2020年9月，國家主席習近平代表我國向世界作出莊嚴承諾：我國二氧化碳排放力爭於2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。自此之後，我國各地掀起一股爭取實現“雙碳”目標的熱潮，並為此作了大量人力和物力的投入。這表明我國上上下下對這個“雙碳”目標的態度是十分嚴肅的，國際社會應該對我們這個“需要在不長時期內作出世上規模最大的碳減排”的國家有充分信心。
但同時我們自己也應深刻認識到：根據我們國家的能源資源稟賦以及目前所處的發展階段，要真正在2060年前實現碳中和，困難非比尋常。這裏麵最大的困難是我們尚沒有全麵支持從“高碳社會”向“碳中和社會”轉型的技術體係，因而綠色低碳的產業體係還需要在研發大量新技術的基礎上才能逐步得到發展和確立。
中國科學院在習近平主席宣布“雙碳”目(mu)標(biao)後(hou)，設(she)立(li)了(le)一(yi)個(ge)大(da)型(xing)谘(zi)詢(xun)項(xiang)目(mu)，組(zu)織(zhi)百(bai)餘(yu)位(wei)來(lai)自(zi)多(duo)個(ge)學(xue)部(bu)的(de)院(yuan)士(shi)和(he)專(zhuan)家(jia)，著(zhe)重(zhong)就(jiu)我(wo)國(guo)實(shi)現(xian)碳(tan)中(zhong)和(he)需(xu)要(yao)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)什(shen)麼(me)樣(yang)的(de)技(ji)術(shu)體(ti)係(xi)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)，做(zuo)了(le)“清單式”的研究，並形成了專門報告和著作。本文將以這個研究為依據，從碳中和的概念和邏輯入手，重點介紹完成碳中和的“技術需求清單”，並在此基礎上討論幾個公眾比較關心的問題。
01 碳中和的概念
碳中和應從碳排放（碳源）和碳固定（碳彙）這(zhe)兩(liang)個(ge)側(ce)麵(mian)來(lai)理(li)解(jie)。碳(tan)排(pai)放(fang)既(ji)可(ke)以(yi)由(you)人(ren)為(wei)過(guo)程(cheng)產(chan)生(sheng)，又(you)可(ke)以(yi)由(you)自(zi)然(ran)過(guo)程(cheng)產(chan)生(sheng)。人(ren)為(wei)過(guo)程(cheng)主(zhu)要(yao)來(lai)自(zi)兩(liang)大(da)塊(kuai)，一(yi)是(shi)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)的(de)燃(ran)燒(shao)形(xing)成(cheng)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)（CO2）向大氣圈釋放，二是土地利用變化（最典型者是森林砍伐後土壤中的碳被氧化成二氧化碳釋放到大氣中）；自然界也有多種過程可向大氣中釋放二氧化碳，比如火山噴發、煤炭的地下自燃等。但應該指出：近一個多世紀以來，自然界的碳排放比之於人為碳排放，對大氣二氧化碳濃度變化的影響幾乎可以忽略不計。
碳固定也有自然固定和人為固定兩大類，並bing且qie以yi自zi然ran固gu定ding為wei主zhu。最zui主zhu要yao的de自zi然ran固gu碳tan過guo程cheng來lai自zi陸lu地di生sheng態tai係xi統tong。陸lu地di生sheng態tai係xi統tong的de諸zhu多duo類lei型xing中zhong，又you以yi森sen林lin生sheng態tai係xi統tong占zhan大da頭tou。所suo謂wei的de人ren為wei固gu定ding二er氧yang化hua碳tan，一yi種zhong方fang式shi是shi把ba二er氧yang化hua碳tan收shou集ji起qi來lai後hou，通tong過guo生sheng物wu或huo化hua學xue過guo程cheng，把ba它ta轉zhuan化hua成cheng其qi他ta化hua學xue品pin，另ling一yi種zhong方fang式shi則ze是shi把ba二er氧yang化hua碳tan封feng存cun到dao地di下xia深shen處chu和he海hai洋yang深shen處chu。
過去幾十年中，人為排放的二氧化碳，大致有54%被自然過程所吸收固定，剩下的46%則留存於大氣中。在自然吸收的54%中，23%由海洋完成，31%由陸地生態係統完成。比如最近幾年，全球每年的碳排放量大約為400億噸二氧化碳，其中的86%來自化石燃料燃燒，14%由土地利用變化造成。這400億噸二氧化碳中的184億噸（46%）加入到大氣中，導致大約2ppmv的大氣二氧化碳濃度增加。
所謂碳中和，就是要使大氣二氧化碳濃度不再增加。我們可以這樣設想：我們的經濟社會運作體係，即使到有能力實現碳中和的階段，一定會存在一部分“不得不排放的二氧化碳”，對它們一方麵還會有54%左右的自然固碳過程，餘下的那部分，就得通過生態係統固碳、人為地將二氧化碳轉化成化工產品或封存到地下等方式來消除。隻有當排放的量相等於固定的量之後，才算實現了碳中和。由此可見，碳中和同碳的零排放是兩個不同的概念，它是以大氣二氧化碳濃度不再增加為標誌。
02 我國二氧化碳排放來源及實現碳中和的基本邏輯
我國當前二氧化碳年排放量大數在100億噸左右，約為全球總排放量的四分之一。這樣較大數量的排放主要由我國的能源消費總量和能源消費結構所決定。我國目前的能源消費總量約為50億噸標準煤，其中煤炭、石油和天然氣三者合起來占比接近85%，其他非碳能源的占比隻有15%多一點。在煤、油、氣三類化石能源中，碳排放因子最高的煤炭占比接近70%。我國能源消費結構中，煤炭占比如此之高，在世界主要國家中是絕無僅有的。
約100億噸二氧化碳的年總排放中，發電和供熱約占45億噸，建築物建成後的運行（主要是用煤和用氣）約占5億噸，交通排放約占10億噸，工業排放約占39億噸。工業排放的四大領域是建材、鋼鐵、化工和有色，而建材排放的大頭是水泥生產（水泥以石灰石（CaCO3）為原料，煆燒成氧化鈣（CaO）後，勢必形成二氧化碳排放）。
電力/熱力生產過程產生的二氧化碳排放，其“賬”應該記到電力消費領域頭上。根據進一步研究，發現這45億噸二氧化碳中，約29億噸最終也應記入工業領域排放，約12.6億噸應記入建築物建成後的運行排放。所以我們說，我國工業排放約占總排放量的68%，如此之高的占比在所有主要國家中，也是絕無僅有的，這是我國作為“世界工廠”、處在城鎮化快速發展階段、經濟社會出現壓縮式發展等因素所決定的。
根據我國二氧化碳的排放現狀，我們就非常容易作出這樣的推斷：中國的碳中和需要構建一個“三端共同發力體係”。第一端是電力端，即電力/熱力供應端的以煤為主應該改造發展為以風、光、水、核、地熱等可再生能源和非碳能源為主。第二端是能源消費端，即建材、鋼鐵、化工、有色等原材料生產過程中的用能以綠電、綠氫等替代煤、油、氣，水泥生產過程把石灰石作為原料的使用量降到最低，交通用能、建築用能以綠電、綠氫、地熱等替代煤、油、氣。能源消費端要實現這樣的替代，一個重要的前提是全國綠電供應能力幾乎處在“有求必應”的狀態。第三端是固碳端，可以想見，不管前麵兩端如何發展，在技術上要達到零碳排放是不太可能的，比如煤、油、氣化工生產過程中的“減碳”所產生的二氧化碳，又比如水泥生產過程中總會產生的那部分二氧化碳，還有電力生產本身，真正要做到“零碳電力”也隻能寄希望於遙遠的將來。因此，我們還得把“不得不排放的二氧化碳”用各種人為措施將其固定下來，其中最為重要的措施是生態建設，此外還有碳捕集之後的工業化利用，以及封存到地層和深海中。
03 電力供應端的技術需求
傳統上，電力供應係統包括了發電、儲能和輸電三大部分，從現在業界經常談到的“新型電力供應係統”的角度，還應把用戶也統籌考慮在內。從實現碳中和的角度，我國未來的電力供應係統應該具備以下六方麵特點。
一是電力裝機容量要成倍擴大。我國目前的發電裝機容量在24億千瓦左右，如果考慮以下因素：（1）未來要實現能源消費端對化石能源的綠電替代和綠氫替代；（2）從世界大部分先發國家走過的曆程看，人均GDP從一萬美元到三四萬美元之間，人均能源消費量還會有比較明顯的增長；（3）風、光等波動性能源的“出工能力”隻有傳統火電的三分之一左右，那麼我國2060年前的裝機容量至少需要60億到80億千瓦。
二是風、光資源將逐步成為主力發電和供能資源。其中西部風、光資源和沿海大陸架風力資源是主體，各地分散式（尤其是農村）光熱資源是補充。
三是“穩定電源”將從目前的火電為主逐步轉化為以核電、水電以及綜合互補的非碳能源為主。
四是必須利用能量的存儲、轉化、調節等技術，彌補風、光資源波動性大的天然缺陷。
五是火電還得有，但主要作為應急電源和一部分調節電源之用。與此同時，火電應完成清潔、低碳化改造，有條件的情況下，用天然氣代替煤炭，以降低二氧化碳排放強度。
六是在現有基礎上，成倍擴大輸電基礎設施，把西部充沛的電力輸送到中東部消納區。與此同時，加強配電基礎設施建設，增強對分布式能源的消納能力。
在這樣的電力供應係統中，碳中和本身的目標要求未來電力的70%左右來自風、光發電，其他30%的穩定電源、調節電源和應急電源也要盡可能地減少火電的裝機總量。正因為如此，未來需要促進發電技術、儲能技術和輸電技術這三方麵的“革命性”進步。
發電技術要為綠色低碳電力生產提供支撐。這裏麵需重點促進可再生能源發電技術的進步，特別是要注重發展以下技術：（1）光伏發電技術雖已發展到可平價上網的程度，但這類技術在降成本、增效率上還有潛力可挖；（2）太陽能熱發電技術對電網友好，既可保證穩定輸出，也可用於調峰，但目前發電成本過高，未來應在材料、裝置上尋求突破；（3）風力發電技術也基本具備平價上網的條件，未來要在大功率風機製造、更高空間風力的利用、更遠的海上風電站建設上下功夫；（4）地熱分布廣、總量大，但能量密度太低，如要將地熱用於發電，還得重點突破從幹熱岩中提取熱能的技術；（5）生物質能也是可再生能源，目前生物質能發電技術是成熟的，但其在總的電力供應上的占比較為有限；（6）海洋能和潮汐能的總量不小，但其利用技術有待進步；（7）傳統的水電我國開發程度已經較高，未來在雅魯藏布江、金沙江上遊開發上還有較大潛力。
除以上可再生能源發電以外，社會公眾還得接受這樣的現實：要達到碳中和，核電還得較大程度地發展，因為核電應作為“穩定電源”的重要組成部分。此外，火電還得在“穩定電源”“應急電源”“調節電源”方麵發揮作用，正因為如此，“無碳電力”在很長時期內是難以實現的，除非我們把火電站排放出的二氧化碳收集起來再予以封存或利用。
儲能技術在未來的電力供應係統中將占有突出的位置，這是因為風、光發電具有天然波動性，用戶端也有波動性，這就需要用儲能技術作出調節。可以這樣說，如果沒有環保、可靠並相對廉價的儲能技術，碳中和目標就會落空。儲能是最重要的電力靈活性調節方式，包括物理儲能、化學儲能和電磁儲能三大類，而靈活性調節還有火電機組的靈活性改造、車網互動、電轉燃料、電轉熱等方式和技術。
物理儲能主要有四類。一是抽水蓄能電站，它是最成熟的技術，我國以東部山地為依托，已建、zaijianheguihuazhongdechoushuixunengdianzhanzonglianghenda，dankezaishengnengyuanfengfudexiburuhejianchoushuixunengdianzhanhaidetansuo。ershiyasuokongqichuneng，zhuyaoshiliyongdixiayanxue、礦井等空間，該類技術在我國還處在起步階段。三是重力儲能，簡單地說是利用懸崖、斜xie坡po等deng地di形xing，電dian力li有you餘yu時shi把ba重zhong物wu提ti起qi來lai，需xu要yao電dian力li時shi把ba重zhong物wu放fang下xia用yong勢shi能neng做zuo功gong，這zhe類lei技ji術shu我wo國guo尚shang處chu在zai試shi驗yan階jie段duan。四si是shi飛fei輪lun儲chu能neng，這zhe是shi成cheng熟shu的de技ji術shu，但dan其qi能neng量liang密mi度du不bu高gao。
化學儲能就是利用各類電池，大家熟知的有鋰電池、鈉電池、鉛酸（碳）電池、液流電池、液態金屬電池、金屬空氣電池、燃料電池（氫、甲烷）等。不同的電池有不同的應用場景，它們在未來的電力供應係統中具有不可或缺的地位，但今後會遇到電池回收、環保處理、資源供應等問題。
電磁儲能主要是超級電容器和超導材料儲能，目前看，它的作用還有待觀察。
現有火電機組的靈活性改造是指使其“出工能力”具備靈活性，用電高峰時機組可以發揮100%發電能力，用電低穀時隻“出工”20%或30%。這個技術一旦成熟，應該非常管用，尤其在實現“雙碳”mubiaodezaozhongqijieduan，yingjiangqizuoweizhudajishu。chewanghudongshizhidiandongqicheyudianwangdehudong。jiandandishuo，jinhoudaliangdediandongqichezhengheqilaijiushiyigefeichangpangdadechunengxitong，ruguozaidianwangdianliyouyushi，tamenzhongdeyibufenjizhongchongdian，erdianlibuzushi，tamenzhongdeyibufenxiangdianwangshudian，zheyangjiuqidaolepinghuafenggudezuoyong。zhegexiangfahenmeihao，yeyoudian“浪漫”，但如何將理論上的可能性轉化為實踐中的可行性，估計還得創新商業模式。
電轉燃料就是把多餘電力轉化為氫氣、甲烷等燃料，電力不足時再把燃料用於發電。電轉熱儲能則是用水、油、陶瓷、熔鹽等儲熱材料把多餘的電轉化為熱儲存，需要時再為用戶放熱。
新型電力供應係統的第三個主要組成部分是輸電網絡。從實現碳中和的邏輯分析，我國未來的電網將有以下幾個突出特點：（1）遠距離的輸電規模將在現有的基礎上增加數倍，意味著要把西部的清潔電力輸送到東部消納區，輸電基礎設施建設的需求巨大；（2）為了統籌、引導大空間尺度上的發電資源和用戶需求，大電網應是基本形態；（3）貼近終端用戶（如工業園區、小城鎮等）的分布式微電網建設將受到重視，並將成為大電網的有效補充；（4）為解決波動性強的可再生能源占比高、電力電子裝置比例高的特點，需要在電網的智能化控製技術上實現質的飛躍。
從上麵的介紹可知，建立一個新型電力係統，其實是逐步“擠出”火電的過程，或者嚴格地說，是一個把火電裝機量占比減到最小的過程，留下的火電也得作“清潔化”改造。我國具有充足的風能、太陽能，從理論上講，資源絕對足夠。但能不能把這些分布廣、能量密度低的風、光資源利用起來，並保證電價相對便宜，研發出先進的技術，尤其是儲能技術是關鍵中的關鍵！
04 能源消耗端的技術需求
能源消費端的減碳有兩個關鍵詞，一是替代，二是重建。所謂替代就是用綠電、綠氫、地熱等非碳能源替代傳統的煤、油、氣，而重建則強調在替代過程中，一係列工藝過程需要重新建立。
對此，我們可分九個領域，對能源消費端的低碳化所需研發的技術或替代方式分別作出簡單介紹。
1. 建築部門應在三個方麵發力。首先是對建築本身作出節能化改造；其次是針對城市的建築用能，包括取暖/製冷和家庭炊事等，均應以綠電和地熱為主；農村的家庭用能，則可采用屋頂光伏+淺層地熱+生活沼氣+太陽能集熱器+外來綠電的綜合互補方式。
2. 交通部門可著眼於五個方麵。未來私家車以純電動車為主；重卡、長途客運可以氫燃料電池為主；鐵路運輸以電氣化改造為主，特殊地形和路段可采用氫燃料電池，同時發展磁懸浮高速列車；船舶運輸行業中的內河航運可用蓄電池，遠航宜用氫燃料電池或以二氧化碳排放相對較少的液化天然氣作為動力；航空則可用生物航空煤油達到低碳目標。
3. 鋼鐵行業碳排放主要來自煉焦和焦炭煉鐵，它可分兩階段實現低碳化。第一階段是對煉焦爐、高爐等的餘熱、餘yu能neng作zuo充chong分fen利li用yong，同tong時shi用yong鋼gang化hua聯lian產chan的de方fang式shi把ba煉lian鋼gang高gao爐lu中zhong的de副fu產chan品pin充chong分fen利li用yong起qi來lai。第di二er階jie段duan是shi逐zhu步bu用yong新xin的de低di碳tan化hua工gong藝yi取qu代dai傳chuan統tong工gong藝yi，研yan發fa和he完wan善shan富fu氧yang高gao爐lu煉lian鋼gang工gong藝yi，煉lian鋼gang過guo程cheng中zhong以yi綠lv氫qing作zuo還hai原yuan劑ji取qu代dai焦jiao炭tan，對dui廢fei鋼gang重zhong煉lian用yong短duan流liu程cheng清qing潔jie煉lian鋼gang技ji術shu等deng。
4. 我國建材行業的排放主要來自水泥、陶瓷、玻璃的生產，其中80%來自水泥。建材行業低碳化應從三方麵研發技術，一是用電石渣、粉煤灰、鋼渣、矽鈣渣、各類礦渣代替石灰石作為煆燒水泥的原料，從原料利用上減少碳排放的可能性；二是煆燒水泥時，盡可能用綠電、綠氫、生物質替代煤炭；三是用綠電作能源生產陶瓷和玻璃。
5. 化工排放來自兩大方麵，一是生產過程用煤、天然氣作能源，二是用煤、油、氣作原材料生產化工產品時的“減碳”，比(bi)如(ru)用(yong)煤(mei)生(sheng)產(chan)乙(yi)烯(xi)，需(xu)要(yao)加(jia)氫(qing)減(jian)碳(tan)，其(qi)中(zhong)加(jia)的(de)氫(qing)如(ru)果(guo)不(bu)是(shi)綠(lv)氫(qing)，就(jiu)會(hui)有(you)碳(tan)排(pai)放(fang)，減(jian)的(de)碳(tan)一(yi)般(ban)會(hui)作(zuo)為(wei)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)到(dao)大(da)氣(qi)中(zhong)。因(yin)此(ci)，化(hua)工(gong)行(xing)業(ye)的(de)低(di)碳(tan)化(hua)應(ying)從(cong)四(si)個(ge)方(fang)麵(mian)入(ru)手(shou)，一(yi)是(shi)蒸(zheng)餾(liu)、焙燒等工藝過程用綠電、綠氫；二是對餘熱、餘能作充分的利用；三是適當控製煤化工規模，條件許可時盡量用天然氣作原料；四是對二氧化碳作捕集—利用處理。
6. 有色工業中的碳排放主要來自選礦、冶煉兩個過程，在整個冶金行業排放中，鋁工業排放占比在80%以上，因為電解鋁工藝用碳素作陽極，碳素在電解過程中會被氧化成二氧化碳排放。因此，冶金工業的低碳化一是在選礦、冶煉過程中盡可能用綠電；二是研發綠色材料取代電解槽中的碳素陽極；三是對電解槽本身作出節能化改造；四是對鋁廢金屬作回收再生利用。
7. 在其他工業領域中，食品加工業、造紙業、纖維製造業、紡織行業、醫藥行業等也有一定量的碳排放，其排放來源主要有兩個方麵，一是生產加工過程中用的煤、油、氣，二是其廢棄物產生的排放。這些行業的低碳化改造主要在於用綠電替代化石能源，同時做好廢棄物的回收再利用。
8. 服務業是一個龐大的領域，但服務業以“間接排放”為主，即服務業用電一般被統計到電力係統碳排放中，運輸過程中的用油一般被統計到交通排放中，建築物中的用能（包括餐飲業的用氣）則被統計到建築排放中，似乎“直接排放”的量並不大。但這樣說，並不是說服務業可以置身於低碳化之事外，恰恰相反，服務業亦有可以“主動作為”的地方，這一方麵是大力做好節能工作，另一方麵是盡可能用電能替代化石能源的使用。
9. 農業的碳排放主要來自農業機械的使用，與此同時，農業中的畜牧養殖業以及種植業是甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）的主要排放源，而這二者的溫室效應能力是同當量二氧化碳的數十倍至數百倍。從這樣的前提出發，農業的低碳化一是農業機械用綠電、綠氫替代柴油作動力；二是從田間管理的角度，挖掘能減少甲烷和氧化亞氮排放但不影響作物產量的技術；三是研發出減少畜牧業碳排放的技術；四是盡可能增加農業土壤的碳含量。
根據這九方麵的介紹，我們可以看出：在能源消費端用綠電、綠氫等替代煤、油、氣，從理論上講是不難做到的，但工藝和設備的再造重建絕不是一件簡單的事。同時我們也可以想象，這樣的替代和重建一定會增加最終消費品的成本。所以說，替代和重建需要時間。
05 固碳端的技術需求
tiqigutan，womenshouxianxiangdaodeshiziranguocheng，jitongguohaiyangheludibiaomianbadaqizhongdeeryanghuatanxishouguding。danzhelibixuzhichu，renleihuodongmeiniandouxiangdaqizhongpaifangeryanghuatan，zheqizhongdeyibufenkeyibeiziranguochengsuoxishou，yuxiabufenrubutongguorenweishouduanyuyiguding，zedaqizhongdeeryanghuatannongduhaihuizhunianzenggao。所以我們講固碳，主要是指通過人為努力固定下的那部分，而地球自然固碳過程則屬於“天幫忙”，很難歸功於具體的國家或實體。
“人努力”jinxinggutanyibankefenliangdatujing，yishishengtaixitongdebaoyuyuxiufu，ershibaeryanghuatanbujiqilaihou，huojiagongchenggongyechanpin，huofengmaiyudixiahuohaidi，zhedierfangmianjiushijingchangtandaode“碳捕獲、利用與封存”——CCUS（Carbon Capture and Utilization-Storage）。
公眾對生態係統固碳都比較熟悉，它是利用植物光合作用吸收大氣中的二氧化碳，所吸收的碳有一部分長久保存在植物本身之中（比如樹幹），也會有一部分凋落後（比如樹葉）fulanjinruturangzhongyiyoujitandexingshidedaojiaoweichangqidebaocun，dangranyoujitanyehuibufenzhuanhuachengwujitanbingtongdibiaoxitongzhongdegailizijiehexingchengshihuishichenji。dibiaoshengtaixitongjinguanleixingduoyang，danzhenzhengqizhuyaozuoyongdehaishisenlinshengtaixitong，zheshiyinweisenlinzhongdegezhongshumudouyouhenchangdeshengchangqi，zaishumushilingqinei，gutanzuoyongkechixujinxing；當樹木進入成熟期，固碳能力就會減弱，但人們可以通過砍伐—再造林的方式繼續保持正向固碳作用，而砍伐的木材可以做成家具等產品，不至於把多年來固定的碳快速返還給大氣。
因此，生態係統固碳的重點在於森林生態係統，森林生態係統的管理一在於保育，二在於擴大麵積。我wo國guo有you大da量liang適shi宜yi森sen林lin生sheng長chang的de山shan地di，這zhe些xie地di區qu過guo去qu生sheng態tai受shou到dao過guo較jiao大da程cheng度du的de破po壞huai，最zui近jin幾ji十shi年nian來lai，一yi直zhi處chu在zai恢hui複fu之zhi中zhong，而er這zhe些xie人ren工gong次ci生sheng林lin或huo喬qiao/灌混雜林都很“年輕”，有進一步發育、固(gu)碳(tan)的(de)潛(qian)力(li)。同(tong)時(shi)，我(wo)國(guo)又(you)有(you)不(bu)少(shao)非(fei)農(nong)用(yong)地(di)可(ke)作(zuo)造(zao)林(lin)之(zhi)用(yong)，包(bao)括(kuo)近(jin)海(hai)的(de)灘(tan)塗(tu)種(zhong)植(zhi)紅(hong)樹(shu)林(lin)，城(cheng)市(shi)鄉(xiang)村(cun)的(de)綠(lv)化(hua)用(yong)地(di)種(zhong)植(zhi)樹(shu)木(mu)。所(suo)以(yi)說(shuo)，生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong)建(jian)設(she)在(zai)我(wo)國(guo)實(shi)現(xian)碳(tan)中(zhong)和(he)過(guo)程(cheng)中(zhong)將(jiang)起(qi)到(dao)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。
人為固碳的另一條途徑是CCUS，它包括碳捕集技術、捕集後的工業化利用技術（分為生物利用和化工利用兩大類）、地質利用和封存技術。對這些技術，國內外尚處在研發階段，真正大麵積的應用尚未見到。
碳捕集技術分三大類。yishihuaxuexishoufa，tayonghuaxuexishoujitongyandaoqizhongdeeryanghuatanshengchengyanlei，zaijiarehuojianyajiangeryanghuatanshifangbingshouji。ershixifufa，youxifenweihuaxuexifufahewulixifufa。huaxuexifufashiyongxifucailiaotongeryanghuatanfenzixianzuohuaxuejianhe，zaigaibiantiaojianbaeryanghuatanfenzijiexifubingshouji；物理吸附法是利用活性炭、天然沸石、分子篩、矽膠等對煙道氣中的二氧化碳作選擇性吸附後再解吸附回收。三是膜分離法，即利用膜對氣體分子透過率的不同，達到分離、收集二氧化碳之目的。在具體操作上，碳捕集還可分為燃燒前捕集、燃燒後捕集、化學鏈燃燒捕集、生物質能碳捕集、從空氣中直接捕集等技術。
碳捕集後的工業化生物利用技術目前主要有四大類，一是利用二氧化碳在反應器中生產微藻，這些微藻再用作生產燃料、肥料、飼料、化hua學xue品pin的de原yuan料liao。二er是shi將jiang捕bu集ji到dao的de二er氧yang化hua碳tan注zhu入ru溫wen室shi中zhong，用yong以yi增zeng加jia溫wen室shi中zhong作zuo物wu的de光guang合he作zuo用yong，這zhe個ge過guo程cheng又you可ke稱cheng為wei二er氧yang化hua碳tan施shi肥fei。三san是shi把ba二er氧yang化hua碳tan同tong微wei生sheng物wu發fa酵jiao過guo程cheng相xiang結jie合he，生sheng成cheng有you機ji酸suan。四si是shi把ba二er氧yang化hua碳tan用yong於yu合he成cheng人ren工gong澱dian粉fen。碳tan捕bu集ji後hou的de工gong業ye化hua化hua工gong利li用yong又you分fen兩liang大da類lei技ji術shu途tu徑jing，一yi大da類lei是shi把ba二er氧yang化hua碳tan中zhong的de四si價jia態tai碳tan還hai原yuan後hou加jia甲jia烷wan、氫氣等氣體，再整合成甲醇、烯烴、成品油等產品。另一大類為非還原技術，有二氧化碳加氨氣後製成尿素、加苯酚後合成水楊酸、加甲醇後合成有機酸酯等技術，也有合成可降解聚合物材料、各類聚酯材料等技術。
地質利用技術也有很多類型，這些技術有的已在工業化示範中，有的尚停留在實驗室探索階段。比如利用收集起來的二氧化碳驅油、驅煤層氣、驅天然氣、驅頁岩氣等，這屬於油氣開采領域的應用，這類技術的一個共性是通過生產性鑽孔把超臨界的二氧化碳壓到地層中，利用它驅動孔隙、裂隙中的油、氣流出開采性鑽孔，達到油氣增產或增加油氣采收率的目的，與此同時，二氧化碳則滯留在孔隙、裂(lie)隙(xi)中(zhong)得(de)以(yi)長(chang)期(qi)封(feng)存(cun)。該(gai)類(lei)技(ji)術(shu)國(guo)內(nei)外(wai)已(yi)有(you)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)示(shi)範(fan)。而(er)另(ling)一(yi)些(xie)技(ji)術(shu)則(ze)在(zai)探(tan)索(suo)過(guo)程(cheng)中(zhong)，比(bi)如(ru)用(yong)於(yu)開(kai)采(cai)幹(gan)熱(re)岩(yan)中(zhong)的(de)地(di)熱(re)。幹(gan)熱(re)岩(yan)埋(mai)深(shen)在(zai)數(shu)千(qian)米(mi)，其(qi)內(nei)部(bu)基(ji)本(ben)沒(mei)有(you)流(liu)體(ti)存(cun)在(zai)，溫(wen)度(du)在(zai)180℃以yi上shang，開kai采cai幹gan熱re岩yan中zhong的de熱re能neng需xu要yao打da生sheng產chan井jing並bing用yong壓ya裂lie手shou段duan使shi岩yan石shi增zeng加jia裂lie隙xi，然ran後hou在zai生sheng產chan井jing中zhong注zhu入ru工gong作zuo介jie質zhi，讓rang其qi流liu動dong並bing采cai集ji熱re量liang，最zui後hou從cong開kai采cai井jing中zhong收shou集ji熱re量liang。一yi些xie研yan究jiu表biao明ming：用二氧化碳作為工作介質，既起到開采幹熱岩熱量的作用，又可把部分二氧化碳封存於地下。
地質封存技術則是把二氧化碳收集後直接通過鑽孔注入地下深處或灌入深部海水中。這裏要特別指出：深海對二氧化碳的溶解保存能力是巨大的。
總之，固碳的技術有多種，但這些技術不可避免地需要額外能量加入，因此有可能把最終產品的成本提高一大塊。至於地質封存，盡管理論和實踐上可行，但它似有“空轉”之嫌。從現階段看，隻有生態固態才可兼顧經濟效益和社會效益。
06 碳中和的路線圖規劃
實現碳中和，是一個長期過程，需要有一個指導全局性工作的規劃，並根據形勢的發展、技術的進步，能形成不斷完善規劃的工作機製。我國的目標是2060年前實現碳中和，顯然在目前的認知水平下，要做一個能覆蓋近40年(nian)時(shi)間(jian)長(chang)度(du)的(de)規(gui)劃(hua)是(shi)不(bu)太(tai)現(xian)實(shi)的(de)，但(dan)有(you)一(yi)點(dian)我(wo)們(men)是(shi)必(bi)須(xu)一(yi)開(kai)始(shi)就(jiu)要(yao)做(zuo)到(dao)心(xin)中(zhong)有(you)數(shu)的(de)，那(na)就(jiu)是(shi)我(wo)國(guo)到(dao)時(shi)候(hou)還(hai)可(ke)以(yi)排(pai)放(fang)多(duo)少(shao)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)，或(huo)者(zhe)說(shuo)從(cong)目(mu)前(qian)約(yue)100億噸的二氧化碳排放減少到多少才可以宣布完成了碳中和目標。
這個問題不易確切回答，但尋找答案的思路是具備的，那就是“排放量=海洋吸收量+生態係統固碳量+人為固碳量+其他地表過程固碳量”這個公式。對此，我們可以逐項做出分析。
過去幾十年，海洋對人為排放二氧化碳的吸收比例為23%，這個過程還是比較穩定的，盡管我們很難預測未來是否會產生重大改變，但假定海洋將保持這個吸收比例不變，應該是有依據的。
我國陸地生態係統固碳能力非常強。根據相關研究，2010—2020年間我國陸地生態係統每年的固碳量為10億—13億噸二氧化碳；一些專家根據這套數據並采用多種模型綜合分析後，預測2060年我國陸地生態係統固碳能力為10.72億噸二氧化碳/年，如果增強生態係統管理，還可新增固碳量2.46億噸二氧化碳/年，即2060年我國陸地生態係統固碳潛力總量為13.18億噸二氧化碳/年。此外，我國近海的生態係統固碳工程還沒啟動，這塊兒也應該有較大潛力。
至zhi於yu把ba碳tan捕bu集ji後hou作zuo工gong業ye化hua利li用yong及ji封feng存cun的de量liang有you多duo大da，這zhe要yao取qu決jue於yu技ji術shu水shui平ping與yu經jing濟ji效xiao益yi，目mu前qian要yao對dui此ci作zuo出chu估gu計ji是shi有you難nan度du的de。但dan我wo們men也ye可ke以yi作zuo出chu這zhe樣yang的de假jia定ding：如果屆時實現碳中和有“缺口”，政府將對人為工業化固碳予以補貼，爭取每年達到3億—5億噸二氧化碳的工業化固碳與地質封存。以中國的工業技術發展速度，這個假定還是相對“保守”的。
其他地表過程固碳是指地下水係統把有機碳轉化成石灰石沉澱、水土侵蝕作用把有機碳埋藏於河流—湖泊係統之中等地表過程，它一年能固定的碳總量目前沒有係統研究數據，但粗略估計中位數在1億噸二氧化碳左右。
為此，我們可以做出這樣的分析，假如我國2060年前後二氧化碳年排放量在25億噸左右，那麼海洋可吸收25×23%=5.75億噸二氧化碳，陸地和近海生態係統固碳14億噸二氧化碳，工業化固碳和地質封存4億噸二氧化碳左右，基本上可以做到“淨零排放”。當然，要從100億噸的二氧化碳排放量降到25億yi噸dun，難nan度du亦yi是shi非fei常chang之zhi大da的de，這zhe需xu要yao我wo們men先xian有you一yi個ge宏hong觀guan的de粗cu線xian條tiao規gui劃hua。根gen據ju我wo國guo五wu年nian規gui劃hua的de慣guan例li，可ke考kao慮lv以yi兩liang個ge五wu年nian規gui劃hua為wei一yi個ge階jie段duan，分fen四si個ge階jie段duan，四si十shi年nian時shi間jian實shi現xian碳tan中zhong和he目mu標biao。
第一步為“控碳階段”，爭取到2030年把碳排放總量控製在100億噸之內，即“十四五”期間可比目前增一點，“十五五”期間再減回來。在這第一個十年中，交通部門爭取大幅度增加電動汽車和氫能運輸占比，建築部門的低碳化改造爭取完成半數左右，工業部門利用煤+氫+電取代煤炭的工藝過程大部分完成研發和示範。這十年間電力需求的增長應盡量少用火電滿足，而應以風、光為主，內陸核電完成應用示範，製氫和用氫的體係完成示範並有所推廣。
第二步為“減碳階段”，爭取到2040年把二氧化碳排放總量控製在85億噸之內。在這個階段，爭取基本完成交通部門和建築部門的低碳化改造，工業部門全麵推廣用煤/石油/天然氣+氫+電取代煤炭的工藝過程，並在技術成熟領域推廣無碳新工藝。這十年火電裝機總量爭取淘汰15%落後產能，用風、光資源製氫和用氫的體係完備及大幅度擴大產能。
第三步為“低碳階段”，爭取到2050年把二氧化碳排放總量控製在60億噸之內。在此階段，建築部門和交通部門達到近無碳化，工業部門的低碳化改造基本完成。這十年火電裝機總量再削減25%，風、guangfadianjizhiqingzuoweinengyuanzhuli，jingjishiyongdechunengjishujibenchengshu。juguji，woguoduihefeiliaodezaishengziyuanhualiyongjishuzaizhegejieduanjiangjibenchengshu，hedianshangwangdianjiajiangyousuoxiajiang，guyonghediandaitihuodianzuowei“穩定電源”的條件將基本具備。
第四步為“中和階段”，力爭到2060年把二氧化碳排放總量控製在25億—30億噸。在此階段，智能化、低碳化的電力供應係統得以建立，火電裝機隻占目前總量的30%左右，並且一部分火電用天然氣替代煤炭，火電排放二氧化碳力爭控製在每年10億噸，火電隻作為應急電力和一部分地區的“基礎負荷”，電力供應主力為光、風、核、水。除交通和建築部門外，工業部門也全麵實現低碳化。尚有15億噸的二氧化碳排放空間主要分配給水泥生產、化工、某些原材料生產和工業過程、邊遠地區的生活用能等“不得不排放”領域。其餘5億噸二氧化碳排放空間機動分配。
“四階段”路線圖隻是一個粗略表述，由於技術的進步具有非線性，所謂十年一時期也隻是為表達方便而定。
07 碳中和對我國的挑戰和機遇
從cong前qian麵mian的de介jie紹shao可ke知zhi，實shi現xian碳tan中zhong和he，可ke以yi理li解jie為wei經jing濟ji社she會hui發fa展zhan方fang式shi的de一yi場chang大da變bian革ge，對dui當dang今jin世shi界jie的de任ren何he一yi個ge國guo家jia來lai說shuo，都dou是shi一yi場chang巨ju大da的de挑tiao戰zhan。對dui我wo國guo來lai說shuo，主zhu要yao的de挑tiao戰zhan在zai以yi下xia幾ji個ge方fang麵mian。一是我國的能源稟賦以煤為主。在煤、油、qizhesanzhonghuashinengyuanzhong，shifangtongyangdereliang，meitanpaifangdeeryanghuatanliangdadagaoyutianranqi，yebishiyougaobushao。woguodefadianchangqiyimeiweizhu，zhetongshiyou、天然氣在火電中占比很高的那些歐美發達國家比，是資源性劣勢。二是我國製造業的規模十分龐大。我們在前麵的介紹中提到，我國接近70%的二氧化碳排放來自工業，這個占比高出歐美發達國家很多，這同我國製造業占比高、“世界工廠”的地位有關。三是我國經濟社會還處於壓縮式快速發展階段，城鎮化、基礎設施建設、人民生活水平提升等方麵的需求空間巨大。四是我國的能源需求還在增長，意味著我國的二氧化碳排放無論是總量還是人均都會繼續增長。五是我國2030年達峰後到2060年中和，其間隻有30年時間，而美國、法國、英國從人均碳排放量考察，在20世紀70年代就達峰了，它們從達峰到2050年中和，中間有80年的調整時間。
weilegengjiaqingxidichanmingtanzhongheduiwoguodetiaozhanxing，womenxiamianyongjizutanpaifangyouguandeshuju，yiguojibijiaodefangshi，laizuojinyibushuoming。diyizushujushicong1900年到2020年間，不同國家的累計二氧化碳排放量（以億噸二氧化碳為單位），美國為4047，歐盟27國為2751，中國為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。這個累計排放量可大略表明一個國家長期以來積累起來的“家底”，但這樣的統計沒有考慮人口基數，因此我們需要第二組數據，1900年到2020年間的人均累計排放，這套數據以國家為單位，把每年的全國排放除以人口，獲得逐年人均排放，再把這120年來的人均排放加和即可得出（數據以噸二氧化碳為單位），具體為：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，中國190，巴西107，印度58，全球人均累計為375，中國迄今為止隻有全球人均的一半，不到美國的十分之一。
第三組數據是目前以國家為單位的排放量（以億噸二氧化碳為單位），具體是：中國100，美國52，歐盟27國30，印度25，俄羅斯16，日本11。如果考慮人均，那麼有第四組數據（2016年到2020年人均排放，以噸二氧化碳為單位），具體是：美國15.9，加拿大15.3，俄羅斯11.4，日本9，中國7.2，歐盟27國6.6，巴西2.3，印度1.9。congyishangsizushujukezhi，woguozuijinjishiniandefazhanjuyouyasuoxingtezheng，gumuqianderenjunheguobiepaifangshujubijiaogao，zheyeshizhangwohuayuquandexifangmeitibuduangeiwoguodaishang“最大排放國”，甚至是“最大汙染國”帽子的所謂“理由”。但如果考察人均累計排放，我國對全球的“貢獻”非常小。另外，我國的人均GDP已達全球平均水平，而人均累計排放隻是全球的一半，這還是在我國能源以煤炭為主、每年淨出口大量製造業產品的基礎上達到的，由此說明我國絕不是如一些研究者所說的是“能源資源消耗型”經濟體。
第五組數據很有意思，它是由國際能源署、世界銀行等建立的居民人均消費碳排放，它考慮了國家間通過進出口而產生的“碳排放轉移”。2018年到2019年間的數據如下（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，中國2.7，巴西1.5，印度1.1。這組數據說明，世界上一些國家隻是“生存型碳排放”，而有的國家早已進入“奢侈型”或“浪費型”國家行列！
前麵我們談了碳中和對中國的五方麵挑戰，下麵再談五點機遇。一是我國光伏發電技術在世界上已是“一騎絕塵”，風力發電技術處在國際第一方陣，核電技術也跨入世界先進行列，建水電站的水平更是無出其右者。二是我國西部有大量的風、光資源，尤其是西部的荒漠、戈壁地區，是建設光伏電站的理想場所，光伏電站建設還可帶來生態效益；dongbuwomenyoudamianjipinghuandedalujia，keyiweihaishangfengdianjianshetigongdaliangchangsuo。sanshiwoguodesenlindadouchuzaiyounianqi，haiyoubushaokezaolinmianji，jiazhicaodi、濕地、農nong田tian土tu壤rang的de碳tan大da都dou處chu在zai不bu飽bao和he狀zhuang態tai，因yin此ci生sheng態tai係xi統tong的de固gu碳tan潛qian力li非fei常chang大da。四si是shi我wo們men實shi現xian碳tan中zhong和he目mu標biao的de過guo程cheng，也ye是shi環huan境jing汙wu染ran物wu排pai放fang大da大da減jian少shao的de過guo程cheng，這zhe意yi味wei著zhe我wo們men將jiang徹che底di解jie決jue大da氣qi汙wu染ran問wen題ti，其qi他ta汙wu染ran物wu排pai放fang也ye將jiang實shi質zhi性xing降jiang低di。此ci外wai，碳tan中zhong和he也ye意yi味wei著zhe我wo們men將jiang實shi現xian能neng源yuan獨du立li，國guo內nei自zi產chan的de原yuan油you、天然氣將能滿足化工原料之需要，進口油氣將大為減少，所謂的“馬六甲困境”將jiang不bu再zai是shi一yi個ge實shi質zhi性xing威wei脅xie。能neng源yuan獨du立li從cong某mou種zhong程cheng度du上shang還hai會hui為wei糧liang食shi安an全quan提ti供gong助zhu力li。五wu是shi我wo國guo的de舉ju國guo體ti製zhi優you勢shi將jiang在zai碳tan中zhong和he曆li程cheng中zhong發fa揮hui重zhong大da作zuo用yong，因yin為wei碳tan中zhong和he涉she及ji大da量liang的de國guo家jia規gui劃hua、產業政策、金jin融rong稅shui收shou政zheng策ce等deng內nei容rong，需xu要yao真zhen正zheng下xia好hao全quan國guo一yi盤pan棋qi。這zhe點dian我wo們men從cong我wo國guo推tui動dong光guang伏fu產chan業ye的de曆li程cheng中zhong就jiu可ke以yi看kan出chu，並bing且qie諸zhu如ru此ci類lei的de經jing驗yan未wei來lai還hai會hui不bu斷duan被bei總zong結jie、深化。我們甚至可以預計，即使是堅持自由市場經濟的那些國家，它們如想真正實現碳中和，也將在國家產業政策設計上獲得助力。
來源：《黨委中心組學習》2022年第4期
本文轉載自科普中國
