丁仲禮：碳中和的戰(zhàn)略邏輯和技術(shù)需求

在我國宣布“雙碳”方針后，我國科學(xué)院設(shè)立了一個(gè)大型咨詢項(xiàng)目，安排百余位來自多個(gè)學(xué)部的院士和專家，著重就此問題做了“清單式”的研討。

本文將以這個(gè)研討為依據(jù)，從碳中和的概念和邏輯入手，要點(diǎn)介紹完結(jié)碳中和的“技能需求清單”，并在此基礎(chǔ)上評(píng)論幾個(gè)大眾比較關(guān)心的問題。

01碳中和的概念

碳中和應(yīng)從碳排放(碳源)和碳固定(碳匯)這兩個(gè)側(cè)面來理解。

碳排放既能夠由人為進(jìn)程發(fā)生，又能夠由天然進(jìn)程發(fā)生。人為進(jìn)程首要來自兩大塊，一是化石燃料的焚燒構(gòu)成二氧化碳(CO2)向大氣圈開釋，二是土地運(yùn)用變化(最典型者是森林采伐后土壤中的碳被氧化成二氧化碳開釋到大氣中);天然界也有多種進(jìn)程可向大氣中開釋二氧化碳，比方火山噴發(fā)、煤炭的地下自燃等。但應(yīng)該指出：近一個(gè)多世紀(jì)以來，天然界的碳排放比之于人為碳排放，對(duì)大氣二氧化碳濃度變化的影響簡直能夠忽略不計(jì)。

碳固定也有天然固定和人為固定兩大類，而且以天然固定為主。最首要的天然固碳進(jìn)程來自陸地生態(tài)體系。陸地生態(tài)體系的許多類型中，又以森林生態(tài)體系占大頭。所謂的人為固定二氧化碳，一種方法是把二氧化碳搜集起來后，經(jīng)過生物或化學(xué)進(jìn)程，把它轉(zhuǎn)化成其他化學(xué)品，另一種方法則是把二氧化碳封存到地下深處和海洋深處。

曩昔幾十年中，人為排放的二氧化碳，大致有54%被天然進(jìn)程所吸收固定，剩余的46%則留存于大氣中。在天然吸收的54%中，23%由海洋完結(jié)，31%由陸地生態(tài)體系完結(jié)。比方最近幾年，全球每年的碳排放量大約為400億噸二氧化碳，其間的86%來自化石燃料焚燒，14%由土地運(yùn)用變化造成。這400億噸二氧化碳中的184億噸(46%)參加到大氣中，導(dǎo)致大約2ppmv的大氣二氧化碳濃度添加。

所謂碳中和，便是要使大氣二氧化碳濃度不再添加。咱們能夠這樣設(shè)想：咱們的經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)作體系，即便到有才能完結(jié)碳中和的階段，一定會(huì)存在一部分“不得不排放的二氧化碳”，對(duì)它們一方面還會(huì)有54%左右的天然固碳進(jìn)程，余下的那部分，就得經(jīng)過生態(tài)體系固碳、人為地將二氧化碳轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品或封存到地劣等方法來消除。只要當(dāng)排放的量相等于固定的量之后，才算完結(jié)了碳中和。由此可見，碳中和同碳的零排放是兩個(gè)不同的概念，它是以大氣二氧化碳濃度不再添加為標(biāo)志。

02二氧化碳排放來歷及完結(jié)碳中和的根本邏輯

我國當(dāng)時(shí)二氧化碳年排放量大數(shù)在100億噸左右，約為全球總排放量的四分之一。這樣較大數(shù)量的排放首要由我國的動(dòng)力消費(fèi)總量和動(dòng)力消費(fèi)結(jié)構(gòu)所決議。我國現(xiàn)在的動(dòng)力消費(fèi)總量約為50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其間煤炭、石油和天然氣三者合起來占比接近85%，其他非碳動(dòng)力的占比只要15%多一點(diǎn)。在煤、油、氣三類化石動(dòng)力中，碳排放因子最高的煤炭占比接近70%。我國動(dòng)力消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占比方此之高，在世界首要國家中是絕無僅有的。

約100億噸二氧化碳的年總排放中，發(fā)電和供熱約占45億噸，修建物建成后的運(yùn)轉(zhuǎn)(首要是用煤和用氣)約占5億噸，交通排放約占10億噸，工業(yè)排放約占39億噸。工業(yè)排放的四大范疇是建材、鋼鐵、化工和有色，而建材排放的大頭是水泥出產(chǎn)(水泥以石灰石(CaCO3)為質(zhì)料，煅燒成氧化鈣(CaO)后，必然構(gòu)成二氧化碳排放)。

電力/熱力出產(chǎn)進(jìn)程發(fā)生的二氧化碳排放，其“賬”應(yīng)該記到電力消費(fèi)范疇頭上。依據(jù)進(jìn)一步研討，發(fā)現(xiàn)這45億噸二氧化碳中，約29億噸終究也應(yīng)記入工業(yè)范疇排放，約12.6億噸應(yīng)記入修建物建成后的運(yùn)轉(zhuǎn)排放。所以咱們說，我國工業(yè)排放約占總排放量的68%，如此之高的占比在所有首要國家中，也是絕無僅有的，這是我國作為“世界工廠”、處在城鎮(zhèn)化快速開展階段、經(jīng)濟(jì)社會(huì)出現(xiàn)緊縮式開展等要素所決議的。

依據(jù)我國二氧化碳的排放現(xiàn)狀，咱們就非常簡略作出這樣的推斷：我國的碳中和需求構(gòu)建一個(gè)“三端共同發(fā)力體系”：

第一端是電力端，即電力/熱力供應(yīng)端的以煤為主應(yīng)該改造開展為以風(fēng)、光、水、核、地?zé)岬瓤稍偕鷦?dòng)力和非碳動(dòng)力為主。

第二端是動(dòng)力消費(fèi)端，即建材、鋼鐵、化工、有色等原資料出產(chǎn)進(jìn)程中的用能以綠電、綠氫等代替煤、油、氣，水泥出產(chǎn)進(jìn)程把石灰石作為質(zhì)料的運(yùn)用量降到最低，交通用能、修建用能以綠電、綠氫、地?zé)岬却婷?、油、氣。?dòng)力消費(fèi)端要完結(jié)這樣的代替，一個(gè)重要的條件是全國綠電供應(yīng)才能簡直處在“有求必應(yīng)”的狀況。

第三端是固碳端，能夠想見，不管前面兩頭怎么開展，在技能上要到達(dá)零碳排放是不太可能的，比方煤、油、氣化工出產(chǎn)進(jìn)程中的“減碳”所發(fā)生的二氧化碳，又比方水泥出產(chǎn)進(jìn)程中總會(huì)發(fā)生的那部分二氧化碳，還有電力出產(chǎn)自身，真實(shí)要做到“零碳電力”也只能寄希望于遙遠(yuǎn)的將來。因而，咱們還得把“不得不排放的二氧化碳”用各種人為措施將其固定下來，其間最為重要的措施是生態(tài)建造，此外還有碳捕集之后的工業(yè)化運(yùn)用，以及封存到地層和深海中。

03電力供應(yīng)端的技能需求

傳統(tǒng)上，電力供應(yīng)體系包含了發(fā)電、儲(chǔ)能和輸電三大部分，從現(xiàn)在業(yè)界經(jīng)常談到的“新式電力供應(yīng)體系”的視點(diǎn)，還應(yīng)把用戶也統(tǒng)籌考慮在內(nèi)。

從完結(jié)碳中和的視點(diǎn)，我國未來的電力供應(yīng)體系應(yīng)該具有以下六方面特色：

?一是電力裝機(jī)容量要成倍擴(kuò)展。我國現(xiàn)在的發(fā)電裝機(jī)容量在24億千瓦左右，假設(shè)考慮以下要素：(1)未來要完結(jié)動(dòng)力消費(fèi)端對(duì)化石動(dòng)力的綠電代替和綠氫代替;(2)從世界大部分先發(fā)國家走過的進(jìn)程看，人均GDP從一萬美元到三四萬美元之間，人均動(dòng)力消費(fèi)量還會(huì)有比較顯著的增加;(3)風(fēng)、光等波動(dòng)性動(dòng)力的“上班才能”只要傳統(tǒng)火電的三分之一左右，那么我國2060年前的裝機(jī)容量至少需求60億到80億千瓦。

?二是風(fēng)、光資源將逐漸成為主力發(fā)電和供能資源。其間西部風(fēng)、光資源和沿海大陸架風(fēng)力資源是主體，各地渙散式(尤其是鄉(xiāng)村)光熱資源是補(bǔ)充。

?三是“安穩(wěn)電源”將從現(xiàn)在的火電為主逐漸轉(zhuǎn)化為以核電、水電以及綜合互補(bǔ)的非碳動(dòng)力為主。

?四是有必要運(yùn)用能量的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化、調(diào)理等技能，補(bǔ)償風(fēng)、光資源波動(dòng)性大的天然缺點(diǎn)。

?五是火電還得有，但首要作為應(yīng)急電源和一部分調(diào)理電源之用。與此一起，火電應(yīng)完結(jié)清潔、低碳化改造，有條件的情況下，用天然氣代替煤炭，以下降二氧化碳排放強(qiáng)度。

?六是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，成倍擴(kuò)展輸電基礎(chǔ)設(shè)施，把西部充沛的電力輸送到中東部消納區(qū)。與此一起，加強(qiáng)配電基礎(chǔ)設(shè)施建造，增強(qiáng)對(duì)散布式動(dòng)力的消納才能。

在這樣的電力供應(yīng)體系中，碳中和自身的方針要求未來電力的70%左右來自風(fēng)、光發(fā)電，其他30%的安穩(wěn)電源、調(diào)理電源和應(yīng)急電源也要盡可能地削減火電的裝機(jī)總量。正由于如此，未來需求促進(jìn)發(fā)電技能、儲(chǔ)能技能和輸電技能這三方面的“革命性”前進(jìn)。發(fā)電技能要為綠色低碳電力出產(chǎn)供給支撐。這里面需求點(diǎn)促進(jìn)可再生動(dòng)力發(fā)電技能的前進(jìn)，特別是要重視開展以下技能：

(1)光伏發(fā)電技能雖已開展到可平價(jià)上網(wǎng)的程度，但這類技能在降本錢、增效率上還有潛力可挖;

(2)太陽能熱發(fā)電技能對(duì)電網(wǎng)友愛，既可確保安穩(wěn)輸出，也可用于調(diào)峰，但現(xiàn)在發(fā)電本錢過高，未來應(yīng)在資料、裝置上尋求突破;

(3)風(fēng)力發(fā)電技能也根本具有平價(jià)上網(wǎng)的條件，未來要在大功率風(fēng)機(jī)制造、更高空間風(fēng)力的運(yùn)用、更遠(yuǎn)的海優(yōu)勢(shì)電站建造上下功夫;

(4)地?zé)嵘⒉紡V、總量大，但能量密度太低，如要將地?zé)嵊糜诎l(fā)電，還得要點(diǎn)突破從干熱巖中提取熱能的技能;

(5)生物質(zhì)能也是可再生動(dòng)力，現(xiàn)在生物質(zhì)能發(fā)電技能是老練的，但其在總的電力供應(yīng)上的占比較為有限;

(6)海洋能和潮汐能的總量不小，但其運(yùn)用技能有待前進(jìn);

(7)傳統(tǒng)的水電我國開發(fā)程度已經(jīng)較高，未來在雅魯藏布江、金沙江上游開發(fā)上還有較大潛力。

除以上可再生動(dòng)力發(fā)電以外，社會(huì)大眾還得承受這樣的現(xiàn)實(shí)：要到達(dá)碳中和，核電還得較大程度地開展，由于核電應(yīng)作為“安穩(wěn)電源”的重要組成部分。此外，火電還得在“安穩(wěn)電源”“應(yīng)急電源”“調(diào)理電源”方面發(fā)揮效果，正由于如此，“無碳電力”在很長時(shí)期內(nèi)是難以完結(jié)的，除非咱們把火電站排放出的二氧化碳搜集起來再予以封存或運(yùn)用。

儲(chǔ)能技能在未來的電力供應(yīng)體系中將占有突出的方位，這是由于風(fēng)、光發(fā)電具有天然波動(dòng)性，用戶端也有波動(dòng)性，這就需求用儲(chǔ)能技能作出調(diào)理。能夠這樣說，假設(shè)沒有環(huán)保、牢靠并相對(duì)廉價(jià)的儲(chǔ)能技能，碳中和方針就會(huì)失敗。儲(chǔ)能是最重要的電力靈活性調(diào)理方法，包含物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能三大類，而靈活性調(diào)理還有火電機(jī)組的靈活性改造、車網(wǎng)互動(dòng)、電轉(zhuǎn)燃料、電轉(zhuǎn)熱等方法和技能。

物理儲(chǔ)能首要有四類：

?一是抽水蓄能電站，它是最老練的技能，我國以東部山地為依托，已建、在建和規(guī)劃中的抽水蓄能電站總量很大，但可再生動(dòng)力豐厚的西部怎么建抽水蓄能電站還得探究。

?二是緊縮空氣儲(chǔ)能，首要是運(yùn)用地下鹽穴、礦井等空間，該類技能在我國還處在起步階段。

?三是重力儲(chǔ)能，簡略地說是運(yùn)用懸崖、斜坡等地形，電力有余時(shí)把重物提起來，需求電力時(shí)把重物放下用勢(shì)能做功，這類技能我國尚處在試驗(yàn)階段。

?四是飛輪儲(chǔ)能，這是老練的技能，但其能量密度不高。

化學(xué)儲(chǔ)能便是運(yùn)用各類電池，咱們熟知的有鋰電池、鈉電池、鉛酸(碳)電池、液流電池、液態(tài)金屬電池、金屬空氣電池、燃料電池(氫、甲烷)等。不同的電池有不同的運(yùn)用場(chǎng)景，它們?cè)谖磥淼碾娏?yīng)體系中具有不可或缺的位置，但今后會(huì)遇到電池收回、環(huán)保處理、資源供應(yīng)等問題。

電磁儲(chǔ)能首要是超級(jí)電容器和超導(dǎo)資料儲(chǔ)能，現(xiàn)在看，它的效果還有待調(diào)查。

現(xiàn)有火電機(jī)組的靈活性改造是指使其“上班才能”具有靈活性，用電高峰時(shí)機(jī)組能夠發(fā)揮100%發(fā)電才能，用電低谷時(shí)只“上班”20%或30%。這個(gè)技能一旦老練，應(yīng)該非常管用，尤其在完結(jié)“雙碳”方針的早中期階段，應(yīng)將其作為主打技能。車網(wǎng)互動(dòng)是指電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)。

簡略地說，今后很多的電動(dòng)汽車整合起來便是一個(gè)非常巨大的儲(chǔ)能體系，假設(shè)在電網(wǎng)電力有余時(shí)，它們中的一部分會(huì)集充電，而電力缺乏時(shí)，它們中的一部分向電網(wǎng)輸電，這樣就起到了滑潤峰谷的效果。這個(gè)主意很夸姣，也有點(diǎn)“浪漫”，但怎么將理論上的可能性轉(zhuǎn)化為實(shí)踐中的可行性，估量還得創(chuàng)新商業(yè)模式。

電轉(zhuǎn)燃料便是把剩余電力轉(zhuǎn)化為氫氣、甲烷等燃料，電力缺乏時(shí)再把燃料用于發(fā)電。電轉(zhuǎn)熱儲(chǔ)能則是用水、油、陶瓷、熔鹽等儲(chǔ)熱資料把剩余的電轉(zhuǎn)化為熱儲(chǔ)存，需求時(shí)再為用戶放熱。

新式電力供應(yīng)體系的第三個(gè)首要組成部分是輸電網(wǎng)絡(luò)。從完結(jié)碳中和的邏輯剖析，我國未來的電網(wǎng)將有以下幾個(gè)突出特色：(1)遠(yuǎn)距離的輸電規(guī)劃將在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上添加數(shù)倍，意味著要把西部的清潔電力輸送到東部消納區(qū)，輸電基礎(chǔ)設(shè)施建造的需求巨大;(2)為了統(tǒng)籌、引導(dǎo)大空間尺度上的發(fā)電資源和用戶需求，大電網(wǎng)應(yīng)是根本形態(tài);(3)靠近終端用戶(如工業(yè)園區(qū)、小城鎮(zhèn)等)的散布式微電網(wǎng)建造將受到重視，并將成為大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充;(4)為處理波動(dòng)性強(qiáng)的可再生動(dòng)力占比高、電力電子裝置份額高的特色，需求在電網(wǎng)的智能化操控技能上完結(jié)質(zhì)的飛躍。

從上面的介紹可知，樹立一個(gè)新式電力體系，其實(shí)是逐漸“擠出”火電的進(jìn)程，或者嚴(yán)格地說，是一個(gè)把火電裝機(jī)量占比減到最小的進(jìn)程，留下的火電也得作“清潔化”改造。我國具有足夠的風(fēng)能、太陽能，從理論上講，資源肯定足夠。但能不能把這些散布廣、能量密度低的風(fēng)、光資源運(yùn)用起來，并確保電價(jià)相對(duì)廉價(jià)，研宣布先進(jìn)的技能，尤其是儲(chǔ)能技能是要害中的要害!

04動(dòng)力消費(fèi)端的技能需求

動(dòng)力消費(fèi)端的減碳有兩個(gè)要害詞，一是代替，二是重建。所謂代替便是用綠電、綠氫、地?zé)岬确翘紕?dòng)力代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤、油、氣，而重建則強(qiáng)調(diào)在代替進(jìn)程中，一系列工藝進(jìn)程需求從頭樹立。

對(duì)此，咱們可分九個(gè)范疇，對(duì)動(dòng)力消費(fèi)端的低碳化所需研制的技能或代替方法分別作出簡略介紹：

1、修建部分應(yīng)在三個(gè)方面發(fā)力。首先是對(duì)修建自身作出節(jié)能化改造;其次是針對(duì)城市的修建用能，包含取暖/制冷和家庭炊事等，均應(yīng)以綠電和地?zé)釣橹?鄉(xiāng)村的家庭用能，則可選用房頂光伏+淺層地?zé)?日子沼氣+太陽能集熱器+外來綠電的綜合互補(bǔ)方法。

2、交通部分可著眼于五個(gè)方面。未來私家車以純電動(dòng)車為主;重卡、長途客運(yùn)能夠氫燃料電池為主;鐵路運(yùn)送以電氣化改造為主，特別地形和路段可選用氫燃料電池，一起開展磁懸浮高速列車;船舶運(yùn)送職業(yè)中的內(nèi)河航運(yùn)可用蓄電池，遠(yuǎn)航宜用氫燃料電池或以二氧化碳排放相對(duì)較少的液化天然氣作為動(dòng)力;航空則可用生物航空火油到達(dá)低碳方針。

3、鋼鐵職業(yè)碳排放首要來自煉焦和焦炭煉鐵，它可分兩階段完結(jié)低碳化。第一階段是對(duì)煉焦?fàn)t、高爐等的余熱、余能作充分運(yùn)用，一起用鋼化聯(lián)產(chǎn)的方法把煉鋼高爐中的副產(chǎn)品充分運(yùn)用起來。第二階段是逐漸用新的低碳化工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝，研制和完善富氧高爐煉鋼工藝，煉鋼進(jìn)程中以綠氫作復(fù)原劑代替焦炭，對(duì)廢鋼重?zé)捰枚塘鞒糖鍧崯掍摷寄艿取?br />
4、我國建材職業(yè)的排放首要來自水泥、陶瓷、玻璃的出產(chǎn)，其間80%來自水泥。建材職業(yè)低碳化應(yīng)從三方面研制技能，一是用電石渣、粉煤灰、鋼渣、硅鈣渣、各類礦渣代替石灰石作為煅燒水泥的質(zhì)料，從質(zhì)料運(yùn)用上削減碳排放的可能性;二是煅燒水泥時(shí)，盡可能用綠電、綠氫、生物質(zhì)代替煤炭;三是用綠電作動(dòng)力出產(chǎn)陶瓷和玻璃。

5、化工排放來自兩大方面，一是出產(chǎn)進(jìn)程用煤、天然氣作動(dòng)力，二是用煤、油、氣作原資料出產(chǎn)化工產(chǎn)品時(shí)的“減碳”，比方用煤出產(chǎn)乙烯，需求加氫減碳，其間加的氫假設(shè)不是綠氫，就會(huì)有碳排放，減的碳一般會(huì)作為二氧化碳排放到大氣中。因而，化工職業(yè)的低碳化應(yīng)從四個(gè)方面入手，一是蒸餾、焙燒等工藝進(jìn)程用綠電、綠氫;二是對(duì)余熱、余能作充分的運(yùn)用;三是適當(dāng)操控煤化工規(guī)劃，條件答應(yīng)時(shí)盡量用天然氣作質(zhì)料;四是對(duì)二氧化碳作捕集—運(yùn)用處理。

6、有色工業(yè)中的碳排放首要來自選礦、鍛煉兩個(gè)進(jìn)程，在整個(gè)冶金職業(yè)排放中，鋁工業(yè)排放占比在80%以上，由于電解鋁工藝用碳素作陽極，碳素在電解進(jìn)程中會(huì)被氧化成二氧化碳排放。因而，冶金工業(yè)的低碳化一是在選礦、鍛煉進(jìn)程中盡可能用綠電;二是研制綠色資料代替電解槽中的碳素陽極;三是對(duì)電解槽自身作出節(jié)能化改造;四是對(duì)鋁廢金屬作收回再生運(yùn)用。

7、在其他工業(yè)范疇中，食品加工業(yè)、造紙業(yè)、纖維制造業(yè)、紡織職業(yè)、醫(yī)藥職業(yè)等也有一定量的碳排放，其排放來歷首要有兩個(gè)方面：一是出產(chǎn)加工進(jìn)程頂用的煤、油、氣，二是其廢棄物發(fā)生的排放。這些職業(yè)的低碳化改造首要在于用綠電代替化石動(dòng)力，一起做好廢棄物的收回再運(yùn)用。

8、服務(wù)業(yè)是一個(gè)巨大的范疇，但服務(wù)業(yè)以“間接排放”為主，即服務(wù)業(yè)用電一般被計(jì)算到電力體系碳排放中，運(yùn)送進(jìn)程中的用油一般被計(jì)算到交通排放中，修建物中的用能(包含餐飲業(yè)的用氣)則被計(jì)算到修建排放中，似乎“直接排放”的量并不大。但這樣說，并不是說服務(wù)業(yè)能夠置身于低碳化之事外，恰恰相反，服務(wù)業(yè)亦有能夠“自動(dòng)作為”的當(dāng)?shù)兀@一方面是大力做好節(jié)能作業(yè)，另一方面是盡可能用電能代替化石動(dòng)力的運(yùn)用。

9、農(nóng)業(yè)的碳排放首要來自農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)用，與此一起，農(nóng)業(yè)中的畜牧養(yǎng)殖業(yè)以及栽培業(yè)是甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)的首要排放源，而這二者的溫室效應(yīng)才能是同當(dāng)量二氧化碳的數(shù)十倍至數(shù)百倍。從這樣的條件出發(fā)，農(nóng)業(yè)的低碳化一是農(nóng)業(yè)機(jī)械用綠電、綠氫代替柴油作動(dòng)力;二是從田間管理的視點(diǎn)，發(fā)掘能削減甲烷和氧化亞氮排放但不影響作物產(chǎn)值的技能;三是研宣布削減畜牧業(yè)碳排放的技能;四是盡可能添加農(nóng)業(yè)土壤的碳含量。

依據(jù)這九方面的介紹，咱們能夠看出：在動(dòng)力消費(fèi)端用綠電、綠氫等代替煤、油、氣，從理論上講是不難做到的，但工藝和設(shè)備的再造重建絕不是一件簡略的事。一起咱們也能夠幻想，這樣的代替和重建一定會(huì)添加終究消費(fèi)品的本錢。所以說，代替和重建需求時(shí)刻。

05固碳端的技能需求

提起固碳，咱們首先想到的是天然進(jìn)程，即經(jīng)過海洋和陸地表面把大氣中的二氧化碳吸收固定。但這里有必要指出，人類活動(dòng)每年都向大氣中排放二氧化碳，這其間的一部分能夠被天然進(jìn)程所吸收，余下部分如不經(jīng)過人為手段予以固定，則大氣中的二氧化碳濃度還會(huì)逐年增高。

咱們講固碳，首要是指經(jīng)過人為盡力固定下的那部分，而地球天然固碳進(jìn)程則屬于“天幫忙”，很難歸功于詳細(xì)的國家或?qū)嶓w。

“人盡力”進(jìn)行固碳一般可分兩大途徑，一是生態(tài)體系的保育與修正，二是把二氧化碳捕集起來后，或加工成工業(yè)產(chǎn)品，或封埋于地下或海底，這第二方面便是經(jīng)常談到的“碳捕獲、運(yùn)用與封存”——CCUS(Carbon Capture and Utilization-Storage)。

大眾對(duì)生態(tài)體系固碳都比較了解，它是運(yùn)用植物光合效果吸收大氣中的二氧化碳，所吸收的碳有一部分持久保存在植物自身之中(比方樹干)，也會(huì)有一部分凋落后(比方樹葉)腐爛進(jìn)入土壤中以有機(jī)碳的方法得到較為長時(shí)間的保存，當(dāng)然有機(jī)碳也會(huì)部分轉(zhuǎn)化成無機(jī)碳并同地表體系中的鈣離子結(jié)合構(gòu)成石灰石堆積。地表生態(tài)體系雖然類型多樣，但真實(shí)起首要效果的仍是森林生態(tài)體系，這是由于森林中的各種樹木都有很長的生長時(shí)間，在樹木適齡期內(nèi)，固碳效果可持續(xù)進(jìn)行;當(dāng)樹木進(jìn)入老練期，固碳才能就會(huì)減弱，但人們能夠經(jīng)過采伐—再造林的方法持續(xù)堅(jiān)持正向固碳效果，而采伐的木材能夠做成家具等產(chǎn)品，不至于把多年來固定的碳快速返還給大氣。

因而，生態(tài)體系固碳的要點(diǎn)在于森林生態(tài)體系，森林生態(tài)體系的管理一在于保育，二在于擴(kuò)展面積。我國有很多適宜森林生長的山地，這些區(qū)域曩昔生態(tài)受到過較大程度的破壞，最近幾十年來，一向處在康復(fù)之中，而這些人工次生林或喬/灌混雜林都很“年輕”，有進(jìn)一步發(fā)育、固碳的潛力。一起，我國又有不少非農(nóng)用地可作造林之用，包含近海的灘涂栽培紅樹林，城市鄉(xiāng)村的綠化用地栽培樹木。所以說，生態(tài)體系建造在我國完結(jié)碳中和進(jìn)程中將起到至關(guān)重要的效果。

人為固碳的另一條途徑是CCUS，它包含碳捕集技能、捕集后的工業(yè)化運(yùn)用技能(分為生物運(yùn)用和化工運(yùn)用兩大類)、地質(zhì)運(yùn)用和封存技能。對(duì)這些技能，國內(nèi)外尚處在研制階段，真實(shí)大面積的運(yùn)用尚未見到。

碳捕集技能分三大類：

?一是化學(xué)吸收法，它用化學(xué)吸收劑同煙道氣中的二氧化碳生成鹽類，再加熱或減壓將二氧化碳開釋并搜集。

?二是吸附法，又細(xì)分為化學(xué)吸附法和物理吸附法?；瘜W(xué)吸附法是用吸附資料同二氧化碳分子先作化學(xué)鍵合，再改動(dòng)條件把二氧化碳分子解吸附并搜集;物理吸附法是運(yùn)用活性炭、天然沸石、分子篩、硅膠等對(duì)煙道氣中的二氧化碳作選擇性吸附后再解吸附收回。

?三是膜別離法，即運(yùn)用膜對(duì)氣體分子透過率的不同，到達(dá)別離、搜集二氧化碳之目的。在詳細(xì)操作上，碳捕集還可分為焚燒前捕集、焚燒后捕集、化學(xué)鏈焚燒捕集、生物質(zhì)能碳捕集、從空氣中直接捕集等技能。

碳捕集后的工業(yè)化生物運(yùn)用技能現(xiàn)在首要有四大類：

一是運(yùn)用二氧化碳在反應(yīng)器中出產(chǎn)微藻，這些微藻再用作出產(chǎn)燃料、肥料、飼料、化學(xué)品的質(zhì)料。

二是將捕集到的二氧化碳注入溫室中，用以添加溫室中作物的光合效果，這個(gè)進(jìn)程又可稱為二氧化碳施肥。

三是把二氧化碳同微生物發(fā)酵進(jìn)程相結(jié)合，生成有機(jī)酸。

四是把二氧化碳用于組成人工淀粉。

碳捕集后的工業(yè)化化工運(yùn)用又分兩大類技能途徑，一大類是把二氧化碳中的四價(jià)態(tài)碳復(fù)原后加甲烷、氫氣等氣體，再整組成甲醇、烯烴、成品油等產(chǎn)品。另一大類為非復(fù)原技能，有二氧化碳加氨氣后制成尿素、加苯酚后組成水楊酸、加甲醇后組成有機(jī)酸酯等技能，也有組成可降解聚合物資料、各類聚酯資料等技能。

地質(zhì)運(yùn)用技能也有許多類型，這些技能有的已在工業(yè)化演示中，有的尚停留在實(shí)驗(yàn)室探究階段。比方運(yùn)用搜集起來的二氧化碳驅(qū)油、驅(qū)煤層氣、驅(qū)天然氣、驅(qū)頁巖氣等，這屬于油氣挖掘范疇的運(yùn)用，這類技能的一個(gè)共性是經(jīng)過出產(chǎn)性鉆孔把超臨界的二氧化碳?jí)旱降貙又?，運(yùn)用它驅(qū)動(dòng)孔隙、裂隙中的油、氣流出挖掘性鉆孔，到達(dá)油氣增產(chǎn)或添加油氣采收率的目的，與此一起，二氧化碳則滯留在孔隙、裂隙中得以長時(shí)間封存。

該類技能國內(nèi)外已有工業(yè)運(yùn)用演示。而另一些技能則在探究進(jìn)程中，比方用于挖掘干熱巖中的地?zé)?。干熱巖埋深在數(shù)千米，其內(nèi)部根本沒有流體存在，溫度在180℃以上，挖掘干熱巖中的熱能需求打出產(chǎn)井并用壓裂手段使巖石添加裂隙，然后在出產(chǎn)井中注入作業(yè)介質(zhì)，讓其流動(dòng)并采集熱量，終究從挖掘井中搜集熱量。一些研討標(biāo)明：用二氧化碳作為作業(yè)介質(zhì)，既起到挖掘干熱巖熱量的效果，又可把部分二氧化碳封存于地下。

地質(zhì)封存技能則是把二氧化碳搜集后直接經(jīng)過鉆孔注入地下深處或灌入深部海水中。這里要特別指出：深海對(duì)二氧化碳的溶解保存才能是巨大的。總歸，固碳的技能有多種，但這些技能不可避免地需求額外能量參加，因而有可能把終究產(chǎn)品的本錢提高一大塊。至于地質(zhì)封存，雖然理論和實(shí)踐上可行，但它似有“空轉(zhuǎn)”之嫌。從現(xiàn)階段看，只要生態(tài)固態(tài)才可統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

06碳中和的路線圖規(guī)劃

完結(jié)碳中和，是一個(gè)長時(shí)間進(jìn)程，需求有一個(gè)指導(dǎo)全局性作業(yè)的規(guī)劃，并依據(jù)形勢(shì)的開展、技能的前進(jìn)，能構(gòu)成不斷完善規(guī)劃的作業(yè)機(jī)制。我國的方針是2060年前完結(jié)碳中和，顯然在現(xiàn)在的認(rèn)知水平下，要做一個(gè)能覆蓋近40年時(shí)刻長度的規(guī)劃是不太現(xiàn)實(shí)的，但有一點(diǎn)咱們是有必要一開始就要做到心中有數(shù)的，那便是我國到時(shí)候還能夠排放多少二氧化碳，或者說從現(xiàn)在約100億噸的二氧化碳排放削減到多少才能夠宣布完結(jié)了碳中和方針。

這個(gè)問題不易切當(dāng)回答，但尋覓答案的思路是具有的，那便是“排放量=海洋吸收量+生態(tài)體系固碳量+人為固碳量+其他地表進(jìn)程固碳量”這個(gè)公式。對(duì)此，咱們能夠逐項(xiàng)做出剖析。

曩昔幾十年，海洋對(duì)人為排放二氧化碳的吸收份額為23%，這個(gè)進(jìn)程仍是比較安穩(wěn)的，雖然咱們很難猜測(cè)未來是否會(huì)發(fā)生重大改動(dòng)，但假定海洋將堅(jiān)持這個(gè)吸收份額不變，應(yīng)該是有依據(jù)的。

我國陸地生態(tài)體系固碳才能非常強(qiáng)。依據(jù)相關(guān)研討，2010—2020年間我國陸地生態(tài)體系每年的固碳量為10億—13億噸二氧化碳;一些專家依據(jù)這套數(shù)據(jù)并選用多種模型綜合剖析后，猜測(cè)2060年我國陸地生態(tài)體系固碳才能為10.72億噸二氧化碳/年，假設(shè)增強(qiáng)生態(tài)體系管理，還可新增固碳量2.46億噸二氧化碳/年，即2060年我國陸地生態(tài)體系固碳潛力總量為13.18億噸二氧化碳/年。此外，我國近海的生態(tài)體系固碳工程還沒發(fā)動(dòng)，這塊兒也應(yīng)該有較大潛力。

至于把碳捕集后作工業(yè)化運(yùn)用及封存的量有多大，這要取決于技能水平與經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)在要對(duì)此作出估量是有難度的。但咱們也能夠作出這樣的假定：假設(shè)到時(shí)完結(jié)碳中和有“缺口”，政府將對(duì)人為工業(yè)化固碳予以補(bǔ)貼，爭奪每年到達(dá)3億—5億噸二氧化碳的工業(yè)化固碳與地質(zhì)封存。以我國的工業(yè)技能開展速度，這個(gè)假定仍是相對(duì)“保存”的。

其他地表進(jìn)程固碳是指地下水體系把有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成石灰石沉淀、水土侵蝕效果把有機(jī)碳埋藏于河流—湖泊體系之中等地表進(jìn)程，它一年能固定的碳總量現(xiàn)在沒有體系研討數(shù)據(jù)，但大略估量中位數(shù)在1億噸二氧化碳左右。

為此，咱們能夠做出這樣的剖析，假設(shè)我國2060年前后二氧化碳年排放量在25億噸左右，那么海洋可吸收25×23%=5.75億噸二氧化碳，陸地和近海生態(tài)體系固碳14億噸二氧化碳，工業(yè)化固碳和地質(zhì)封存4億噸二氧化碳左右，根本上能夠做到“凈零排放”。

當(dāng)然，要從100億噸的二氧化碳排放量降到25億噸，難度亦是非常之大的，這需求咱們先有一個(gè)微觀的粗線條規(guī)劃。

依據(jù)我國五年規(guī)劃的慣例，可考慮以兩個(gè)五年規(guī)劃為一個(gè)階段，分四個(gè)階段，四十年時(shí)刻完結(jié)碳中和方針：

第一步為“控碳階段”，爭奪到2030年把碳排放總量操控在100億噸之內(nèi)，即“十四五”期間可比現(xiàn)在增一點(diǎn)，“十五五”期間再減回來。在這第一個(gè)十年中，交通部分爭奪大幅度添加電動(dòng)汽車和氫能運(yùn)送占比，修建部分的低碳化改造爭奪完結(jié)半數(shù)左右，工業(yè)部分運(yùn)用煤+氫+電代替煤炭的工藝進(jìn)程大部分完結(jié)研制和演示。這十年間電力需求的增加應(yīng)盡量少用火電滿意，而應(yīng)以風(fēng)、光為主，內(nèi)陸核電完結(jié)運(yùn)用演示，制氫和用氫的體系完結(jié)演示并有所推廣。

第二步為“減碳階段”，爭奪到2040年把二氧化碳排放總量操控在85億噸之內(nèi)。在這個(gè)階段，爭奪根本完結(jié)交通部分和修建部分的低碳化改造，工業(yè)部分全面推廣用煤/石油/天然氣+氫+電代替煤炭的工藝進(jìn)程，并在技能老練范疇推廣無碳新工藝。這十年火電裝機(jī)總量爭奪篩選15%落后產(chǎn)能，用風(fēng)、光資源制氫和用氫的體系齊備及大幅度擴(kuò)展產(chǎn)能。

第三步為“低碳階段”，爭奪到2050年把二氧化碳排放總量操控在60億噸之內(nèi)。在此階段，修建部分和交通部分到達(dá)近無碳化，工業(yè)部分的低碳化改造根本完結(jié)。這十年火電裝機(jī)總量再削減25%，風(fēng)、光發(fā)電及制氫作為動(dòng)力主力，經(jīng)濟(jì)適用的儲(chǔ)能技能根本老練。據(jù)估量，我國對(duì)核廢料的再生資源化運(yùn)用技能在這個(gè)階段將根本老練，核電上網(wǎng)電價(jià)將有所下降，故用核電代替火電作為“安穩(wěn)電源”的條件將根本具有。

第四步為“中和階段”，力求到2060年把二氧化碳排放總量操控在25億—30億噸。在此階段，智能化、低碳化的電力供應(yīng)體系得以樹立，火電裝機(jī)只占現(xiàn)在總量的30%左右，而且一部分火電用天然氣代替煤炭，火電排放二氧化碳力求操控在每年10億噸，火電只作為應(yīng)急電力和一部分區(qū)域的“基礎(chǔ)負(fù)荷”，電力供應(yīng)主力為光、風(fēng)、核、水。除交通和修建部分外，工業(yè)部分也全面完結(jié)低碳化。尚有15億噸的二氧化碳排放空間首要分配給水泥出產(chǎn)、化工、某些原資料出產(chǎn)和工業(yè)進(jìn)程、邊遠(yuǎn)區(qū)域的日子用能等“不得不排放”范疇。其余5億噸二氧化碳排放空間機(jī)動(dòng)分配。“四階段”路線圖僅僅一個(gè)大略表述，由于技能的前進(jìn)具有非線性，所謂十年一時(shí)期也僅僅為表達(dá)便利而定。

07碳中和帶來的機(jī)會(huì)和應(yīng)戰(zhàn)

早年面的介紹可知，完結(jié)碳中和，能夠理解為經(jīng)濟(jì)社會(huì)開展方法的一場(chǎng)大變革，對(duì)當(dāng)今世界的任何一個(gè)國家來說，都是一場(chǎng)巨大的應(yīng)戰(zhàn)。

對(duì)咱們來說，首要的應(yīng)戰(zhàn)在以下六個(gè)方面：

一是我國的動(dòng)力稟賦以煤為主。在煤、油、氣這三種化石動(dòng)力中，開釋相同的熱量，煤炭排放的二氧化碳量大大高于天然氣，也比石油高不少。我國的發(fā)電長時(shí)間以煤為主，這同石油、天然氣在火電中占比很高的那些歐美發(fā)達(dá)國家比，是資源性劣勢(shì)。

二是我國制造業(yè)的規(guī)劃非常巨大。咱們?cè)谇懊娴慕榻B中提到，我國接近70%的二氧化碳排放來自工業(yè)，這個(gè)占比高出歐美發(fā)達(dá)國家許多，這同我國制造業(yè)占比高、“世界工廠”的位置有關(guān)。

三是我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)還處于緊縮式快速開展階段，城鎮(zhèn)化、基礎(chǔ)設(shè)施建造、人民日子水平提高等方面的需求空間巨大。

四是我國的動(dòng)力需求還在增加，意味著我國的二氧化碳排放無論是總量仍是人均都會(huì)持續(xù)增加。

五是我國2030年達(dá)峰后到2060年中和，其間只要30年時(shí)刻，而美國、法國、英國從人均碳排放量調(diào)查，在20世紀(jì)70年代就達(dá)峰了，它們從達(dá)峰到2050年中和，中心有80年的調(diào)整時(shí)刻。

為了愈加明晰地闡明碳中和對(duì)我國的應(yīng)戰(zhàn)性，咱們下面用幾組碳排放有關(guān)的數(shù)據(jù)，以世界比較的方法，來做進(jìn)一步闡明。

第一組數(shù)據(jù)是從1900年到2020年間，不同國家的累計(jì)二氧化碳排放量(以億噸二氧化碳為單位)，美國為4047，歐盟27國為2751，我國為2307，俄羅斯為1152，日本為655，英國為618，印度為545，墨西哥為201，巴西為156。這個(gè)累計(jì)排放量可大略標(biāo)明一個(gè)國家長時(shí)間以來積累起來的“家底”。

上述計(jì)算沒有考慮人口基數(shù)，因而咱們需求第二組數(shù)據(jù)，1900年到2020年間的人均累計(jì)排放，這套數(shù)據(jù)以國家為單位，把每年的全國排放除以人口，取得逐年人均排放，再把這120年來的人均排放加和即可得出(數(shù)據(jù)以噸二氧化碳為單位)，詳細(xì)為：美國2025，加拿大1522，英國1209，俄羅斯848，歐盟27國713，日本575，墨西哥295，我國190，巴西107，印度58，全球人均累計(jì)為375，我國迄今為止只要全球人均的一半，不到美國的非常之一。

第三組數(shù)據(jù)是現(xiàn)在以國家為單位的排放量(以億噸二氧化碳為單位)，詳細(xì)是：我國100，美國52，歐盟27國30，印度25，俄羅斯16，日本11。假設(shè)考慮人均，那么有第四組數(shù)據(jù)(2016年到2020年人均排放，以噸二氧化碳為單位)，詳細(xì)是：美國15.9，加拿大15.3，俄羅斯11.4，日本9，我國7.2，歐盟27國6.6，巴西2.3，印度1.9。

從以上四組數(shù)據(jù)可知，我國最近幾十年的開展具有緊縮性特征，故現(xiàn)在的人均和國別排放數(shù)據(jù)比較高，這也是把握話語權(quán)的西方媒體不斷給我國戴上“最大排放國”，乃至是“最大污染國”帽子的所謂“理由”。但假設(shè)調(diào)查人均累計(jì)排放，我國對(duì)全球的“奉獻(xiàn)”非常小。別的，我國的人均GDP已達(dá)全球平均水平，而人均累計(jì)排放僅僅全球的一半，這仍是在我國動(dòng)力以煤炭為主、每年凈出口很多制造業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上到達(dá)的，由此闡明我國絕不是如一些研討者所說的是“動(dòng)力資源耗費(fèi)型”經(jīng)濟(jì)體。

第五組數(shù)據(jù)很有意思，它是由世界動(dòng)力署、世界銀行等樹立的居民人均消費(fèi)碳排放，它考慮了國家間經(jīng)過進(jìn)出口而發(fā)生的“碳排放搬運(yùn)”。2018年到2019年間的數(shù)據(jù)如下(單位為噸二氧化碳)：美國15.4，德國7.6，加拿大7.5，日本7.4，俄羅斯7.0，英國5.7，法國4.4，我國2.7，巴西1.5，印度1.1。這組數(shù)據(jù)闡明，世界上一些國家僅僅“生計(jì)型碳排放”，而有的國家早已進(jìn)入“奢侈型”或“糟蹋型”國家隊(duì)伍!

前面咱們談了碳中和對(duì)我國的五方面應(yīng)戰(zhàn)，下面再談五點(diǎn)機(jī)會(huì)：

一是我國光伏發(fā)電技能在世界上已是“一騎絕塵”，風(fēng)力發(fā)電技能處在世界第一方陣，核電技能也跨入世界先進(jìn)隊(duì)伍，建水電站的水平更是無出其右者。

二是我國西部有很多的風(fēng)、光資源，尤其是西部的荒漠、戈壁區(qū)域，是建造光伏電站的抱負(fù)場(chǎng)所，光伏電站建造還可帶來生態(tài)效益;東部咱們有大面積陡峭的大陸架，能夠?yàn)楹?yōu)勢(shì)電建造供給很多場(chǎng)所。

三是我國的森林大都處在幼年期，還有不少可造林面積，加之草地、濕地、農(nóng)田土壤的碳大都處在不飽和狀況，因而生態(tài)體系的固碳潛力非常大。

四是咱們完結(jié)碳中和方針的進(jìn)程，也是環(huán)境污染物排放大大削減的進(jìn)程，這意味著咱們將徹底處理大氣污染問題，其他污染物排放也將實(shí)質(zhì)性下降。此外，碳中和也意味著咱們將完結(jié)動(dòng)力獨(dú)立，國內(nèi)自產(chǎn)的原油、天然氣將能滿意化工質(zhì)料之需求，進(jìn)口油氣將大為削減，所謂的“馬六甲困境”將不再是一個(gè)實(shí)質(zhì)性威脅。動(dòng)力獨(dú)立從某種程度上還會(huì)為糧食安全供給助力。

五是我國的舉國體制優(yōu)勢(shì)將在碳中和進(jìn)程中發(fā)揮重大效果，由于碳中和觸及很多的國家規(guī)劃、工業(yè)政策、金融稅收政策等內(nèi)容，需求真實(shí)下好全國一盤棋。這點(diǎn)咱們從我國推動(dòng)光伏工業(yè)的進(jìn)程中就能夠看出，而且諸如此類的經(jīng)歷未來還會(huì)不斷被總結(jié)、深化。咱們乃至能夠預(yù)計(jì)，即便是堅(jiān)持自由市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的那些國家，它們?nèi)缦胝鎸?shí)完結(jié)碳中和，也將在國家工業(yè)政策規(guī)劃上取得助力。