实现碳中和目标，必须依靠突破性技术。目前在减少二氧化碳排放领域已有部分技术成功完成商业化推广，成为减排重要技术推动力。同时，生物质发电等低碳新技术也处于研发和起步阶段，市场前景尚未明朗。为取得碳中和全面胜利，在低碳技术浪潮中，政府与市场不仅需要对现有技术有较为清晰的了解，也需要对新技术或潜在的技术可能进行前瞻性预判，将其纳入长期目标的超前部署和规划之中，持续优化碳中和路径选择。完成现有技术的盘点，是碳中和不同阶段选择何种技术路线的基础工作。从碳减排与碳吸收两个角度出发，纳入供给侧、需求侧分析，对已有的低碳技术进行大致梳理。供给侧减排主要围绕电力系统与能源系统两大板块进行技术盘点，需求侧减排以行业为主要标尺进行技术归类。

除掌握不同技术的应用场景外，更需要关注技术背后应用产业所处的生命周期，判断其市场前景，为技术在时间纵向摆布提供支持。因为产业替代空间大、紧迫性强，光伏、新能源汽车等技术应优先推广普及，而对于碳移除、太阳辐射管理这类产业空间大但技术尚未成熟、短期见效慢的新技术，可继续进行技术培育与储备，待减排成本整体可控后，结合实际情况纳入超前规划之中。

在碳中和背景下，十大技术方向可加速商业化落地。

01、破局续航天花板的固态电池技术

      

埃隆·马斯克表示：“电池的生产是真正限制未来可持续能源发展的重要问题。”电动车最昂贵的部分就是电池组，续航里程直接取决于电池质量和电池容量。在同样重量下，决定电池容量的是电池系统的能量密度。目前，丰田在固态电池领域拥有超过1000项专利，位居全球前列，可于2025年前实现固态电池汽车量产，可以实现充电10分钟，续航500公里，使用30年后，仍然可以保持90%以上的初始性能。国内领先企业如宁德时代也在该领域持续研究和研发投入，2021年公开了“一种固态电解质的制备方法”、“一种硫化物固态电解质片及其制备方法”两种固态电池相关专利。理论上全固态电池可达到500Wh/kg以上的能量密度，未来，一旦越过商业化量产门槛，有望大幅提高续航里程。

02、太阳能搭配锂电池的一体化家用储能

      

数据显示，2019年中国居民用电量10250亿度，人均约为732度，每月61度电。当前，在峰谷电价差和储能系统补贴力度加大影响下，家庭侧储能项目的经济性在部分地区开始凸显。尤其考虑到：锂离子电池储能系统在电力行业有着广泛的应用场景;中国锂电池的产业链高度发达，拥有全球锂电池73%的产能;储能系统成本下降，预计到2030年储能项目电池架成本相比2019年下降超60%。“光伏+储能”未来的经济性将成为驱动需求增长的主要动力。目前LG和特斯拉等公司均已推出了采用锂电池组的家庭储能系统，特斯拉的太阳能屋顶Solar Roof和Powerball的家庭储能系统已开始在部分地区运行。该系统能在夜晚以及停电时为家庭供电，也可以接入电网，通过全集成太阳能新能源系统为家庭供电，缓解碳排放压力及加大对新能源的利用，同时也可以将多余的太阳能存储起来，避免资源浪费或过度使用。

03、促进节能减排的新材料技术

      

在碳中和目标驱动下，无论是实现小型、轻量化和廉价的能源设备，还是提升能源利用率，新型电池材料、非晶合金材料、超导材料、纳米材料、稀土功能材料、绿色建筑材料等在其中的重要价值日益凸显。尽管新材料开发的广度和难度较大，但在不少技术领域依然取得了显著进展，并通过成果转化提高了商业化设备的性能。

如在电动车领域，高性能的电池材料可以应用在正极、负极、电解液、隔膜等环节，提升电池的可持续性和安全性等。以车规级碳化硅器件为例，碳化硅器件应用于车载充电系统和电源转换系统，可以有效降低开关损耗、减小模块体积重量、提升续航能力。丰田燃料电池车Mirai车型配置碳化硅，功率模块体积降低了30%，损耗降低了70%。2020年，比亚迪汉也采用了碳化硅模块，性能、功率的提升和碳化硅器件的使用有很大关系。

在能源化工、环境领域处理环节，分子筛和过滤膜等新材料的应用场景较为广泛。例如运用分子筛吸附剂、催化剂收集、储存二氧化碳，达到工业碳减排与利用;运用沸石保水剂、修复剂固定水分等进行土壤保湿和修复，达到沙漠固水造林、盐碱地修复。在前端应用领域，气凝胶等高效保温材料可凭借低密度、低热导系数以及高孔隙率，在节能环保领域中发挥巨大作用。

04、缓堵减排的智慧车路协同技术

      

交通运输业是中国第三大碳排行业，从国内各行业的碳排放占比来说，交通行业占28%，仅次于电力行业(主要是火电)的41%，建筑和工业的31%排在第三位。道路交通在行业整体碳排放中，占比高达75%，特别由于拥堵和城市规划不足，建成区扩张和通勤距离加大，出现更复杂的交通形态和潮汐出行，增加拥堵和碳排放。据统计，全国约有70%的城市在高峰时段出现过交通拥堵。道路交通状况恶化导致驾车时间和怠速增加，碳排放增加3.88倍，每年因拥堵多排碳2800万吨。

AI可通过“智慧红绿灯”、实时感知分配路权等，发挥在通行状况实时监测、诊断分析、趋势推断、预报预警方面的作用，使拥堵时间降低约20%，将汽车油耗和排放降低5%-20%。一家名为希迪智驾的公司对长沙部分交叉路口V2X、公交线路、公交车进行了智能网联化改造，数据显示，公交车通过率提升10%，准点率优化50%，聚客率提升20%，有效缓解了城市交通拥堵。随着交通运输业碳达峰任务的迫切性增强，提升道路通行率、打造高容量的运输系统，将更加依赖车路协同来提供疏堵减排的解决方案。

05、暖通空调AI数据采集与节能控制系统

      

当前中国建筑面积规模位居世界第一，暖通空调系统作为能耗大户，占据公共建筑建筑物能耗的50%-60%。暖通空调AI数据采集与节能控制系统(后称智能暖通节能系统)能通过传感器等设备采集数据并对室内环境持续监控，感知并分析用户作息时间及个性化要求，结合自然环境变化，自动调节供暖/供冷强度，并通过机器学习，分析暖通空调系统运行最佳状态，自动选用最佳节能方案，达到设备高效运行与降低能耗等多重最优。

智能暖通节能技术能够有效降低能源消耗，减少建筑使用阶段的二氧化碳排放，北京市大兴区将智能暖通节能技术应用于煤改清洁能源工程。该系统在大兴全区推广后，每年节约电能8810万度，相当于节约标煤2.73万吨，减少二氧化碳排放6.82万吨，相当于植树造林1.03万亩的减排效果。在企业层面，海尔发布的生态级智慧建筑物联云平台HaiBMS，将中央空调、电梯、照明、消防等建筑耗能设施300余家生态方跨品牌接入，并根据大数据分析改进每个设备的运行参数，为用户实现全生命周期的节能和智慧管理。

暖通空调市场前景乐观，2025年暖通空调整体市场规模预计将达1830亿美元。作为暖通空调技术新方向，智能暖通节能技术备受青睐，尤其在碳达峰、碳中和目标驱动下，我国建筑业在使用环节的减排进程加快，为智能暖通节能系统创造了更广阔的市场。

06、高能效比的存算一体AI芯片

       

能效比是AI芯片的核心痛点之一，受制于冯·诺依曼架构，AI芯片90%的性能功耗都用在和内存有关的数据传输及读写上。“能源密集型”的数据运算产生的碳排放不容小觑。

《中国数据中心能耗现状白皮书》显示，中国有40万个中小数据中心总体耗电超1000亿度，折算成碳排放约为9600万吨，接近目前中国民航年碳排放量的3倍。

存算一体，即在存储器颗粒本身进行算法嵌入，在存储颗粒内实现计算。存算一体芯片能在不降低准确度的前提下大幅提升算力、还可显著降低功耗，使其应用场景突破性能瓶颈，实现芯片能效比大幅提升。《自然·电子》显示，忆阻器存算一体AI芯片训练所需能耗仅为基于数字CMOS方法的十万分之一。存算一体技术将为无人小车、泛机器人等算力要求高的边缘端场景，提供大算力、低功耗的高能效比芯片及解决方案。中国在该领域也正在培育有实力的科创企业，如一家叫后摩智能的公司，正致力于打造每瓦功耗下算力高达100TOPS的新型智能计算芯片，一旦能够提供解决芯片性能瓶颈的解决方案，市场前景就会更乐观。

07、“化石能源+CCUS”的低碳排放技术

      

目前，二氧化碳的排放大多还是来自化石能源的开发利用，CCUS(Carbon Capture，Utilization and Storage)是指碳捕集、利用与封存技术，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继续投入到接下来的生产过程当中，实现对碳的循环再利用。

短期来看，CCUS目前很多技术还在实验室阶段，由于投资成本高，政策支持力度国别差异等原因，CCUS在全球的整体发展进程比较缓慢。但从长远看，CCUS有望成为人类应对全球气候变化的关键技术之一。吉林油田二氧化碳驱油示范工程是国内规模最大的一体化CCS-EOR工程，已稳定运行超11年，累计封存二氧化碳150余万吨。挪威和美国通过税收支持政策，已初步形成一定的可行商业模式。中国有很多的应用需求，技术一旦在经济性、成熟度及安全等方面通过工业化规模的测试论证，可与发电、炼油、煤化工等产业做有效整合，为未来的炼厂减排15%-20%。

08、直接空气中碳捕获技术

     

从空气中而不是从工厂烟囱中捕获碳被称为“直接空气捕获”。美国能源部(DOE)奖励超两千万美元研究直接空气碳捕获技术，而私营部门也持续关注复制植物和树木吸收二氧化碳的技术，Climeworks、碳工程和Global Thermostat等多家直接空气捕获创业公司，都获得了千万美元级别的投资。瑞士初创公司Climeworks专门从事直接空气捕捉，该公司使用过滤器从空气中捕捉二氧化碳并将其储存起来或用于其他用途，比如制作肥料或作为添加碳酸饮料中的气泡等。冰岛初创公司Carbfix通过捕捉二氧化碳并将其溶解在水中后注入地下，将其转化为岩石。李嘉诚投资的澳大利亚土壤固碳技术公司Soil Carbon Co，开发作物接种共生微生物技术，从植物根部提升土壤碳含量。美国LanzaTech公司捕获排放出来的废气，并利用细菌将其转化为可用的乙醇燃料。高昂的成本是技术推广的主要障碍，若能改进现有碳捕获技术，将收集到的二氧化碳转化为其他更有价值的物品，大规模商业推广将提上日程。

09、碳排放的量化和审计技术

      

随着中国承诺2060年实现碳中和目标及消费者对可持续产品的需求增长，同时在Apple、Unilever、Patagonia、Allbirds、Oatly、Impossible foods等消费品牌计算并披露全线产品碳排放驱动下，未来中国数十万家供应商企业以及可持续创新企业将被动或主动开展碳管理和碳信息披露，以接受消费者、政府、国内外客户监督。此外，中国统一碳排放权交易市场有望在2021年年中正式启动，将有千余家电力企业首批开始交易，参加碳交易的企业需要对碳资产精准量化与管理。再者，企业需要展示产品碳标签等创新方式并增强与消费者在可持续议题下的互动。以上市场动向都将扩大对碳排放的量化和审计技术的需求。SINAI Technologies等企业现有的碳排放量化和审计技术能监测企业活动碳排数据，生成便于企业监控的排放数据报告，服务于碳交易减排量核算、备案、签发，计算碳预算及基于国家政策合规的碳审计等环节。在碳达峰及碳中和目标驱动下，中国企业碳排放核算与管理相关技术需求将持续增长。

10、增强环境友好性的合成生物技术

      

合成生物学是生物学和工程学的交叉学科，致力于生物体及其成分的合理设计与工程化。长期以来，人类已意识到生物系统具有能量转换和储存、自我修复以及适应各种外部环境的能力。通过合成生物学领域提供的新工具和技术，生物体可通过改造实现特定的理想性能，创建全新具有能源和电子系统转化潜质的结构和材料。尤其是对于能源和电力系统，合成生物学在创造更小、更轻、更便宜、降低环境影响、确保安全可靠的能源技术方面具有潜在应用价值。

这些应用包括：在多种外部环境中发挥生物能量功能——由细胞和生物材料驱动，持续不断地从环境中获取能量，利用如阳光、尿液来发电，这种能力可以实现较低且一致的功率密度，减少对现有电网的需求;生物开矿——改进微生物或无细胞系统可提高回收的效率，例如在铜矿工业中，利用采矿现场自然存在的微生物从矿石中提取铜，与传统采矿方法相比降低能源需求;合成食品或农业方案——开发合成食品或帮助植物和动物健康生长的合成生物解决方案等。

合成生物学市场潜力庞大，被业界称为第三次生物技术革命。研究机构BCC Research预测，其规模2022年将达到139亿美元。多国政府亦看好合成生物学前景，纷纷制定发展计划扶持产业。美国国家科学基金会资助了哈佛大学、麻省理工学院等多所顶尖大学，共同建立合成生物学研究中心，推动合成生物学的研究工作。英国于2012年制定合成生物学路线图，翌年更将该领域列入八大重点发展科技范畴之一。中国也很重视合成生物技术的研究，国家重点研发计划“合成生物学重点专项”已经启动，并且一流研究成果已开始涌现，比如第一个将酿酒酵母的16条染色体重新设计并人工合成1条的技术就出自中国团队。随着产业端合成生物学各个环节更高效整合的实现，可实际应用合成生物技术的开发速度有望进一步加快。