瞻觀前沿
研究人員開發了一種利用銅和納米晶氮化碳的陽光驅動工藝，可有效地將二氧化碳轉化爲甲醇，這標誌着朝着可持續燃料生產和二氧化碳減排邁出了重要一步。
來自諾丁漢大學化學學院、伯明翰大學、昆士蘭大學和烏爾姆大學的一箇研究小組設計了一種由錨定在納米晶氮化碳上的銅製成的材料。銅原子嵌套在納米晶體結構中，允許電子從氮化碳移動到CO2，??這是在太陽輻射的影響下從CO2生產甲醇的重要步驟。該研究已發表在英國皇家化學學會的《可持續能源與燃料》雜誌上。
該研究小組的共同領導者、諾丁漢大學化學學院研究員MadasamyThangamuthu博士表示：“光催化中使用的材料種類繁多。光催化劑吸收光並分離載流子非常重要。在我們的方法中，我們在納米尺度上控制材料。我們開發了一種具有晶體納米級域的新型氮化碳，可以實現與光的有效相互作用以及充分的電荷分離。”
在諾丁漢大學化學學院進行實驗工作的博士生塔拉·勒梅西爾(TaraLeMercier)表示：“我們測量了光產生的電流，並將其作爲判斷催化劑質量的標準。即使沒有銅，新型氮化碳的活性也比傳統氮化碳高44倍。然而，令我們驚訝的是，每1克氮化碳僅添加1毫克銅，該效率就增加了四倍。最重要的是，選擇性從另一種溫室氣體甲烷轉變爲有價值的綠色燃料甲醇。”
諾丁漢大學化學學院教授安德烈·赫洛比斯托夫(AndreiKhlobystov)表示：“新催化劑的一大優點是它由可持續元素組成——碳、氮和銅——這些元素在我們的星球上都非常豐富。”
這項發明代表了深入瞭解二氧化碳轉化中的光催化材料的重要一步。它開闢了一條創造高選擇性和可調節催化劑的途徑，通過在納米尺度控制催化劑可以得到所需的產物。
圖片來源：諾丁漢大學
技術價值觀察
目前，我國碳中和產業鏈核心產業架構從碳排放到碳吸收大致可劃分爲三部分，前端加強能源結構的調整，用低碳替代高碳、可再生能源替代化石能源;中端提升節能減排水平，包括產業結構轉型、提升能源利用效率、加強低碳技術研發及完善低碳發展機制等;後端增強資源循環利用水平，落實生產者責任制度，促進資源品的回收再利用;自然循環端加強生態碳匯，包括開展國土綠化行動，增加森林面積和蓄積量，加強生態保護修復，增強草原、綠地、湖泊、溼地等自然生態系統的固碳能力，增加碳吸納量。
研究人員開發出新型氮化碳，這是一種光催化材料，活性比傳統氮化碳高44倍，能夠將二氧化碳轉化爲綠色燃料甲醇。因此，從碳中和產業鏈上看，該技術處於產業鏈的中端環節，對節能減排環節產生較大的影響
宏觀市場觀察
——全球碳排放情況
21世紀以來，全球碳排放量增長迅速，2000-2019年，全球二氧化碳排放量增加了40%。據英國石油公司(BP)發佈的《世界能源統計年鑑(第70版)》統計數據顯示，2013年以來，全球碳排放量保持持續增長，2019年，全球碳排放量達343.6億噸，創歷史新高。
2020年，受全球新冠影響，世界各地區碳排放量普遍減少，全球碳排放量下降至322.8億噸，同比下降6.3%。
——碳排放持續增長
碳達峯與碳中和兩者的目的與意義都是限制碳排放量。科學研究表明，過量的碳排放會導致全球氣候變暖、溫室效應，以及出現極端惡劣天氣。其中溫室效應是最爲直接且嚴重的問題。2020年，大氣中的二氧化碳濃度超過了400ppm，全球地表平均溫度比19世紀的基線升高了約1.25°C，比1981年至2010年的參考期升高了0.6°C，逼近2016年的紀錄。因此控制碳排放量有長遠且重要的發展意義。
據英國石油公司(BP)的統計數據顯示，2009-2019年，我國碳排放量由77.1億噸提升至98.3億噸，穩居世界。2020年由於我國疫情防控得當，各行業較快復甦，碳排放量達到99.7億噸，同比增長1.4%。2021年，受復工復產疊加極端天氣頻發導致的電力需求上漲，2021年碳排放總量再次增加，達到105.9億噸。
——碳中和採取“兩大發展路徑、三步走”發展策略
根據我國碳排放產業的分佈，碳排放大部分是來自發電和工業端，其次是交通行業，而農業與商業佔比較少。實現碳中和的路徑可以拆分爲兩個部分：可避免的排放和不可避免的排放。
在不可避免的方向上，提出優先解決電力生產過程的碳排放，進而完成燃油車向電動汽車的轉化，實現深度脫碳。在不能避免排放的領域，可通過碳捕捉、利用、封存技術(CCUS)或者通過森林、海洋進行自然吸收，實現碳中和。
從目前我國碳排放發展情況來看，我國“碳中和”基本確定三步走策略，首先在2030年完成碳達峯;其次在2045年前快速碳排放;在2060年實現深度脫碳，實現碳中和。
——人工光合作用爲碳中和前沿技術研發熱點之一，能量轉換爲技術
碳中和目標背景下，我國加快低碳技術的發展和應用推廣。其中，上海市2021年度“科技創新行動計劃”科技支撐碳達峯碳中和專項批項目申報指南中，人工光合作用爲前沿技術專題之一。
人工光合作用(artificialphotosynthesis，AP)是模仿生物自然光合作用的一類化學過程，將陽光、水及二氧化碳轉化爲碳水化合物與氧氣。其中，將水轉化爲氫氣和氧氣的光催化水分解技術是人工光合作用的主要研究方向。目前已有電動汽車使用人工光合作用供氧的燃料電池。
——企業競爭情況
在碳中和產業中參與企業衆多，每個領域的優勢競爭者各不相同。如三峽能源、隆基股份、長江電力則是專注於碳中和產業鏈中的能源替代，包鋼股份、河鋼股份、海螺水泥則是專注於碳中和產業鏈中的節能減排，福建金森和遠達環保則是碳吸收領域的代表性企業，中成碳資產和恆生電子是碳交易領域的代表性企業。
——碳中和未來投資情況
許多機構均對碳中和下的新增直接投資做了測算，其中投資協會發布的《零碳·綠色投資藍皮書》中測算“碳中和”相關的投資規模約70萬億;清華大學氣候變化與可持續發展研究院預測投資規模在127.2-174.4萬億之間;價格監測研究人員預測“碳中和”新增投資將超過139萬億元。綜合各家結果，前瞻認爲《零碳·綠色投資藍皮書》的測算相對保守，而清華大學和價格檢測的測算結果大致相同。綜合後，碳中和帶來的相關投資總額或在140萬億左右。
碳中和技術賽道熱力圖
根據前瞻產業熱力圖顯示，與碳中和關鍵技術強關聯的城市集羣主要集中在華南和華北地區，並且以廣東、北京、山西地區爲發展區域，未來佈局碳中和技術及其他相關技術的發展路徑，極大可能性在於華南、華北地區優先導入，其中可關注廣東省深圳市福田區、北京市海淀區、山西省太原市迎澤區所處碳中和的相關企業，以及該地方對於碳中和的產業發展投資環境、供給市場的潛力空間。
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更多本行業研究分析詳見前瞻產業研究院《碳中和產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》。
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