为应对全球气候变化，中国政府承诺努力争取2060年前实现碳中和，这给各行各业带来了战略性变革。碳中和起步阶段，尚缺乏比较系统的指导性策略。《2060中国碳中和》的作者以清华大学化学工程系为主体，联合国内多个高校院所，由多位院士专家组成，集各家之长形成高水平创作团队。内容基于60余位作者多年工作积累，在二氧化碳代谢、气候变化等基础内容之上，主要阐述我国碳达峰碳中和的路径与前景、能源转型路径、化石资源低碳利用、再造基础工业低碳流程、二氧化碳捕集利用与化学转化、可再生能源与氢能规模化利用等低碳技术，比较全面系统地对我国碳中和前景与路径进行研究和阐述，为我国各级管理部门和各行业开展碳达峰碳中和相关工作提供战略参考和技术支撑。本书可供化工、冶金、能源工程等专业的研究人员，政府机构、管理单位人员参考阅读，也可供相关专业高校院所的师生参考。

第1章 绪论 001 1.1 全球碳元素代谢与我国碳中和的挑战与机遇 001 1.2 产业结构转型是实现碳中和的必由之路 003 1.3 可再生能源技术为近零碳电力系统的基础 004 1.4 从化石燃料时代转变为化石材料时代 005 1.5 发展循环经济，实现能源梯级利用和资源循环利用 006 1.6 科技创新是实现碳中和的根本途径 008 第2章 碳中和科学基础—二氧化碳代谢机制 010 2.1 二氧化碳的自然代谢 010 2.1.1 碳的地球化学特征 010 2.1.2 含碳物质在��然界中的相互作用关系 011 2.1.3 大气中的二氧化碳含量的变迁 012 2.2 二氧化碳的人为排放 013 2.2.1 温室气体的核算范围 013 2.2.2 温室气体排放占比 014 2.2.3 中国的温室气体排放清单 016 2.3 中国基本二氧化碳流图 018 2.3.1 中国二氧化碳排放途径 018 2.3.2 中国二氧化碳流图分析 020 2.4 碳循环经济 022 2.4.1 碳循环经济的内涵和理论基础 022 2.4.2 碳循环经济“4R”原则 024 2.4.3 碳循环经济的重要指导意义 026 2.5 碳中和与经济的协调发展 027 2.5.1 “碳中和”对经济增长的短期影响 028 2.5.2 “碳中和”对经济发展的长期效应 028 2.5.3 “碳中和”目标为我国经济发展带来的挑战 030 2.6 碳达峰与碳中和背景下的科技创新 031 2.6.1 能源部门 031 2.6.2 建筑部门 032 2.6.3 交通部门 032 2.6.4 工业部门 032 2.6.5 负排放技术 033 参考文献 034 第3章 全球气候变化—人类面临的挑战 037 3.1 发达**碳达峰历程的研究、启示与借鉴 037 3.1.1 经济社会发展与能源消费及碳排放的关系 037 3.1.2 发达**发展经历对我国的启示 038 3.2 应对气候变化已达成共识 038 3.3 巴黎协定中升温控制在1.5℃和2℃两种情景 039 3.4 世界各国应对气候变化的政策 041 3.4.1 气候目标—欧盟的净零排放之路 041 3.4.2 美国能源和气候新计划 042 3.5 中国的碳达峰与碳中和 045 3.5.1 中国能源结构的特点 045 3.5.2 中国碳排放现状 047 3.5.3 中国提出的碳达峰与碳中和目标 048 参考文献 048 第4章 中国碳达峰路径和预测 050 4.1 中国历年碳排放 050 4.2 碳排放环节分解 051 4.2.1 工艺过程 051 4.2.2 能源活动 051 4.3 碳排放前景分析 052 4.4 碳达峰驱动力模型 052 4.4.1 模型建立 052 4.4.2 模型计算与评价 053 4.4.3 未来预测 055 4.5 碳达峰路径图 059 参考文献 060 第5章 中国碳中和路径和前景 062 5.1 中国碳中和主要因素 062 5.1.1 工业 062 5.1.2 建筑 063 5.1.3 交通 063 5.1.4 可再生能源 063 5.1.5 碳捕集利用 065 5.2 碳中和情景分析 065 5.2.1 基准情景 066 5.2.2 低减排情景 067 5.2.3 高减排情景 068 5.2.4 对比分析 068 5.3 碳中和路线图 069 5.3.1 降低能耗总量 069 5.3.2 发展零碳电力 069 5.3.3 化石资源化利用 070 5.3.4 植树造林与CCUS技术 070 5.3.5 碳中和总体蓝图 070 参考文献 071 第6章 中国碳中和目标下能源转型路径 073 6.1 概述 073 6.1.1 能源及其分类 073 6.1.2 中国能源结构 074 6.2 中国能源流与碳流 076 6.2.1 中国能源流 076 6.2.2 中国能源加工转换 079 6.2.3 中国能源终端消费 081 6.2.4 中国碳流 083 6.3 碳中和目标下中国能源转型 084 6.3.1 常规能源**利用 085 6.3.2 新能源开发利用 089 6.3.3 CCUS技术 093 6.4 碳中和目标下中国能源转型展望 097 参考文献 098 第7章 迈向零碳电力系统 102 7.1 电力系统发展总体思路 102 7.1.1 国内外电力系统技术现状 102 7.1.2 我国电力系统发展趋势 106 7.1.3 电力系统技术瓶颈与挑战 107 7.2 火电电力 108 7.2.1 火电效率提高技术 110 7.2.2 火电发展方向：IGCC和调峰电站 113 7.3 新能源电力 117 7.3.1 光伏 117 7.3.2 风能 124 7.3.3 水力发电（含河流海洋） 133 7.3.4 核能 139 7.3.5 地热 142 7.3.6 其他新能源电力 150 7.4 以新能源为主体的新型电力系统 154 7.4.1 高比例新能源并网支撑技术 154 7.4.2 新型电力系统运行控制技术 158 7.4.3 多元需求侧资源供需互动技术 160 7.4.4 新型电力系统能量存储技术 163 7.5 碳中和目标下的零碳电力系统 166 7.5.1 氢能制-储-输-用全产业链促进电力系统零碳化 166 7.5.2 可再生能源制氢呈现高速发展趋势 168 7.5.3 氢转X具有广阔的应用前景 169 7.5.4 燃料电池领域核心技术逐步突破 170 参考文献 171 第8章 开启化石资源低碳利用的新时代 174 8.1 化石资源利用目标的转变 174 8.1.1 化石资源利用策略 174 8.1.2 化石资源利用科技创新 174 8.2 石油资源低碳利用 176 8.2.1 从石油到化工品 176 8.2.2 传统石油的催化裂化技术 177 8.2.3 石油低碳利用新技术 179 8.3 煤低碳利用 184 8.3.1 煤化工产品的高端产品转化 185 8.3.2 煤低碳利用新技术 195 8.4 天然气低碳利用 201 8.4.1 天然气化工概述 201 8.4.2 天然气传统化工工艺 203 8.4.3 天然气氧化制乙炔及乙烯 205 8.4.4 天然气转化研究新进展 208 8.4.5 天然气低碳利用展望 209 8.5 低碳化工下的环境保护与永续发展 210 8.5.1 用碳纳米管吸附挥发性有机化合物 210 8.5.2 工业尾气低碳利用技术—一氧化碳生物发酵制乙醇 216 8.5.3 利用工业废液作吸收剂捕集废气中CO2 220 8.5.4 利用中空纤维膜捕集CO2工艺 223 8.5.5 利用生物法处理挥发性有机化合物 226 8.6 化石资源零碳利用的新时代 229 参考文献 229 第9章 再造基础工业低碳流程 233 9.1 钢铁行业低碳技术 233 9.1.1 钢铁行业发展现状 233 9.1.2 钢铁行业低碳关键技术 235 9.1.3 在碳中和发展中的展望 238 9.2 有色金属行业低碳技术 239 9.2.1 有色金属行业发展现状 239 9.2.2 有色金属行业低碳关键技术 239 9.2.3 在碳中和发展中的展望 242 9.3 水泥金属行业低碳技术 243 9.3.1 效能提高技术 243 9.3.2 水泥窑协同处置技术 244 9.3.3 熟料替代技术 244 9.3.4 替代燃料技术 245 9.3.5 替代原材料技术 246 9.4 化肥行业低碳技术 248 9.4.1 有机肥的制备与施用 248 9.4.2 微生物肥的制备与施用 251 9.4.3 配方施肥策略 252 9.5 零碳建筑 253 9.5.1 建筑运行过程中的直接碳排放 253 9.5.2 建筑运行过程中的间接碳排放 254 9.5.3 建筑建造和维修导致的间接碳排放 255 9.5.4 建筑运行过程中非二氧化碳类温室气体排放 256 9.6 零碳交通 256 9.6.1 交通运输部门能耗和碳排放现状 256 9.6.2 电能的应用及展望 258 9.6.3 氢能的利用与展望 259 9.6.4 生物质能的利用与发展 260 9.6.5 总结与展望 261 9.7 新型低碳工业 261 9.7.1 能源互联网 262 9.7.2 新型绿色电力体系 263 9.7.3 新型绿色工业园区 265 9.7.4 蓬勃发展的新型低碳工业 266 参考文献 268 第10章 储能技术支撑可再生能源的规模化 274 10.1 储能技术与产业 274 10.1.1 可再生能源与储能技术的关系 274 10.1.2 发展规模化储能技术基本准则 277 10.1.3 电化学储能技术性能比较 278 10.2 物理储能 280 10.2.1 抽水蓄能 280 10.2.2 压缩空气储能 285 10.2.3 飞轮储能 290 10.2.4 储热 295 10.2.5 储冷 300 10.2.6 新型物理储能 304 10.3 电化学储能 311 10.3.1 锂离子电池 311 10.3.2 锂硫电池 314 10.3.3 固态电池 317 10.3.4 钠离子电池 320 10.3.5 液流电池 323 10.3.6 水系电池 331 10.3.7 电介质薄膜电容器 332 10.3.8 **电容器 335 10.3.9 高功率电池 342 10.3.10 液态金属电池 345 10.3.11 新型化学储能 346 参考文献 352 第11章 氢能替代与零碳能源 357 11.1 碳中和背景下的氢能 357 11.1.1 能源载体的评价指标体系 357 11.1.2 零碳替代技术路线判据 358 11.1.3 现有工业体系中的氢 358 11.1.4 碳中和推动“物质氢”向“能源氢”转变 362 11.2 可再生清洁能源制氢技术 362 11.2.1 电解水制氢技术概述 362 11.2.2 电解水制氢催化材料 363 11.2.3 电解水制氢膜材料 365 11.2.4 电解水制氢过程 367 11.2.5 可再生能源电解水制氢展望 372 11.3 零碳排放的氢能应用 373 11.3.1 燃料电池 373 11.3.2 零碳排放的新型化工系统 382 11.4 未来氢能产业发展 386 11.4.1 制氢技术与产业格局的演变 386 11.4.2 氢能应用场景预测与分析 388 11.4.3 氢能产业发展的机遇与挑战 390 参考文献 391 第12章 二氧化碳的捕集、利用和封存 394 12.1 二氧化碳捕集技术 394 12.1.1 二氧化碳分离方法 394 12.1.2 燃烧前捕集技术 398 12.1.3 燃烧后捕集技术 399 12.1.4 富氧燃烧捕集技术 399 12.1.5 捕集技术的总结 401 12.2 二氧化碳利用技术 402 12.2.1 驱油 402 12.2.2 驱水 405 12.2.3 驱气 407 12.2.4 二氧化碳矿化 411 12.2.5 二氧化碳其他新应用 420 12.3 二氧化碳封存技术 424 12.3.1 封存技术的分类及原理 424 12.3.2 封存技术的发展现状 425 12.3.3 封存技术的挑战及发展趋势 427 参考文献 428 第13章 二氧化碳的化学转化 434 13.1 碳还原CO2制CO 435 13.1.1 碳还原CO2制CO热力学 435 13.1.2 碳还原CO2制CO动力学 436 13.1.3 碳还原CO2制CO反应器 437 13.2 甲烷-二氧化碳重整制合成气 440 13.2.1 甲烷-CO2重整反应热力学 440 13.2.2 甲烷-CO2重整反应催化剂 441 13.2.3 甲烷-CO2重整反应器 442 13.3 二氧化碳合成甲醇 444 13.3.1 二氧化碳直接加氢合成甲醇热力学 444 13.3.2 二氧化碳直接加氢合成甲醇反应机理 445 13.3.3 二氧化碳直接加氢合成甲醇动力学 446 13.3.4 二氧化碳直接合成甲醇反应器 446 13.3.5 二氧化碳直接加氢合成甲醇工业实施 448 13.3.6 二氧化碳间接法制甲醇 448 13.3.7 电催化CO2还原制甲醇 449 13.4 二氧化碳合成乙醇 449 13.4.1 二氧化碳加氢直接合成乙醇 449 13.4.2 二氧化碳通过逆水煤气变换合成乙醇 451 13.4.3 CO2/CH4重整制乙醇 452 13.4.4 光/电催化CO2还原制乙醇 452 13.4.5 生物质热解 CO2重整 CO发酵制乙醇 453 13.5 二氧化碳合成碳酸酯 453 13.5.1 二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯 454 13.5.2 二氧化碳与环氧化合物直接合成聚碳酸酯 457 13.5.3 CO2与烯烃直接环氧化和环加成制环状碳酸酯 458 13.6 CO2加氢直接制航空燃料 460 13.6.1 绿色航空燃料与传统制备工艺 460 13.6.2 CO2加氢直接制航空燃料 460 参考文献 462 第14章 新兴碳金融政策 465 14.1 碳税分析 466 14.1.1 碳税理论分析 466 14.1.2 碳税面临的一些问题 466 14.1.3 各国碳税法律制度的比较及借鉴 467 14.1.4 文献分析 468 14.2 碳交易分析 471 14.2.1 碳排放权理论分析 471 14.2.2 碳排放权交易面临的问题 472 14.2.3 碳排放权制度借鉴 473 14.3 碳金融创新 474 14.3.1 绿色债券 474 14.3.2 期货市场的建立 476 14.3.3 碳排放权质押 476 14.3.4 碳交易保险和碳主题基金 477 14.3.5 绿债支持生态产品价值实现的实践效果 477 参考文献 480 第15章 全员行动实现碳中和 482 15.1 生活消费减碳 482 15.1.1 生活消费范围界定及其碳排放构成 482 15.1.2 客观社会因素对生活消费碳排放的影响 485 15.1.3 主观心理因素对生活消费碳排放的影响 487 15.1.4 生活消费减碳的系统策略 489 15.2 饮食：食品与生态农业 490 15.2.1 中国饮食正在经历快速变革 490 15.2.2 饮食带来的碳足迹不容忽视 490 15.2.3 低碳农业对饮食碳减排的作用 491 15.2.4 减少食物浪费对饮食碳减排的作用 492 15.3 住房：低能耗建筑，零碳取暖制冷 493 15.4 出行：新能源车与共享交通 496 15.4.1 发展新能源交通工具 496 15.4.2 完善绿色公共交通系统 498 15.4.3 建设电动汽车充电基础设施 499 15.4.4 倡导共享交通出行模式 500 15.5 其他：垃圾分类与固废处理 500 15.5.1 中国生活垃圾排放现状 500 15.5.2 生活固废收运与处理中的碳排放 502 15.5.3 生活固体废物的碳减排策略 504 15.6 全员碳账户测算和实践 506 15.6.1 实践路径 506 15.6.2 企业碳账户场景 507 15.6.3 公众碳账户场景 509 15.6.4 区域“碳家底”场景 509 15.6.5 未来展望 509 参考文献 510 跋 512