技術形成互補關係,預計將產生積極的協同效應,為實現2030年的韓國國家自主貢獻目標做出貢獻。

10項具體技術如下:

1、碳捕集與利用技術

目前全球碳捕集與封存(CCS)設施的數量為65個,其中26座設施已投入使用,3座在建,21座處於初期開發階段,相關技術正在積極研發。韓國正在進行1至10兆瓦規模的碳捕集技術示範研究,目前該項技術還處於起步階段。預計到2030年,將捕集100萬噸燃煤後排放的CO2,CO2向燃料的轉化率達到30%,通過礦物碳化為建築材料的CO2達到10萬噸。隨著大容量長壽命二次電池技術的廣泛應用,基於碳捕集與利用的燃料生產和可再生能源儲能技術將失去較大優勢;但將碳捕集與利用技術和低碳鋼生產相結合,將有助於鋼鐵行業的碳減排。

2、生物基原材料/產品製造技術

生物基原材料/產品製造技術是以生物基原料為起點,擴展到生物烯烴、生物丙烯酸等生物基應用原料,發展成精細/特種化學生物製品和生物塑料關鍵中間體的材料技術。為減少碳排放,有必要將石腦油和烯烴(石化領域原材料)轉化為低碳環保的生物基原材料,並使上游部門(熱解)與下游部門(基礎原料生產)貫通。目前,韓國大企業率先使用該技術,跨國化學企業也積極向生物化學過渡。預計到2030年,作為韓國主要出口產業的石油化工業將向脫碳和環保的生物基原料、生物基應用原材料和生物塑料轉變,以奠定韓國在石化技術方面的全球領先地位。此外,用可生物降解的塑料替代不可降解塑料,有望為預防陸地和海洋污染提供根本性的解決方案。

3、鋼鐵低碳生產技術

鋼鐵低碳生產技術是替代傳統高爐轉爐工藝中使用的碳基燃料和原材料的工藝技術,並與碳捕集、利用與封存(CCUS)技術相結合。本技術包括高爐轉爐過程中使用的碳基燃料和原料替代技術;高爐轉爐中大量使用廢鋼技術;純氧高爐技術等。目前,韓國鋼鐵低碳生產技術處於商用化階段,正在推進「COOLSTAR煉鋼二氧化碳低排放技術及減氫過程(2017-2025年)」計劃,開發比現有煉鋼工藝減少15%碳排放的技術。預計到2030年,韓國將完成高爐用碳基燃料和原料的替代技術、轉爐中大量使用廢鋼技術的完全開發和示範,到2040年實現商業化應用。

4、高容量和長壽命二次電池技術

該技術包括鋰離子電池、固態電池、金屬-空氣電池、鋰硫電池、氧化還原液流電池、鈉離子電池、多價離子電池及相關材料、零部件和全電池技術。其中,零部件/材料技術涉及構成二次電池的部件和材料,包括罐、鉛片、集流體、導電添加劑、粘結劑和電解液添加劑等。由於電動汽車、可再生能源存儲等多個應用領域的蓬勃發展,二次電池的需求正逐年遞增。目前,鋰離子電池已經達到理論性能極限,因此有必要開發新一代二次電池。預計到2030年,隨著可再生能源、能源存儲系統、電動汽車的廣泛應用,二次電池將發揮重要作用。此外,高容量長壽命二次電池將與其他新興技術(如高效太陽能電池、大規模海上風力發電系統、清潔制氫技術等)產生協同效應,實現電能的連續、高效、高質量發展。

5、清潔制氫技術

該技術可分為「綠氫」技術(利用風能和太陽能等可再生能源生產電力,通過電解水制氫)和「藍氫」技術(從天然氣等化石燃料中提取氫氣的技術,並與碳捕集技術相結合)等。韓國目前正在推進綠色制氫示範工程(千瓦級),但與世界領先國家(兆瓦級)在生產規模上還存在較大差距。韓國綠色制氫平均產量為8.9公斤/小時,目前還處於示範階段,到2025年,必須開發綠色制氫的量產技術,並建立藍色制氫的產業應用基礎。預計到2030年,清潔氫生產、燃料電池等能源轉換技術將對國家競爭力產生重大影響。此外,該項技術與其他新興技術相結合時,制氫效率將取決於每項技術的技術開發水平、成本競爭力和環境效益。

6、氨燃料發電技術

氨燃料發電技術可分為現有的燃氣輪機和煤鍋爐改造為氨輪機/鍋爐技術;氨裂解氫輪機聯合發電系統技術和燃煤電廠氨(100%氨或氨混合物)燃燒技術等。韓國目前正在推進氫/氨發電技術示範應用,目標是開發氨占比在20%以上的摻混燃燒技術。預計到2030年,為了減少碳排放,燃煤電廠占比較高的國家(如韓國、日本、東南亞、中國等)對氨的需求將快速增長。

7、電網集成系統技術

電網集成系統技術包括虛擬慣性/高速頻率調節技術、智能逆變器技術和交通車輛充電技術。有必要解決可再生能源地區差異造成的電力供需不平衡問題。電力系統、基礎設施和運行系統應按照發電端組成重新布局。韓國目前正在推進採用柔性電力傳輸系統和同步補償器等電力系統穩定器,提高需求係數,穩定可再生能源併網發電。預計到2030年,基於大容量/遠距離輸電的供電系統將轉變為本地發電本地消納,並以最低發送配額輸送給臨近地區的供電系統。而在與其他新興技術聯用過程中,虛擬慣性/高速頻率調節技術和智能逆變器技術是提高太陽能電池和大型海上風力發電效率和穩定性的核心技術。電動汽車充電技術有望與大容量長壽命二次電池的儲能系統產生協同效應,以緩解由於大容量快速充電樁數量的增加而導致電力需求的突然波動。

8、高效太陽能電池技術

雖然高效太陽能電池板的安裝數量逐年遞增,但未來降低平準化度電成本,需要在降低製造成本的同時,大幅提高高效太陽能電池的產量。目前,韓國在鈣鈦礦太陽能電池領域取得了世界最高效率,晶矽太陽能電池在市場上占有率處於領先地位。預計到2030年,化石燃料使用量將大幅減少,可再生能源特別是太陽能和風能的比例將大幅增加。此外,雖然目前常規晶矽太陽能電池裝機規模在全球市場處於領先地位,但由於其效率提升空間有限,預計未來其市場份額將大幅下降;TOPCon太陽能電池(一種基於選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸太陽能電池技術)、晶矽異質結太陽電池和高效晶矽太陽能電池市場份額將有望增加。

9、大型海上風電系統技術

大型海上風電技術包括風力發電機組設計、部件設計、系統設計、安裝施工、運行維護等。由於海上風力發電可以通過國內生產無需進口,成為快速發展的技術密集型國家基礎設施項目之一。丹麥、美國、德國在海上風力發電方面處於世界領先地位。雖然韓國部分零部件企業的技術競爭力得到了認可,但整體仍落後於海外企業。目前,韓國斗山重工正在開發8兆瓦海上風力發電機組,Unison正在開發8~10兆瓦海上風電機組。預計到2030年,韓國將開發壽命為30年、功率為15兆瓦的風力渦輪機。

10、稀土元素回收技術

稀土元素回收技術分為可持續、環保的資源循環利用技術、高附加值材料開發技術、產業生態系統恢復技術等。由於可再生能源的高速發展,對釹等用於風力渦輪機和電動汽車永磁體所需的稀土礦物需求正不斷增加。為了實現稀土資源供應鏈多元化,韓國需要研究減少稀土資源的使用,並針對中國稀土資源的主導地位開發稀土替代品。韓國國內目前稀土完全依賴進口,因此,有必要制定穩定稀土供應鏈的相關政策,以應對國內稀土需求的不斷增加。預計到2030年,韓國有望開發稀土礦產高效回收技術和從城市礦山產生的廢物資源回收利用稀土材料。

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