日本2010年科技发展重点
译自：12月22日【日本】三井物产战略研究所 (www.mgssi.com)
编译：电子贸促会 王喜文
日本自2001年开始每年都会召开综合科技会议，该会议由日本首相担当组长，研究科技政策的制定与调整。他们将生命科学、信息通信、环境等指定为具体的重点领域，同时制定相应的技术方针与发展路线图。这些重点领域的技术研发旨在为老龄化社会、粮食问题、资源与能源枯竭问题等全球性重大课题做出贡献。
本文将就其中2010年后重点关注的智能电网、蓄电池、碳捕集与封存、基因组技术、海洋探矿与采矿技术的开发状况与期待成果进行阐述。
一、智能电网
智能电网（SG），就是电网的智能化。它建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。其主要特征包括抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。在美国，智能电网作为奥巴马政府绿色新政的重要一环，2009年2月通过了高达110亿美元的投资方案。现在世界上很多国家也都在进行智能电网的研发。
智能电网的主要技术包括：
- 连接各种分散能源与用电设备，由电厂与用户双向协调控制的网络技术；
- 实时把握电力供需状况，调整用户、地域、电网等各层次上的供给平衡技术；
- 高效进行电动车充放电的优化技术；
- 大幅降低输电损耗的超传导技术；
- 确保智能电网稳定性与安全性的网络与安全技术等。
如今，美国一些电厂已经开始大规模安装智能电表，并进行了许多电动车与可再生能源的结合实验。同时，美国国家标准技术研究所在2009年9月公布了智能电网标准化框架1.0版本，为智能电网的正式建设进行了诸多准备。日本的经济产业省也设立了研究机构，正着手制定各项标准。日本一直以来都将稳定供电作为一项国策，建设的电力网可以说是世界上停电最少的高水准电力网，所以一度对智能电网的建设不太积极。但是，随着今后风力发电、太阳能发电、电动车普及、节能减排等的逐步展开，建设智能电网是必然的。
二、蓄电池技术
蓄电池包括：一直以来在汽车上使用的铅酸蓄电池、混合动力车上的氢镍蓄电池、电动车上的动力锂电池、笔记本电脑或者手机上的锂电池等，可以反复充放电的电池。目前，随着大型化与高效化发展，除了在混合动力车与电动车上需要大规模使用蓄电池外，在风电或太阳能发电的蓄电等方面也会很广泛的应用蓄电池。可以说，蓄电池将成为应对全球气候变暖的基础设施之一。
蓄电池有很多种，2010年后，它将迎来车用动力锂电池的普及。现在正在进行的是低成本、高容量、高输出、高稳定性、使用寿命长等方面的技术开发。随着环保汽车的普及，车用动力锂电池预计三至五年内实现批量生产。此外，用于大规模风电、太阳能发电的钠硫电池等也将受到重视。
三、碳捕集与封存
碳捕集与封存顾名思义就是将本来会排放到大气中的碳氧化物（主要是CO2）收集起来，而不排放到大气中;封存则是指将收集到的CO2，以液态的形式存放在地下。这项技术主要用于火电厂与钢铁厂等。在火电厂的排气方面，最通用的是将CO2溶于碱性水溶液的胺洗涤技术，三菱重工与东芝在这方面技术上处于领先。胺洗涤技术虽然适于大规模封存，但是吸收液的回收成本较高。由美国能源研究机构、美国供电商与法国Alstom共同研发的冷却胺技术因可以降低整体成本，而备受关注。燃烧时加入氧气以提高CO2排放浓度的氧燃烧技术，也在澳大利亚进行着具体实验。现阶段的碳捕集与封存成本相当于每吨CO2为40～100美元，其中的60～70%用于捕集和封存。
主要的碳捕集与封存技术如下：
捕集 |
燃烧前捕集 |
燃烧前捕集主要运用于IGCC（整体煤气化联合循环）系统中，将煤高压富氧气化变成煤气，再经过水煤气变换后将产生CO2和氢气（H2），气体压力和CO2浓度都很高，将很容易对CO2进行捕集。剩下的H2可以被当作燃料使用。 该技术的捕集系统小，能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，因此受到广泛关注。然而，IGCC发电技术仍面临着投资成本太高，可靠性还有待提高等问题。 |
富氧燃烧 |
富氧燃烧采用传统燃煤电站的技术流程。但通过制氧技术，将空气中大比例的氮气（N2）脱除，直接采用高浓度的氧气（O2）与抽回的部分烟气（烟道气）的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的CO2气体，可以直接进行处理和封存。 目前欧洲已有在小型电厂进行改造的富氧燃烧项目。该技术路线面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太高，现在还没找到一种廉价低耗的能动技术。 |
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燃烧后捕集 |
燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集CO2，目前常用的CO2分离技术主要有化学吸收法（利用酸碱性吸收）和物理吸收法（变温或变压吸附），此外还有膜分离法技术，正处于发展阶段，但却是公认的在能耗和设备紧凑性方面具有非常大潜力的技术。 从理论上说，燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂。然而，普通烟气的压力小体积大，CO2浓度低，而且含有大量的N2，因此捕集系统庞大，耗费大量的能源。 |
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运输 |
汽车、火车、轮船以及管道 |
捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存，可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。一般说来，管道是最经济的运输方式。2008年，美国约有5800千米的CO2管道，这些管道大都用以将CO2运输到油田，注入地下油层以提高石油采收率。 |
封存 |
地质封存 |
地质封存一般是将超临界状态（气态及液态的混合体）的CO2注入地质结构中，这些地质结构可以是油田、气田、咸水层、无法开采的煤矿等。由于CO2性质稳定，因此可以在相当长的时间内被封存。若地质封存点经过谨慎的选择、设计与管理，注入其中的CO2的99%都可封存1000年以上。 把CO2注入油田或气田用以驱油或驱气可以提高采收率（使用EOR技术可提高30%～60%的石油产量；注入无法开采的煤矿可以把煤层中的煤层气驱出来，即所谓的提高煤层气采收率。 然而，若要封存大量的CO2，最适合的地点是咸水层。咸水层一般在地下深处，富含不适合农业或饮用的咸水，这类地址结构较为常见，同时拥有巨大的封存潜力。不过与油田相比，目前人们对这类地质结构的认识还较为有限。 |
海洋封存 |
海洋封存是指将CO2通过轮船或管道运输到深海海底进行封存。然而，这种封存办法也许会对环境造成负面的影响，比如过高的CO2含量将杀死深海的生物、使海水酸化等。此外，封存在海底的二氧化碳也有可能会逃逸到大气当中。 |
四、基因组技术
基因组技术是指研究生物基因组和如何利用基因的技术。该技术不仅只限于医疗领域的应用，也将会为解决粮食问题、环境问题等广泛领域做出贡献，是二十一世纪的一项创新性技术。
五、 海洋探矿与采矿技术
日本号称拥有世界第六大领海面积，对海洋资源的勘探与采掘一直备受期待。所以，在全球性资源短缺的情况下，2010年日本将着力开发海洋探矿与采矿技术。主要技术包括：
- 对于1000米深度左右的海底热水矿床(铜、亚铅、铅、金、银、稀土等约1.7亿吨的储量、相当于80万亿日元)，开发自动无人潜艇(AUV)等高精度的勘探机器以及采矿装置。
- 对于另一个备受关注的深海资源——可燃冰(估计4万亿立方米、相当于120万亿日元)，日本政府将从挪威引入勘探技术。此外，JOGMEC(日本石油天燃气与金属矿物资源机构)开发的世界前沿的“减压法”可将海底数百米下的可燃冰回收成为甲烷。
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