气候变化领域集成服务门户

2021年10月19日，在英国净零创新委员会（Net Zero Innovation Board）指导下，英国商业、能源和产业战略部（BEIS）制定了《英国净零研究与创新框架》（UK Net Zero Research and Innovation Framework），确定了英国在未来5~10年内关键行业的净零研究和创新挑战及需求，主要包括以下6个方面。

1 电力

1.1 系统集成和灵活性

（1）加速向可互操作、数字化、网络安全系统的过渡。提高电网运营商对能源资产的关注度与认识，增强数据的可用性和互操作性，提高智能设备的互操作性和网络安全。

（2）理解、支持和示范灵活的需求。开发信息通信技术平台，协调分布式资产的需求侧响应；为终端用户开发复杂、智能和自主的设备与方法；利用智能技术和自动化，改善能源供应商的产品与服务，增进对消费者行为和改变用电意愿的理解；分析能源出口关税调整的影响。

（3）促进、发展和展示能源储存。提高储能性能并降低成本，特别关注电池管理和制造；提高不成熟的大容量存储技术的储能性能并降低成本成本；开发“车辆到一切”（vehicle-to-X）的能源技术；研发与示范一系列新型能源电力存储解决方案，如电解氢、氢燃料电池等。

（4）开发和示范灵活的智能市场平台。在多个聚合级别上示范平台，并链接到其他能源向量和二级交易。

（5）为能源系统转型和整合提供解决方案。创新管理网络或系统峰值的解决方案，提高低压配电网容量，研究满足未来热能、电力和运输能源供应的整体系统方法。

1.2 可再生能源

（1）加速海上风电容量的部署。开发下一代涡轮机，包括齿轮箱、传动系统、发电机、新材料设计；改进电网集成，以消除风能可变性，降低传输成本；创新与改善电缆埋设、维修、物流、安装以及智能、远程的操作与维护；改进海上电网电力转换技术。

（2）发掘超过50 m以下深度的深水海上风电场。研究和创新海上浮动风电技术，进一步改进海上固定桩风电技术，降低制造和安装成本。

（3）减轻风机的影响。开发雷达和海上风力发电场共存的技术，以及减轻和补偿累积环境影响的技术解决方案。

（4）开发和示范早期阶段的可再生能源。①太阳能技术：改进电池化学物质，提高效率和寿命的逆变器；发展建筑集成光伏（BIPV）。②潮汐技术：涡轮叶片、材料和结构设计创新；动力启动与控制技术、基础、系泊、操作和维护。

1.3 核能

（1）发展小型模块化反应堆（SMR）。创新工程设计、材料、制造和部署方法，降低SMR的成本和风险。到2030年，开发出小型模块化反应堆。

（2）开发和示范先进模块化反应堆（AMRs）。到2030年，实现AMR技术示范。技术需求包括确定AMR最佳工作温度、材料、建模与仿真验证、模块化与工厂建造、燃料循环。

（3）结合先进的核能与其他技术，支持灵活的能源系统。开发与示范核能系统集成及核供热脱碳工业技术，包括可持续燃料制造、氨生产、直接空气捕获系统以及碳密集型工业的传统制造。

（4）推动大规模核电的持续改进。示范大规模核能对灵活电力、氢气和供热的支持能力，通过数字化、先进制造和模块化的设计与应用降低成本。

（5）以超越2050年的视角进行核聚变研究与开发。到21世纪40年代，设计和建造一个核聚变发电原型，以示范核聚变的商业可行性。

（6）改进废物处理流程。研究和开发与未来燃料循环情景相一致的处理流程。

1.4 生物能源和结合生物质能的碳捕集与封存（BECCS）

（1）实现净零生物能源的整体系统方法。确定利用可持续生物质实现净零的最具成本效益的方法。

（2）确保可持续、可靠的优质生物质供应。应对环境挑战，整合和扩大进口与国内可持续生物质供应链；改进生物质生产和预处理，减少供应链损失。

（3）提高气化转化技术的性能和商业可行性。构建可处理各种原料以及高效生产各种最终产品的灵活气化系统；改进合成气处理/净化技术；创新实现完全集成的、扩大规模的先进气化示范工厂。

（4）探索部署BECCS的路线。研究用于不同终端用途的可持续原料和预处理技术，评估这些方法对环境和公共健康的影响以及相应的解决方案。

2 工业和低碳氢供应

2.1 向净零工业基础过渡

（1）提高资源和能源效率。减少原材料使用，开发替代的可再生原料；发展绿色钢铁生产技术等先进技术和新制造工艺；研发热回收新技术；更轻、更便宜和资源密集度更低的材料创新；利用数字孪生技术，提高生产的成本效益、效率和灵活性；进行用于拆卸、再制造或回收报废零件或产品的轻量化、环保设计，利用回收和替代材料制造产品。

（2）转向低碳、零碳的燃料和原料。①氢：将低碳氢作为工业部门、新产品和合成燃料的原料；开发工业锅炉和热电联产系统等对氢有巨大需求的设备技术；开发初级钢生产、玻璃、陶瓷、化学品等高温直接煅烧的技术；创建工业集群分散点接入氢网络；现有气体设备实现“低碳就绪”；降低氢气成本。②电气化：增加低温热电气化技术的市场采用；开发中高温（>650 ℃）热应用技术；支持智能技术、存储和需求侧响应。③BECCS：可持续生物质利用以及增加供应。④其他低碳燃料：收集并利用废物、氨以及来自先进核反应堆和大型氢燃料电池等的过程热；提出工业非道路移动设备零排放方案。

（3）收集和储存工业排放。优化热回收解决方案和捕获过程；建成首个跨工业来源的碳捕集、利用与封存（CCUS）示范工厂；提升低CO2浓度烟道气流捕集效率；提出烟气杂质处理等特定的CCUS解决方案。

2.2 扩大低碳氢的供应和需求

（1）高效、经济、规模化的低碳氢气生产。发展与CCUS耦合的下一代甲烷重整技术示范制氢；达到10 MW（兆瓦）规模的电解制氢；优化替代氨生产工艺。

（2）示范有效、低成本的散装氢运输和储存方法。提高氢分配的效率和成本；模拟氢气网络输送的需求；开发国际运输基础设施和技术，示范长距离氢气输送；确定氢气系统的最佳储存解决方案；开发储氢方案，包括中型储氢、提高氨储存和裂解效率；开发固相吸收技术等固相储氢系统。

（3）发电。探索固定式燃料电池在分散供电、工业热电联产、电力和热网等应用中的作用；开发和示范大型集中氢燃料发电。

（4）在系统层面有效利用氢。开展全系统层面氢分析；协调生产和需求；将安全纳入氢技术的考量范畴；优化与电力/能源系统的整合。

（5）了解氢气对环境和社会的影响。评估到2050年氢能经济对环境的影响，了解并预测氢气对国际市场的影响。

3 CCUS和温室气体去除（GGR）

（1）高效、低成本地从点源捕获CO2。降低成本并提高溶剂的捕集性能和吸附工艺；开发氧燃烧过程中的低成本空气分离新技术；发展钙循环技术；减少捕集技术的附加载荷；提高CO2捕集效率。

（2）高效、低成本地从空气或海洋中直接去除温室气体。研发一系列从空气或海洋捕集碳和温室气体直接去除的技术选择。

（3）减少工程去除技术的能源需求。显著提升效率并降低温室气体工程去除技术的能源需求。

（4）探索部署BECCS的路线。开发和示范高效、经济的生物质气化技术；优化生物质BECCS供应链。

（5）CO2运输和储存基础设施。发展地理集群，确定成本最低的基础设施；降低短期和长期CO2储存的风险并开发规模化的解决方案；测量、监控和验证CO2储存；开发枯竭油气储层储存技术，实现海上CO2储存。

（6）开发在产品或工艺中利用捕集的CO2的经济方法。开发从合成燃料和其他化学品生产过程中利用碳的机遇。

（7）为今后扩大规模、部署和商业化创造条件。在一系列工业应用中规模化示范CCUS；示范利用CCUS和下一代甲烷重整技术生产氢气；研究公众对CCUS和GGR技术的态度。

（8）监测、报告和验证（MRV）。开发特定技术的MRV机制，以实现稳健的碳核算和信用分配，支持碳市场。

（9）管理环境影响和共同效益。进一步了解CCUS/GGR技术对环境的影响。

4 供热与建筑

（1）为建筑存量全系统脱碳创造环境。利用数据研究建筑物的真实能源性能；集成改造解决方案，提供建筑结构干预措施以及供热、制冷和存储技术的最佳组合；创新商业模式和市场安排，改善劳动力提升技能流程；开发和试验绿色金融方案。

（2）消除能源效率改造的障碍。通过系统工程降低前期成本；开发大规模部署能效解决方案所需的供应链模型；开发低成本和透明的方法来衡量能源效率措施的实际绩效。

（3）降低低碳供暖与制冷的风险。①氢：示范氢燃料的安全性、可行性和影响；提高氢气供热设备的就绪程度。②热泵：降低成本和提高效率，如工业化制造和供应链创新；减少热泵安装和使用的干扰；逐步淘汰氟化气体等制冷剂；改进性能数据的收集；开发优化热泵部署的解决方案。③生物能源：了解生物质和液体生物燃料在供热方面的潜在作用。④厌氧消化产沼：通过生物质原料/气化燃料供热提高生物甲烷产量；解决去除污染物和处理消化物的挑战。⑤气化：支持对原料和气化过程的研究与创新。

（4）最大限度地发挥热力网络的潜力。研究和试验从矿山废料、地热、核能、工业集群和废物设施获取热量的创新解决方案；确定高温热电联产系统向未来净零方案过渡的最佳方式；发挥太阳热在热网中的作用。

（5）集成智能、低碳技术和解决方案。开发和示范标准化、网络安全、可互操作的智能系统，在建筑层面整合低碳技术与能效。

（6）理解终端用户行为。增进对家用/非家用终端用户提升能效、智能技术和低碳供暖部署障碍的理解。

（7）降低建筑相关排放。开发新的建筑技术和工艺，以提高设计和规格、生产效率、碳性能和减少浪费；优化建筑的设计和规格，以减少建筑或再利用所需材料。

5 交通

5.1 交通和移动出行合二为一的系统

（1）实现一体化的多式联运系统。将交通运输纳入地方和国家脱碳能源系统规划；研究不同政策和监管框架的作用；通过更好地利用数据和共享来发挥货运和物流的效率优势。

（2）推动主动出行和公共/共享交通。创新建筑设计，支持更可持续的绿色出行选择；鼓励转向主动出行的形式；了解数字技术对交通的影响潜力。

（3）满足区域需求和基于地方的方法。了解脱碳干预措施在空气质量、噪音和健康方面带来的协同效益；了解海运和航空加油等运输能源基础设施托管的好处。

（4）提高车辆、船舶和基础设施的效率，降低碳强度及消除排放。根据全生命周期分析，提升燃料和能源效率，采用新材料并进行轻量化改进；在全产品生命周期中嵌入循环经济方法；将低碳建筑技术和材料应用于新的交通基础设施。

（5）理解和促进氢在运输中的作用。氢燃料电池等核心技术的研发与示范；车辆氢能储存；氢安全研究、标准和技术；氢在合成燃料生产中的潜在作用。

（6）支持所有运输模式的电气化。设计各种模式的储电、配电和充电技术，了解交通电气化对电力系统的影响；开发更高功率要求的电池技术；开发更可持续的电池技术，减少对稀缺矿物供应链的依赖；开发新型电力传动系统及电动汽车关键零部件和子系统。

（7）新型冠状病毒肺炎（COVID-19）导致出行行为的变化。进行长期行为研究，以了解COVID-19对出行模式的影响。

5.2 公路运输

（1）支持零排放道路车辆的开发和部署。①轻型公路车辆：提高电动汽车制造的效率和规模，包括电动汽车供应链的相关技术；提高电动汽车的续航里程、效率或能力；电动汽车基础设施改进；支持锂离子电池技术研发，如寿命、续航里程、可回收性和重量；发展新型电池技术；开发网络安全和可互操作的智能充电产品。②公共汽车和长途汽车：部署氢和电动公共汽车，以应对如气候、地形、人口密度等当地因素。③重型货车、市政车辆和机械：示范氢气、电池和电动道路系统；支持农用、建筑和采矿车辆脱碳及配套的加油/充电解决方案；提升燃料电池的灵活性、效率、可靠性及材料可持续性；开发用于重型货车的巨型充电设施。

（2）公路脱碳的补充方法。研究公路出行的行为变化；减少道路运输排放的数据驱动技术。

（3）铁路脱碳。建设高效氢能列车和经济高效的氢能轨道基础设施；试验和示范零排放铁路货运基础设施。

5.3 航空和海事

（1）发展净零排放航空和相关业务。开发更高效和零排放的飞机；认证大型零排放商用客机和基础设施；开发和试验可持续航空燃料生产。

（2）海事部门脱碳。加快零排放轮船、电池轮船和充电点等基础设施的试验和示范；在港口和海上示范氢和氨的储存与分配。

6 自然资源、废物和含氟气体

6.1 综合和动态的土地利用方法

（1）土地用途分配与规划。开发工具，提高能力，为国家和地方一级的土地使用决策和政策干预提供信息，包括研究绿色融资、监测和评价景观的经济价值等。

（2）了解系统层面的温室气体排放和环境影响。系统评估土地、社会、经济和环境限制下的解决方案；研究农业生态和综合农田管理实践及其对固碳目标的影响。

（3）了解可持续和负责任的土地利用变化及其对经济增长的影响。判别影响土地利用的社会、经济与文化驱动因素，以及影响植树造林、生物质种植、泥炭地恢复等可持续土地利用形式的市场和融资方式。

6.2 森林、土壤、泥炭地和海洋环境

（1）森林可持续扩展与管理。了解造林和可耕地农林业对生物量、土壤碳、土壤健康和温室气体平衡的影响；管理和试验策略，最大限度地减少害虫和病原体对林业的损害；开展短时轮作林业的田间试验，包括利用外来物种制造生物量。

（2）增强森林生态系统对气候变化影响的复原力。开展树木种群的基因组测序和特征映射；研究不同森林类型的土壤细菌、真菌的特征及其作用。

（3）泥炭地可持续恢复和管理。研发低地泥炭管理策略，理解粮食生产、野生动物、生态系统服务、温室气体排放和泥炭损失之间的权衡关系。

（4）管理土壤以改善土壤健康和恢复力。开发和试点土壤结构测量和监测方法；研究替代耕作方法，获取土壤健康和潜在的碳固定效益。

（5）海洋环境可持续管理。研究沿海湿地的温室气体排放和清除；改进温室气体核算和报告；评估人类活动碳储存变化的规模和方向；了解不同管理干预措施和生态系统恢复对碳通量和储存量的影响。

6.3 粮食和生物质

（1）粮食、多年生能源作物和短期轮作林业的可持续生产。研究粮食生产的转型方法，包括垂直农业、城市农业、合成替代品、农业生态、免耕系统等；开发精准农业解决方案；研究动物圈舍减排的技术；创新可持续作物饲料、化肥、杀虫剂和除草剂；推进田间和农场规模的数据收集与传感器开发。

（2）可持续消费。开发快速反映粮食需求变化的模型；研究消费和浪费的社会驱动因素以及激励变革的机制。

（3）发展可持续的生物经济。发展林业、第二代能源作物和新型原料；注重农业废弃物利用；育种以增加品种和提高原料质量；评估不同类型生物质原料生产的温室气体生命周期。

6.4 废物和含氟气体

（1）减少废物及排放。研究厌氧消化技术，制定有针对性的可生物降解废物政策；研究减少生物废物处理排放的政策选择；提高对预防废物产生、提升资源效率、废物处理及可生物降解废物政策影响碳排放的理解。

（2）减少废水处理部门的工艺排放和能源使用。推行对废水处理厂排放的监测；部署厌氧、膜曝气生物膜反应器和氨去除等替代工艺。

（3）最大限度降低含氟气体排放。研究降低含氟气体排放的技术可行性和成本效益，考虑其能效、相关的国内和国际标准以及建筑和安全规则。

（4）扩大《蒙特利尔议定书》受控物质大气监测的全球覆盖范围。扩大臭氧损耗物质的全球大气监测范围，试点开展对受控物质的协作监测。