清洁能源转型中的材料效率

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清洁能源转型要求经济增长与物质需求脱钩

经济发展历来依赖于不断增长的物质需求。

然而,生产材料消耗资源和能源,导致二氧化碳排放和其他环境影响。

清洁能源转型将

通过技术转移和追求材料效率战略的结合,

影响既定的材料需求趋势。

材料效率的潜力存在于整个价值链中,包括通过设计长寿命、轻量化、减少制造和施工过程中的材料损失、延长使用寿命、更密集的使用、再利用和循环利用。本报告探讨了钢材、水泥和铝这三种能源密集型材料的材料效率机遇和影响,并对建筑和汽车这两大材料消费价值链进行了深入研究。

材料效率有助于减少二氧化碳的排放。

在与《巴黎协定》目标一致的清洁技术方案中,与参考技术方案相比,材料需求减少了:到2060年,钢材将减少24% (相当于2017年美国产量的6倍左右);水泥减少15% (2017年印度产量的2.5倍);铝减少17% (是2017年中国初级产量的1.2倍)。在2060年清洁技术方案中,材料效率约占这三种材料综合减排的30%。

在建筑领域,

在清洁技术情景下,

材料需求的减少将对

2060年

累计减排贡献100亿吨,

相对于参考技术情景,建筑中使用钢铁和水泥产生的二氧化碳排放量减少了10%。需求的减少主要是由于建筑寿命的延长,同时进行了节能改造。

在运输部门,

与参考技术方案相比,在清洁技术方案中,

车辆轻量化约占全球2060年轻型乘用车使用阶段总排放量的10%。

在许多其他减排战略的背景下,这是一个很大的部分,例如正在道路车辆上推行的发动机和动力系统效率措施以及燃料转换(包括电气化)。

进一步提高材料效率的目标可以减少低碳工业工艺技术的部署需求,并在整个价值链中实现减排

在推动材料效率超越清洁技术方案方面存在着巨大的潜力。

材料效率变量实现了与清洁技术场景相同的能源部门脱碳程度。但考虑到现实世界的技术、政治和行为约束,它追求的是更为雄心勃勃、但仍可实现的材料效率战略。从需要更大的监管力度、利益相关者的协调、价值链整合、投资、培训、商业实践的转变或行为改变(例如,改善建筑设计和施工、大量车辆轻量化和材料再利用)的角度来看,进一步推进的战略更具挑战性。与清洁技术方案相比,这将进一步降低材料需求,特别是2060年的钢铁(16%)和水泥(9%)。铝的使用量在2060年增加了5%,这是由于汽车轻量化超过了其他的策略给需求施加下行压力。

材料效率战略导致对低碳工业工艺技术的部署需求更改为适度,以达到相同的二氧化碳排放结果。

材料效率变量实现了与清洁技术场景相同的工业累计排放,但钢铁(2060年降低了4%)和水泥(2060年降低了7%)的排放强度更高。铝的排放强度略低(2060年降低了9%)。与清洁技术方案相比,到2060年,低碳工业工艺技术所需的累计资本投资减少了4%。例如,如果采用这种材料效率战略,水泥部门累积捕获和储存的二氧化碳排放量将减少45%。

在某些价值链中,额外的材料效率努力可以实现清洁技术情景之外的减排。

例如,在汽车供应链中,通过在材料效率变型中增加汽车轻量化来提高燃油效率,到2060年,轻型载客汽车的净排放量将比清洁技术方案减少17%,轻型商用和重型汽车的净排放量将减少9%。由于铝、塑料和复合材料产量的提高,汽车材料生产的总排放量适度增加。但这一增长被汽车使用过程中的减排抵消了。在建筑领域,额外的材料效率努力减轻了工业的压力,但不一定能减少建筑使用阶段的排放。

需要政策和利益相关者的努力来提高材料效率

材料效率并非没有挑战和成本。

实际和可感知的风险、成本、时间限制、供应链碎片化、监管限制和缺乏认识是阻碍更大程度采用材料效率战略的许多障碍之一。在许多情况下,提高材料效率将产生成本,尽管估计表明,与其他减排方案相比,这些成本可能在合理范围内。

所有利益相关者的努力将使材料效率得到更大的提高。

各国政府和工业界可以共同努力,进一步发展管制框架和商业模式,以支持提高材料效率。在设计产品和建筑时,业界可以考虑生命周期的影响,这得益于与研究人员合作进行的数据收集和严格的生命周期评估。不断加大对生命周期的重新利用、再利用和循环利用的努力也是关键。消费者可以通过增加对有助于减排的节材产品的需求来发挥作用。

图1 关键材料、GDP和人口的需求增长

清洁能源转型中的材料效率

过去几十年对材料的需求大幅增长。自2000年以来的增长主要是由于中国的快速发展。

图3 整个价值链的材料效率策略

清洁能源转型中的材料效率

许多材料效率策略可应用于设计、制造、使用和寿命终止阶段。

图4 按情景划分的钢铁、水泥和铝需求

清洁能源转型中的材料效率

注:Mt =百万公吨。RTS=参考技术场景。CTS=清洁技术方案。MEF=材料效率变量。

虽然RTS的材料需求会随着时间的推移而增长,但CTS和MEF的材料需求会显著减少。

图31 钢铁、水泥和铝在不同情况下的直接碳排放

清洁能源转型中的材料效率

材料效率可以在工业部门实现额外的二氧化碳减排。

图49 按技术领域划分(从RTS到CTS)到2060年全球二氧化碳排放累计减少:

清洁能源转型中的材料效率

能效、可再生能源和CCUS是减少能源相关排放的核心。

翻译:Maggie@ERR能研微讯团队

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