党的十八大以来，党中央始终保持加强生态文明建设的战略定力，通过采取一系列有力措施，持续推进绿色低碳发展。绿色低碳技术是指能够有效降低碳能源消耗、减少温室气体排放、防止气候变暖的技术，是实现双碳目标的关键手段。本书共7章，主要内容包括国家双碳目标的时代需求与绿色低碳技术发展概况，化石能源清洁高 效利用，可再生能源，氢能，碳捕集、利用与封存，低碳零碳工业流程再造，绿色低碳技术的应用与实践等。

本书可作为普及读物，帮助初学 者快速掌握绿色低碳技术领域的基础知识，也可作为绿色低碳技术发展政策制定的参考资料，还可作为从事绿色低碳领域相关研究的科研人员以及管理人员的参考用书。

在全书结构设置上，本书把各种各样绿色低碳技术进行提炼概括，解决了知识点碎片化的问题，介绍了绿色低碳技术所涵盖的知识领域，帮助读者快速建立起绿色低碳技术的知识体系。同时，注重理论与实践的结合，通过大量的案例分析和实践经验分享，使读者能够更加直观地了解绿色低碳技术在实际应用中的效果和价值。

全书内容呈现上，本书介绍的绿色低碳技术具有新颖性。书中介绍了相关领域的国内外的技术方法，以及二氧化碳捕集利用与封存技术、低碳零碳工业流程再造技术等前沿领域的研究成果。同时，对绿色低碳技术进行纵向分类描述并横向对比，便于读者了解各项技术的发展情况和差异之处，并可以借鉴和启发。

全书写作风格上，本书注重通俗性和专业性地高度结合，由浅入深、图文并茂，便于读者理解晦涩的专业知识。

张士汉 教授，博士生导师，本科和博士毕业于浙江大学环境与资源学院，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校博士后，现任浙江工业大学能源与碳中和科教融合学院副院长（主持工作）、能源与可持续发展研究院执行院长，全省清洁能源转化与利用重点实验室副主任，浙江省环境科学学会青年科学 家工作委员会主任委员，长期从事烟气减污减碳控制研究。近年来，针对主要温室气体和气态污染物控制过程捕集能耗高、转化选择性差、净化负荷低等技术瓶颈，构建了新型低能耗碳捕集与转化体系，研发了绿色低碳VOCs生物净化过程强化技术，实现了碳污高 效减排。 主持国家自然科学优 秀青年基金、联合基金重点项目、面上项目、浙江省尖兵领雁科技计划、浙江省杰青等科研项目。以第 一/通讯作者在Angewandte Chemie-International Edition、Environmental Science & Technology等高水平期刊发表SCI论文60余篇，高被引8篇，H指数44（Google Scholar），入选全球前2％顶 尖科学 家榜单；授权国家发明专利12项；获第 二十四届中国专利优 秀奖（排名1）、河北省自然科学一等奖（排名2）、第十八届霍英东教育基金会高等院校青年科学奖二等奖、第四届中国环境科学学会青年科学 家奖金奖等奖项。参与编写多项科技报告为国家决策提供支持。 担任科技部《碳中和技术发展路线图》编制专 家、IPCC AR6第三工作组决策者摘要评审专 家、联合国环境规划署巴塞尔公约亚太区域中心智库专 家、中国环境科学学会环境与热能利用专业委员会常务委员、浙江省环境科学学会青年科学 家工作委员会主任委员、《Gas Science and Engineering》客座编辑、《Chinese Chemical Letters》、《Clean Energy and Sustainability》编委、《能源环境保护》青年编委等。

第1章　国家双碳目标的时代需求与绿色低碳技术发展概况 1

1.1　全球碳排放与双碳目标　2

1.1.1　全球碳排放与双碳目标背景　2

1.1.2　全球双碳目标新进展　3

1.1.3　全球双碳目标新挑战　7

1.1.4　全球双碳目标的国别模式　10

1.2　我国碳排放的基本概况　14

1.2.1　我国碳相关的政策导向　14

1.2.2　我国碳排放的现状与特征　16

1.2.3　我国碳排放的五大来源　18

1.3　我国双碳目标的提出　21

1.3.1　双碳目标的时代背景　21

1.3.2　双碳目标的深层内涵　24

1.3.3　双碳目标的重大意义　27

1.4　我国双碳目标带来的挑战和机遇　29

1.4.1　我国双碳目标带来的挑战　29

1.4.2　我国双碳目标带来的机遇　32

1.5　双碳目标下高耗能行业绿色发展的紧迫要求和瓶颈　36

1.5.1　高耗能行业绿色发展的紧迫要求　36

1.5.2　高耗能行业绿色发展的瓶颈　38

1.6　支撑双碳目标的绿色低碳技术体系　40

1.6.1　化石能源清洁高效利用技术　40

1.6.2　可再生能源技术　41

1.6.3　碳捕集、利用与封存技术　42

1.6.4　低碳与零碳工业流程再造技术　43

1.6.5　储能技术　44

1.6.6　节能技术　46



第2章　化石能源清洁高效利用　51

2.1　燃煤热电联产　52

2.1.1　微型热电联产　52

2.1.2　热电联产区域供热　53

2.1.3　三重热电联产　54

2.2　燃煤耦合生物质发电　54

2.2.1　直燃耦合发电　54

2.2.2　并联耦合发电　55

2.2.3　气化耦合发电　56

2.3　煤炭分质转化利用　59

2.3.1　煤热解工艺　60

2.3.2　煤焦油加氢工艺　67

2.3.3　煤分质清洁高效转化多联产的模式　72

2.4　超超临界燃煤发电　74

2.4.1　高效超超临界发电技术　75

2.4.2　超超临界循环流化床发电技术　76



第3章　可再生能源　79

3.1　太阳能发电　80

3.1.1　太阳能光伏发电技术　80

3.1.2　太阳能热发电技术　84

3.2　风能发电　87

3.2.1　风力发电技术　87

3.2.2　风能海水淡化　91

3.3　水力发电　91

3.3.1　筑坝式开发　91

3.3.2　引水式开发　92

3.3.3　混合式开发　94

3.3.4　梯级开发　94

3.4　海洋能利用　95

3.4.1　波浪能发电　95

3.4.2　潮汐能发电　96

3.4.3　海洋热能转换　98

3.4.4　盐度梯度发电　98

3.5　生物质能利用　100

3.5.1　生物质能发电　100

3.5.2　生物质能清洁供热　104

3.6　地热能利用　105

3.6.1　地热能直接利用　106

3.6.2　地热能发电　108

3.7　储能　109

3.7.1　机械储能　109

3.7.2　电磁储能　111

3.7.3　电化学储能　112

3.7.4　热储能　114



第4章　氢能　117

4.1　绿色制氢技术　118

4.1.1　化石燃料制氢　119

4.1.2　工业副产物制氢　122

4.1.3　电解水制氢　123

4.1.4　其他制氢方式　127

4.2　储氢技术　131

4.2.1　高压储氢　131

4.2.2　液态储氢　132

4.2.3　储氢材料储氢　134

4.3　运氢技术　137

4.3.1　气氢运输　137

4.3.2　有机液态运氢　138

4.3.3　固氢运输　139

4.4　氢能应用　139

4.4.1　氢燃料电池　139

4.4.2　氢气工业应用　143

4.4.3　其他应用　145

4.5　氢泄漏检测技术　145



第5章　碳捕集、利用与封存　147

5.1　碳捕集技术　148

5.1.1　吸收技术　149

5.1.2　吸附技术　155

5.1.3　膜分离技术　157

5.1.4　富氧燃烧技术和化学链燃烧技术　159

5.1.5　电化学捕集技术　161

5.1.6　生物质能-碳捕集与封存技术　162

5.1.7　直接空气捕集技术　163

5.2　碳利用技术　164

5.2.1　化学利用制备化学品技术　164

5.2.2　化学利用制备高性能材料技术　167

5.2.3　生物利用技术　169

5.2.4　物理利用技术　170

5.2.5　矿化利用技术　172

5.3　碳封存技术　174

5.3.1　地质利用与封存技术　174

5.3.2　海洋封存技术　179

5.3.3　矿物封存技术　180



第6章　低碳零碳工业流程再造　181

6.1　钢铁流程再造技术　182

6.1.1　长流程炼钢碳减排技术　182

6.1.2　电弧炉短流程炼钢节能减排技术　185

6.1.3　直接还原炼铁技术　188

6.2　有色金属行业流程再造技术　189

6.2.1　铝冶炼低碳技术　189

6.2.2　铜冶炼低碳技术　191

6.2.3　铅锌冶炼低碳技术　194

6.2.4　镁冶炼低碳技术　196

6.3　水泥行业流程再造技术　197

6.3.1　熟料煅烧清洁燃料替代技术　198

6.3.2　低碳水泥生产技术　199

6.3.3　节能提效技术　201

6.4　化工行业流程再造技术　204

6.4.1　绿色高效原油炼制技术　204

6.4.2　煤油共炼技术　206

6.4.3　先进低能耗分离技术　208

6.4.4　电催化合成氨/尿素技术　209



第7章　绿色低碳技术的应用与实践　211

7.1　绿色工厂　212

7.2　绿色工业园区　216

7.3　绿色电力体系　221

7.4　能源互联网　224

参考文献　231