碳中和的关键问题与颠覆性技术

　　本书由倪维斗院士做序，胡志宇主编，收录了王中林、刘科等30多位院士专家的力作，所介绍的新能源技术方向都是国际前沿研究热点。本书可作为碳中和通识课程和新能源专业的教材或参考书，对于广大读者也是一部内容丰富的专业科普书籍。

　　胡志宇教授，二级教授，博导，上海交通大学“致远”讲席教授，纳微能源研究所所长，在多个国内外学术组织担任会士或理事，是ECS Sensors Plus副主编。发表科研论文160多篇，在国内外获得过数十项科研与教学奖，拥有几十项发明专利，已出版中英文专著/教材5部。主要研究方向是微纳尺度能量转换、微纳发电芯片、先进传感器、纳米构建功能材料等。

目录

第1章实现碳达峰与碳中和目标的挑战

1．1什么是碳足迹、碳达峰与碳中和

1.1.1碳足迹

1.1.2碳达峰

1.1.3碳中和

1．2《京都议定书》与《巴黎协定》

1．2．1《京都议定书》

1．2．2《巴黎协定》

1．3全球气温升高与IPCC第六次气候变化评估报告

1．4关于全球气温升高1．5℃的影响

1．5全球升温的潜在影响及相关风险

1．5．1对气候变化的影响

1．5．2对海平面的影响

1．5．3对陆地的影响

1．5．4对海洋生物的影响

1．5．5对个人健康、生活质量、粮食安全和水供应的

影响

1．5．6对生态系统的影响

1．6符合全球升温1．5℃的排放路径和系统转型

1．6．1没有或有限过冲1．5℃的模式路径情形

1．6．2不高于或略超过1．5℃的模式路径情形

1．6．3在升温不高于或略超过1．5℃的路径加上规模化

使用二氧化碳移除技术应用

1．6．4在可持续发展和努力消除贫困背景下加强全球

响应

1．7实现双碳目标面临的挑战

1．7．1现实阻力

1．7．2城市转型升级

1．7．3能源生产、消费和管理方式的转变挑战

1．7．4对世界经济格局造成的冲击

1．8小结

第2章碳排放权交易的制度设计和法律问题

2．1引言

2．2国际碳排放权交易制度概述

2．2．1国际条约中的碳排放权交易制度

2．2．2美国碳排放权交易制度简介

2．2．3欧盟碳排放权交易制度简介

2．3国外重点碳排放权交易的法律实践

2．3．1欧盟排放交易体系

2．3．2美国区域温室气体减排行动

2．3．3新西兰排放交易体系

2．3．4东京都排出量取引制度

2．4我国碳排放权交易与交易管理制度

2．4．1我国碳排放权交易实践

2．4．2我国碳排放权交易管理制度

2．4．3分配与登记

2．4．4碳排放权定价与风险管理

2．4．5碳排放核查与清缴

2．4．6监督管理和罚则

2．5碳排放权交易发展前瞻与涉及的法律问题

2．5．1我国碳排放权交易发展前瞻

2．5．2碳排放权法律属性

2．5．3碳排放权交易的风险防范

2．6小结

第3章摩擦纳米发电机

3．1引言

3．2摩擦纳米发电机的基本原理

3．3摩擦纳米发电机的工作模式

3．4摩擦纳米发电机和传统电磁发电机的对比

3．5摩擦纳米发电机的特性与应用

3．5．1电荷密度增强与高性能输出

3．5．2电容型阻抗与主动式传感

3．5．3高电压源与可控驱动

3．5．4能量管理与自驱动系统

3．6小结

第4章热电转换之多层薄膜与器件

4．1热电效应及多层热电薄膜

4．1．1热电效应概述

4．1．2热电性能参数

4．2多层热电薄膜概述

4．2．1多层薄膜制备方法

4．2．2薄膜热导率测试方法

4．2．3Si基多层热电薄膜

4．2．4Sb2Te3基多层热电薄膜

4．3多层热电薄膜传热理论分析

4．3．1多层热电薄膜热传输的界面效应

4．3．2多层热电薄膜界面处的电声子耦合效应

4．4微型热电器件及进展

4．4．1平面型结构

4．4．2垂直型结构

4．5小结

第5章微机电系统技术与芯片上的发电厂

5．1微机电系统简介

5．1．1MEMS技术分类

5．1．2MEMS的发展及应用

5．1．3MEMS的特征

5．1．4MEMS技术在热电器件加工中的应用

5．2微机电系统热电器件结构设计与加工工艺

5．2．1热电器件加工工艺介绍

5．2．2热电器件制备及测试

5．3小结

第6章热电能源转换技术原理及应用

6．1引言

6．2热电转换技术的基本原理

6．2．1热电效应

6．2．2热电转换效率及热电材料性能

6．3热电材料的输运基础理论

6．3．1载流子的输运性质

6．3．2固体中的热传导

6．3．3热电材料的品质因子

6．4热电输运性质的测量

6．4．1电学输运性质

6．4．2热学输运性质

6．5热电材料性能优化策略及典型热电材料

6．5．1载流子浓度调控优化电学性能

6．5．2能带调控提升电学性能

6．5．3声子调控最小化晶格热传导

6．6典型热电材料及其性能优化

6．6．1低温及近室温区域(<>

6．6．2中温区(300~800℃)典型热电材料

6．6．3高温区(>800℃)典型热电材料

6．7块体热电器件的设计与应用

6．7．1热电器件的结构设计

6．7．2热电器件的电极连接与技术界面设计

6．8小结

第7章辐射制冷技术在碳中和的应用

7．1辐射制冷基础

7．1．1传热基础

7．1．2辐射制冷机理

7．1．3辐射制冷理论热分析

7．1．4选择性辐射体结构

7．1．5辐射冷却器的性能指标

7．2辐射制冷材料与器件

7．2．1自然辐射体

7．2．2薄膜基辐射体

7．2．3纳米颗粒基辐射体

7．2．4光子辐射体

7．3辐射制冷在MEMS热电发电中的应用

7．3．1辐射制冷理论

7．3．2辐射体加工原理及方法

7．3．3辐射体结构与性能表征方法

7．3．4辐射制冷发电系统的建立与测试方法

7．3．5辐射体结构与性能表征测试结果

7．3．6基于辐射制冷的热电发电

7．4小结

第8章水热电联产技术

8．1水热电联产技术应用背景

8．1．1北方城镇供热现状及发展分析

8．1．2北方地区水资源概述

8．1．3我国海水淡化产业发展

8．1．4水热电联产技术的意义

8．2水热电联产技术方案

8．2．1海水淡化与水热同产同送技术原理

8．2．2高温淡水制备原理与流程介绍

8．2．3长距离输送

8．2．4末端热量析出

8．3水热电联产案例

8．3．1火电机组水热同送案例

8．3．2核电机组水热同送案例

8．3．3工程应用案例

8．4水热电联产技术应用前景分析

8．4．1我国核电厂现状及供热潜力分析

8．4．2我国火电厂现状及供热潜力分析

8．4．3水热电联产应用前景分析

8．5小结

第9章磁约束核聚变前沿科学技术

9．1核能行业与碳中和

9．2核聚变领域与碳中和

9．2．1可控核聚变的基本原理

9．2．2磁约束核聚变能的开发历程

9．2．3中国聚变工程实验堆

9．2．4托卡马克的材料问题

9．3关于托卡马克的工程问题

9．3．1第一壁结构

9．3．2第一壁结构的工作环境

9．3．3包层结构设计

9．3．4氚工厂

9．4小结

第10章凝聚态核反应

10．1什么是凝聚态核科学

10．2凝聚态核科学简史

10．3凝聚态核科学主要实验结果

10．3．1束靶反应中的屏蔽能异常增高

10．3．2自然界中的核反应

10．3．3钯氘系统

10．3．4镍氢系统

10．3．5镍合金氢(氘)气系统

10．3．6钛氘系统

10．3．7生物与化学系统

10．4理论解释

10．5凝聚态核科学的影响

10．5．1科学影响

10．5．2技术影响

10．5．3经济、社会和文化影响

第11章功能介孔碳基薄膜的界面组装及能源应用

11．1介孔碳基薄膜材料的合成

11．1．1介孔碳

11．1．2多孔碳基薄膜组件

11．2在能源体系上的应用

11．2．1超级电容器

11．2．2锂离子电池

11．2．3钠离子电池

11．2．4锂硫电池

11．2．5金属锂电池

11．2．6析氢反应和析氧反应

11．2．7氧还原反应

11．2．8二氧化碳还原反应

11．2．9氮气还原反应

11．3小结

第12章分子光储能

12．1引言

12．1．1理想的分子光储热体系

12．1．2常用的分子体系

12．2太阳能的收集与转化

12．2．1分子结构优化

12．2．2提高光子能量

12．3太阳能的储存

12．3．1提高能量密度

12．3．2延长半衰期

12．4释放储存的能量

12．5小结

第13章碳中和误区与实现路径

13．1关于碳中和的误区

13．1．1第一个误区

13．1．2第二个误区

13．1．3第三个误区

13．1．4第四个误区

13．1．5第五个误区

13．1．6第六个误区

13．2为什么前一百年电动车未能战胜燃油车

13．3为什么氢能汽车还没有产业化

13．4为什么甲醇可能是最好的储氢载体

13．5造成雾霾的元凶在哪里

13．6现实的碳中和路径

13．6．1通过现有煤化工与可再生能源结合实现低碳能源系统

13．6．2利用煤炭领域的碳中和技术——微矿分离技术

13．6．3实现光伏与农业的综合发展

13．6．4峰谷电与热储能综合利用

13．6．5利用可再生能源制取甲醇，然后做分布式发电

13．7小结

第14章海阳核电核能供热示范工程探索实践与展望

14．1海阳核电核能供热示范工程建设意义

14．1．1开展核能供热有利于生态环境改善，促进绿色低碳发展

14．1．2开展核能供热有利于解决清洁供热问题，促进地企共赢发展

14．1．3开展核能供热有利于推动核能技术创新，促进企业高质量

发展

14．2开展海阳核电核能供热示范工程的探索与实践

14．2．1海阳核电核能供热技术前期研究论证

14．2．2国家能源核能供热商用示范工程实践

14．2．3积极推进海阳核电核能供热后续项目建设和成果应用

14．3海阳核电核能供热长距离大规模技术研究与规划

14．4小结

总结与展望

参考文献