本书为北京理工大学十四五规划教材。全书围绕碳达峰、碳中和战略，系统阐述了碳中和技术原理、体系与应用，分析了碳中和目标的提出背景、概念内涵及机遇与挑战，构建了以减源、增汇与系统集成优化为主线的技术体系，总结了面向电力、工业、建筑、交通与生态等多维场景的应用实践与推进路线。全书结构清晰、覆盖全面，既讲原理机制，亦重工程应用。
本书可作为高等学校和科研院所能源、电气、化工、环境、经济与管理等相关专业的本科生和研究生教材，也可作为能源领域工程技术人员的参考资料。

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本书遵循教育部教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

随着全球气候治理进入深度减排与净零排放的新阶段，碳中和已由科学共识与国际协定的概念性目标，转化为推动能源体系重构与经济社会高质量发展的现实命题。我国提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标，指明了未来几十年的技术迭代与产业升级方向。由此带来的不仅是能源生产与消费方式的全面转型，更是对资源配置、基础设施更新、数据与监测能力建设的系统性挑战。发电端清洁化、电气化替代、终端用能效率提升、负碳技术与生态碳汇的协同推进，正在重塑电力、制造、建筑与交通等关键部门的技术边界与治理范式。在此背景下，对碳中和技术的原理、边界条件、适用场景与工程化路径进行系统阐释，既是工程教育与人才培养的紧迫任务，也是社会各界共同推进绿色低碳转型的实践抓手。
本书强调原理方法应用一体化框架：以科学机理为支点，以工程可行性为导向，以行业场景为载体，以指标与标准为抓手，力求为读者提供可理解、可复用、可实施的技术体系与路径方案。其中，技术体系是在科学技术部《中国碳中和技术发展路线图》研究报告和相关领域专家所提出的体系指导下进行编写的，书中的部分技术内容来源于高校、科研机构与企业等提供的技术清单。
全书共10章。第1章阐明碳中和目标的时代背景、战略意义与发展机遇，帮助读者建立气候科学国际规则国家战略的因果链条与方法论基础。第2章引入碳中和技术分类框架，同时结合成熟度与成本的阶段性差异，给出分期部署思路。第3章梳理太阳能、风力、生物质、核能与海洋能发电等多元零碳供给技术的原理与应用。第4章介绍氢能与生物质、氨等零碳燃料技术及其应用。第5章按燃料原料工艺三条主线展开，介绍燃料替代在高温场景的适配边界，总结原料替代对碳排放的影响，解析以直接还原、窑炉革新、过程强化等为代表的流程再造路线。第6章阐述碳捕集、利用与地质封存的要点，并对BECCS与DACCS等负排放路径的原理、规模化约束与成本敏感性进行对比，同时梳理陆地、海洋与岩溶等自然碳汇的增汇机制与监测核算。第7章以多能互补、源网荷储协调优化为抓手，贯通区域综合能源系统的规划、调度与运行，构建效率提升与污染治理一体化的技术路线。第8章阐述甲烷、氧化亚氮及含氟气体削减原理与技术。第9章提出能源系统减排与生态系统增汇的双轮驱动框架，以电力、工业、建筑、交通四大领域为例给出推广路线与阶段目标，强调市场、技术与基础设施的耦合推进与区域差异化策略。第10章讨论中长期战略规划与绿色市场规则的协同，支撑净零排放社会的可持续转型。
在本书的编写过程中，我们始终坚持以科学为基础，以实践为导向，力求将复杂的理论知识与实际案例相结合，使读者能够在理论与实践的互动中深化对碳中和的理解。我们相信，只有通过系统化的学习和思考，才能真正把握碳中和的本质和内涵，从而在实践中找到切实可行的解决方案。同时，我们也希望通过本书，激发更多人对碳中和问题的关注和思考，推动全社会形成绿色低碳的生活方式和发展模式。
本书由北京理工大学的孔慧研究员担任主编并负责总体统筹，由中国科学院大学的王宏圣研究员和北京理工大学的熊建银研究员担任副主编。本书编写分工如下：第1、2章由王宏圣研究员编写；第3～8章由孔慧研究员编写；第9章由香港城市大学的王健教授和北京理工大学的杨晓光教授、任守军教授、王伟副研究员、熊建银研究员编写；第10章由熊建银研究员编写。实验室的郑宏飞、高林、李胜等老师以及王君、王梓赫、郑轲、李传杰、陈添等研究生也参与了部分内容的准备工作。在此，谨向所有对本书编写提供了帮助与支持的老师和同学们表示诚挚感谢！
书中借用了前人的文献和观点，均在每章后的参考文献中列出，在此也向他们致以最诚挚的谢意。
本书的编写出版得到了国家重点研发计划项目中欧典型行业碳中和评估模型与技术路径研究（项目编号2023YFE0113000）、国家自然科学基金面上基金基于碳氢还原剂的聚光太阳能热化学循环定向制氢机理与方法研究（项目编号NO?52576004）等项目的资助与支持，在此致以衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中疏漏错误之处在所难免，我们诚挚欢迎广大读者批评指正，共同推动本书的完善。

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编者

2008-2012, 山东大学, 热能与动力工程专业, 工学学士?2012-2018, 中国科学院工程热物理研究所, 动力工程及工程热物理专业, 工学博士, 导师: 金红光院士, 郝勇研究员?2016-2018, 美国西北大学, 材料科学与工程系, 联合培养博士, 导师: Sossina M. Haile?2018-2020，清华大学流动站/国家能源集团工作站, 博士后, 导师:李政教授/俞珠峰研究员?2020-2024，北京理工大学，机械与车辆学院，副研究员?2023-2024，北京理工大学珠海学院，工业自动化学院，院长助理?2024至今，北京理工大学，机械与车辆学院，研究员。

前言
第1章碳中和目标的提出1
1?1碳中和目标的提出背景1
1?2碳中和的概念与意义3
1?2?1碳中和的概念3
1?2?2碳中和的意义4
1?3碳中和目标实现的机遇与挑战6
1?3?1碳中和目标实现的机遇6
1?3?2碳中和目标实现的挑战6
习题6
参考文献7
第2章碳中和技术体系构建8
2?1科技需求8
2?2减排路径10
2?2?1低碳技术10
2?2?2零碳技术12
2?2?3负碳技术14
习题15
参考文献15
第3章零碳电力能源技术与运用17
3?1电力生产供应情况17
3?2可再生能源发电与核电技术17
3?2?1太阳能光伏发电17
3?2?2太阳能热发电22
3?2?3风力发电技术31
3?2?4生物质发电技术35
3?2?5核能发电39
3?2?6海洋能发电技术42
3?3储能技术45
3?3?1储电45
3?3?2储热53
习题55
参考文献56
第4章零碳非电能源技术与应用57
4?1氢能技术57
4?1?1制氢57
4?1?2储氢67
4?1?3运氢70
4?1?4用氢72
4?2非氢燃料技术76
4?2?1生物质76
4?2?2氨83
习题85
参考文献86
第5章燃料、原料及过程替代技术与
应用87
5?1燃料替代技术87
5?1?1钢铁行业燃料替代技术87
5?1?2水泥行业燃料替代技术90
5?1?3化工行业燃料替代技术93
5?2原料替代技术94
5?2?1钢铁行业原料替代技术94
5?2?2水泥行业原料替代技术99
5?2?3化工行业原料替代技术102
5?3过程替代技术116
5?3?1钢铁行业过程替代技术117
5?3?2水泥行业过程替代技术118
5?3?3化工行业过程替代技术119
习题120
参考文献120
第6章CCUS、碳汇与负排放技术122
6?1碳移除技术概述122
6?2CCUS技术124
6?2?1碳捕集技术125
6?2?2CO2分离方法126
6?2?3CO2输送技术128
6?2?4CO2利用与封存技术129
6?2?5CCUS技术发展现状与研究热点
分析130
6?3BECCS与DACCS技术133
6?3?1BECCS技术133
6?3?2DACCS技术134
6?4碳汇技术136
6?4?1陆地碳汇136
6?4?2海洋碳汇137
6?4?3岩溶碳汇138
6?5其他负排放技术139
习题140
参考文献140
第7章碳中和集成耦合与优化技术142
7?1能源互联技术142
7?1?1多能互补耦合应用技术143
7?1?2源网荷储协调优化技术147
7?2产业协同技术150
7?2?1全产业链低碳技术集成与耦合150
7?2?2跨产业链低碳技术集成与耦合151
7?3节能减污降碳技术153
7?3?1效率提升技术154
7?3?2碳减排与污染物治理协同技术155
7?4管理支撑技术159
7?4?1碳排放检测核算体系159
7?4?2碳中和决策支撑技术160
习题161
参考文献161
第8章非二氧化碳温室气体削减
技术163
8?1甲烷削减技术163
8?1?1应用场景现状163
8?1?2源头减量典型关键技术164
8?1?3过程控制典型关键技术165
8?1?4末端处置典型关键技术166
8?2氧化亚氮削减技术168
8?2?1应用场景现状168
8?2?2农业领域氧化亚氮减排技术169
8?2?3污水及废弃物处理领域氧化
亚氮减排技术170
8?2?4燃烧及其他工业领域氧化亚
氮减排技术171
8?3含氟气体削减技术172
8?3?1应用场景现状172
8?3?2源头减量典型关键技术173
8?3?3过程控制典型关键技术175
8?3?4末端处置典型关键技术176
习题177
参考文献178
第9章碳中和技术发展179
9?1碳中和技术的实现路径179
9?1?1碳中和实现路径总体框架179
9?1?2能源系统碳减排实施路径179
9?1?3生态系统碳增汇实施路径181
9?1?4碳中和经济社会协同路径182
9?2重点行业领域碳中和技术推广路线183
9?2?1电力领域183
9?2?2工业领域185
9?2?3建筑领域187
9?2?4交通领域189
习题192
参考文献193
第10章保障措施194
参考文献195