热量占全球能源消费总量的一半，因此热能脱碳对应对气候变化至关重要。
工业热能占全部供热的一半，该行业需要新的创新才能实现脱碳。
热能脱碳既能减少碳排放，还可能催生全新的产业。
热量占 全球能源消耗总量的一半 ——这一比例显著高于电力（20%）和交通运输（30%）。不出所料，热量贡献了 全球与能源相关的二氧化碳（CO2）排放量的40%以上。
然而，大多数气候行动一直聚焦于电力和汽车的脱碳。直到去年，在弗拉基米尔·普京发动对乌克兰的入侵以及随之而来的能源危机之后，热能脱碳的关注和努力才真正加速。
这或许是气候斗争中最艰难的战役，但同时也是最大的尚未开发的机遇。
热量用在哪些地方？
平均而言，约 60%的家庭能源需求用于美国的供暖，而这一比例在欧洲达到 约80%。
幸运的是，此处所需的热量为低温热量，因此电热泵和可再生电力正在减排方面取得进展。
在商业和专业场景中，热量的用途更加广泛。除了为办公室提供暖气和热水之外，供热在这些场景中也变得至关重要。试想一下你吃过的快餐汉堡；你喝的拿铁所用的烘焙咖啡豆；酒店里床单和毛巾的洗涤；以及医院里用于消毒从餐具到手术刀等各类器具的高温蒸汽和热水。
工业是最大的热能用户
但最大的用户是工业，其用热量占 全部热量的50%，热量在工业中是制造过程的重要组成部分，包括原材料精炼、金属冶炼和化学品生产。
热量还被用于从纸张到橡胶的各类产品生产，以及种类繁多的食品和饮料生产，例如烘焙面包、酿造啤酒和巴氏杀菌牛奶。事实上，人类文明所依赖的四种材料——氨、水泥、钢铁和塑料——在生产中都大量使用热量。
为了真正凸显商业和工业供热脱碳所面临的挑战，让我们来看看绿色产品是如何制造的。
一块成品太阳能电池板在抵达你屋顶之前，其生产生命周期中几乎处处需要热量。核心部件是硅片，其成型与提纯在 1,400–1,700°C 下进行，以制成硅锭。随后，硅需要进行掺杂以提高导电性，通常在扩散炉中于 800–1,000°C 以上进行。
为了保护这一太阳能电池，它随后被夹在玻璃和树脂构成的保护层之间，其中需要施加热量使树脂固化；而玻璃本身则是在超过 1,700°C 的熔炉中，将沙子和其他材料熔融在一起制成的。
电池板的电气元件在超过 400°C 下焊接并粘合；若存在陶瓷绝缘体，则是通过超过 1,000°C 的烧制和烧结工艺制成的。用于运输成品太阳能产品的塑料和纸板包装，也是在约 200°C 的热量下制成的；塑料通常通过热挤出、模塑，甚至热固化成型，而纸浆则通过加热分解和干燥。
不仅仅是太阳能。我们风力涡轮机中的水泥经过了 1,400–1,500°C 窑炉中的煅烧工艺。电动汽车电线中的铜很可能在退火、成型和回火等步骤中被加热，更不用说构成车身的各种金属和塑料了。
问题在于：这些温度都很高。事实上，70%的工业热能温度超过 100°C，近一半的工业热能温度超过 400°C。
遗憾的是，热力学定律使电热泵无法高效地产生高温热量。由于化石燃料的价格通常比电网末端的输送电力便宜三到五倍，企业在经济上无法转向电力。
尽管可再生电力的生产成本正在下降，但终端客户的价差不太可能消失，因为电网本身是成本的重要组成部分。在美国，输配电成本已经占总成本的 44%，即 输送电力的成本。对于商业和工业供热而言，全面电气化通常不具备效率和经济上的节约优势。
因此，当前绝大多数热量仍通过燃烧化石燃料产生。我们可以做些什么来实现净零排放？
正在研发中的供热解决方案
一种选择是将企业和工厂迁至能够全天候稳定、廉价地获得零碳电力供应的地区。这也是冰岛最大的出口产品是铝的原因，这得益于这个火山国丰富且廉价的地热能。
电弧炉可以利用可再生电力达到高温，但其存在局限性，例如只能加热金属等导电材料。
世界经济论坛在推动清洁能源转型方面做了哪些工作？
生物燃料是另一种选择。木屑、锯末和农业废弃物等有机燃料可在锅炉或熔炉中燃烧。这可以与依赖生物质的产业形成良好的协同效应。
例如，许多造纸和纸浆厂会燃烧其未使用的木材废料以产生清洁热能，而食品加工企业往往将生物质和沼气作为其可再生热能脱碳战略的一部分。
氢气可在约 2,000°C 下燃烧，因此氢气也可为商业和工业供热设备提供一种改造成本较低的解决方案。然而，传统的制氢方式会排放大量二氧化碳。
因此，我们需要通过由零碳电力驱动的水电解制氢（即绿氢），或通过天然气和沼气在燃烧前或燃烧后进行碳捕集来制氢（即青绿氢或蓝氢）。
然而，清洁氢能目前尚不具备经济性，并且氢气是一种在运输和配送方面极具挑战性的独特燃料。在氢能得到广泛应用之前，这些挑战需要得到解决。
碳捕集与封存（CCS）是指从烟囱中捕集二氧化碳并将其封存于地下。CCS 可应用于大型点源碳排放源，例如大型工业工厂。
然而，碳的捕集和压缩需要消耗能量，从而降低了整体能源效率。而且，能够可靠地封存二氧化碳且不发生泄漏的地质构造，通常距离企业和工厂很远，而二氧化碳是一种气体，因此运输和存储的成本也很高。
最后，热能储存正被研究作为一种手段，用于储存发电高峰期（如正午的太阳能）产生的多余可再生电力。挑战在于找到一种低成本、保温性能优异的储热介质，使其能在数小时乃至数天内保持足够高的温度。
从储存中回收热量，并将其输送至工厂及需要加热的目标材料中，同样十分困难，尤其是在无法使用蒸汽的高温应用场景中。最后，改造现有设施以采用热能储存方案的复杂性成本，也是另一项挑战。
工业供热脱碳并无简单之法
因此，目前商业和工业供热脱碳尚无万能良方。但我想以一句鼓励的话作为结尾。
热能脱碳的市场规模和二氧化碳减排影响，很可能与我们已经见证的太阳能、风能和电动汽车革命相当。
供热是一项庞大、至关重要且形式多样的能源服务，目前并不存在可以一揽子解决其脱碳问题的单一方案。
我们需要不同的创新来实现其众多等级和应用场景的脱碳，而每一项创新都有可能发展成为一个新产业。这里将涌现众多赢家，让我们马上开始吧。
