中國粉體網訊 碳達峰是指我國承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之后逐步降低。
碳中和是指企業、團體或個人測算在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量，然后通過植物造樹造林、節能減排等形式，抵消自身產生的二氧化碳排放量，實現二氧化碳“零排放”。
來源：pixabay
全球二氧化碳排放量逐年增加，2019年全球排放量達341.7億噸，年均復合增速2.1%。我國碳排放總量占全球碳排放總量的1/3，分別是美國和歐盟的2倍和3倍。我國人均碳排放為8噸，與歐盟相當。可以說，實現"碳達峰、碳中和"勢在必行。
“雙碳”、碳化硅、新能源有何神秘關系？
節能減排是碳達峰、碳中和的核心工作。這其中涉及到能源結構的升級改革，可以通過提高能源的利用率以及提升綠色能源的比例來逐步實現，例如，國內要實現“碳中和”，需要發力的方向有：供給端擴大光伏發電、風電發電；需求端提升新能源車比例；輸送端發力特高壓，全面發展新能源！
來源：pixabay
碳化硅作為第三代寬禁帶半導體材料，具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率、更大的電子飽和漂移速度以及更高的抗輻射能力，是制造高溫、高頻、大功率半導體器件的理想材料，碳化硅正是上面這些領域的上游核心材料，實現“碳中和”的多條路線，都繞不開它！
要挖礦，先買鏟！可以說碳化硅正是發展新能源產業的鏟子！
調整能源結構，發展太陽能等清潔能源
按說發展新能源汽車是當今節能減排的最大熱點，但粉體網編輯認為它并不是關鍵。為什么這么說呢，其實，不管是新能源汽車還是燃油汽車，我們要看它所需動力的最初來源是什么，在這個過程中碳排放怎么樣。
燃油車的動力來源是石油燃燒，這個過程會有碳排放的發生，這是毫無疑問的。
電動汽車呢，真的如宣傳的那樣綠色無污染嗎？它所使用的電是從哪來的呢？絕大部分是火力發電吧，也就是它的動力來源是煤炭燃燒，這個過程碳排放也夠嚇人的吧。
在這里小編突然想到前段時間網上很火的一件真人真事，有一伙不法分子將10萬塊錢的硬幣熔化試圖造出更多的假幣，于是通過各種手段終于完成，最后一數，傻眼了，最終只造出7萬元硬幣。舉這個例子，小編想說的是，只有電的來源是綠色、無碳排放的，我們才能接下來談新能源汽車，如果在發電用電過程中會有更多的碳排放，那簡直就是賠本買賣。
所以，今年七月份，澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學創新創業學院院長劉科在關于“碳中和” 的演講中明確指出：如果能源結構不改變，如果電網67%的還是煤電，那電動車是在增加碳排放，而不是減少碳排放。只有能源結構和電網里大部分是可再生能源構成的時候，電動車才能算得上清潔源”。
所以我們要強調調整能源結構，而在新型綠色能源中，碳化硅能夠發揮重要作用。
太陽能和風能發電系統是利用光伏電池板光生伏打效應或風力帶動發電機，直接將太陽能或風能轉換成電能的發電系統，它的主要部件是光伏電池組件、風輪、儲能電池、控制器，逆變器，電機驅動器等構成，其特點是可靠性高、使用壽命長、不污染環境、能獨立發電或并網運行，受到各國政府和企業的重視，具有廣闊的發展前景。
來源：pixabay
碳化硅功率器件針對太陽能逆變器、不間斷電源設備以及風能電機驅動器等大功率模組件的應用進行設計，以更小尺寸、更低物料成本以及更高的效率。采用碳化硅基逆變器的平均效率能提高到 97.5%，相當于減少 25% 的逆變器損耗，碳化硅基逆變器在風力發電領域可提高轉換效率 20%。
在核能領域，碳化硅作為第四代核反應堆 —高溫氣冷堆的燃料棒包殼或基體材料的新型燃料元件的概念設計和制備成了核燃料元件領域一個新的熱點材料。
碳化硅作為重要包殼和基體材料的各種結構新穎、功能完備的燃料元件模型不斷被設計出來，目前高溫氣冷堆碳化硅包殼燃料元件已經開始走向商業化，其它含碳化硅材料燃料元件的研發也將加快步伐，除了燃料元件外，碳化硅材料在反應堆結構材料，堆內管道內襯等方面也有著廣闊的應用前景。可以預見，隨著核安全性要求的不斷提高，碳化硅材料在核能領域將獲得更加廣泛的應用，發揮更加重要的作用。
新能源汽車
接下來我們說一下新能源汽車。
碳化硅作為未來電動汽車充電模塊和電動模塊相關重要核心的先進電子材料，能實現綠色出行的能源供應、低碳、智能、可持續發展，最終搶占未來產業發展制高點。碳化硅器件對充電模塊性能提升主要體現在三方面：
（1）提高頻率，簡化供電網絡；
（2）降低損耗，減少溫升；
（3）縮小體積，提升效率。基于我們對碳化硅器件在有線充電中的優勢（高效率、低溫升、高密度、低損耗）分析表明，其總體成本將較低。
來源：pixabay
碳化硅器件能提高純電動汽車或混合動力汽車功率轉化性能。電動汽車的電動模塊中電動機是有源負載，其轉速范圍很寬，且在行駛過程中需要頻繁地加速和減速，工作條件比一般的調速系統復雜，采用碳化硅功率器件可有效提高其驅動系統，獲得更高的擊穿電壓、更低的開啟電阻、更大的熱導率以及能在更高溫度下穩定工作，原來幾公斤的散熱片可大幅減少甚至直接刪去，將引起電動汽車設計方面革命性的變化，能降低電動汽車或混合動力汽車功率轉化能耗損失 20%，對大幅提高電動汽車續航里程具有重要意義。
充電樁
新能源汽車有各種電能變換的需求，采用碳化硅器件能夠大幅度縮小裝備的體積，并顯著降低損耗。因此，不管是應用在新能源汽車充電樁、電控模塊還是車載充電模塊上，碳化硅技術都能帶來較大的優勢。
對于電動汽車充電樁，在眾多的充電樁解決方案中，現在消費者最感興趣的是直流快充模式。但是直流快充模式的充電樁需要非常大的充電功率以及非常高的充電效率，這些都需要通過高電壓來實現。在電動汽車充電樁的應用里，碳化硅無論是在Boost，還是輸出的二極管，目前有很多使用主開關的碳化硅MOSFET電動汽車充電樁方案，其應用前景非常廣闊。
新型輸電系統
基于硅的電力電子變壓器在小功率電網領域實現了部分應用，但由于損耗大、體積大，在高壓大功率的輸電領域尚無法應用。目前商用硅基絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的最大擊穿電壓為6.5 k V，所有的硅基器件都無法在 200℃以上正常工作，很大程度上降低了功率器件的工作效率。而第三代基于寬禁帶半導體材料的功率器件能很好地解決這些問題，碳化硅功率器件關斷電壓最高達 200 k V 和高達 600℃的工作溫度。
基于碳化硅電力電子技術將會有更高的輸電電壓、輸送容量，滿足全球能源互聯網的超高電壓、超長距離輸電重大需求。
LED照明
來源：pixabay
LED 光電器件的核心材料碳化硅和氮化鎵等第三代半導體材料技術及應用正在成為全球半導體產業新的戰略高地。碳化硅 LED 照明設備能將原 LED 燈使用數量下降 1/3，成本下降40 ～ 50%，而亮度卻提高兩倍，導熱能力提高10 倍以上。根據美國能源部分析，美國廣泛采用LED 照明技術后，可以少建 133 個燃煤電廠，同時減少 2.58 億 t 溫室氣體的排放，其節約的電能可供給 1 200 萬個美國家庭使用一年。中國和美國能源消耗位居世界前兩位，我國若普及碳化硅基 LED 照明技術，對減少我國煤炭的消耗、減少CO2排放具有重要意義。
總結
鑒于碳化硅材料各方面的優良特性，其有望成為最重要的第三代半導體材料，未來會全面取代目前廣泛應用的硅半導體材料，其應用領域更廣，潛在市場更大，關系到國家經濟的長遠發展和戰略安全。隨著我國新能源汽車的推廣和電網的升級改造，碳化硅材料將在綠色能源、電動汽車充電樁、提高電動汽車能源效率、智能電網建設等諸多方面得到大規模應用，會直接影響到我國“碳達峰、碳中和”工作的推進。
參考來源：
[1]劉科院士.碳中和誤區及其現實路徑
[2]趙敏等.碳化硅在能源領域的應用及展望
[3]盛況.應加大碳化硅材料在充電樁上的應用
[4]丁曉偉，李志君.碳化硅器件在直流充電樁中的應用研究
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
