焦点提醒：丁仲礼：碳中和对中国的挑战和机缘 中国国度主席习近平在2020年9月22日在第七十五届结合国年夜会一般性辩说上向世界肃静公布：“中国将提高国度自立进献力度，采纳加倍无力的政策和办法，二氧化碳排放力争在2030年前到达峰值，尽力争夺2060年前实现碳中和。”厥后，习主席又在多个国际场所对此作出许诺，注解中国当局和中国人平易近言必信、行必果的决心，为国际社汇合作应对全球天气变暖供给了十分壮大的助力。 尽人皆知，化石燃料是工业革命以来人类得以成长前进的主要物资根本。在将来的成长历程中，若何慢慢解脱对化石燃料的依靠，真正向低碳社会转型，将是一项十分严重的挑战。对中国来说，更是如斯。由于中国是工业化进程的后来者，并没有像一些发财国度那样，进入能源耗损已呈降落趋向的后工业化期间。为此，中国科学院学部组织百余位院士专家，从手艺和财产层面临我国若何实现碳中和作了较为系统的研究，取得了对碳中和线路图的框架性熟悉。本文拟对此作一简介。 1、中国的二氧化碳排放汗青和近况 人类年夜量操纵化石燃料，向年夜气排放二氧化碳，是工业革命今后的事，但年夜气中二氧化碳浓度有本色性增添，则首要是近100年来呈现的现象。中国从19世纪后半叶最先成长工业，但因为社会动荡不安，工业化历程十分迟缓，一向到新中国成立今后，才最先系统性工业化。二氧化碳排铺开始进入快速增加期间，则要到1978年鼎新开放特别是2001年插手世界商业组织（WTO）今后。 我们来看国际权势巨子数据库供给的根基消息：从1850年到2019年，全球共排放了16100亿吨二氧化碳，此中中国为2200亿吨，占13.7%，远低在我国生齿在全球的占比；而美国同期则排放了4100亿吨，占比高达25%以上；七国团体（G7）国度全体上的排放量为7340亿吨，占比高达45.6%，而其生齿在全球占比则不到10%。经由过程计较，我们可取得1850—2019年人均累计二氧化碳排放量（每一年的人均排放之加和）：美国2174吨、G7国度1397吨、全球386吨，而中国是182吨——只是美国的8.4%、G7国度的13.0%、全球平均的47.2%。 因而可知，中国对全球年夜气二氧化碳浓度增添的进献其实不高。况且中国自插手WTO以来，一向承当着“世界工场”的脚色，相当一部门的排放是用在出产出口产物。是以，中国毫不像一些西方报刊所描画的那样，是“全球最年夜的排放国”。即便以国度作为比力单元，美国对年夜气二氧化碳浓度增高的汗青进献也弘远在中国。假如以人均累计排放量作为评价目标，中国则远低在全球平均，而这实际上是最为公道的评价目标，由于分歧国度的工业化起步时候有迟早，一个国度的工业化水平、城市化水平、人平易近糊口程度、根本举措措施程度等，都需要耗损化石能源来晋升，都需要时候来扶植，都同生齿数目相干。离开了生齿、汗青这两个因子，比力国与国之间的排放是毫无意义的。 可是，我们不能不认可，今朝全球每一年总共排放约400亿吨二氧化碳，中国年夜约占四分之一，即100亿吨摆布，年度人均排放已跨越全球人均程度。中国从插手WTO以来，二氧化碳排放量的快速增加，是同我国的紧缩式成长分不开的。要成长就得增添能源耗损，在非碳能源手艺还没有成熟的布景下，这就意味着排放增添。 中国今朝的人均国内出产总值（GDP）刚跨越1万美元年夜关。从发财国度走过的过程看，在人均GDP到达1万美元之前，人均能耗的增加很是强劲；从1万美元到4万美元，人均能耗还会迟缓增加；到达4万美元以后，人均能耗将处在逐步降落阶段，固然这也可能同发财国度将高能耗、高污染财产转移到成长中国度去相关。中国力争在2060年到达碳中和，而从此刻到2060年我国正处在人均GDP从1万美元到4万美元的奋斗进程中，人均能源耗损的继续增加是不成避免的。一些发财国度在上世纪80年月即到达人均能耗岑岭，而且从碳达峰到碳中和最少要用70年时候。和他们分歧，中国要从2030年碳达峰后，用30年时候完成碳中和，挑战无疑是庞大的。 那末，中国今朝每一年约100亿吨二氧化碳的排放首要来自何处？领会这一点对若何实现碳中和相当主要，这也是碳中和线路图的逻辑出发点。按照国度相干统计，中国今朝的一次能源消费总量约为每一年50亿吨尺度煤（编者注：一次能源是指天然界中以原无形式具有的、未经加工转换的能量资本，又称自然能源），此中煤炭、石油、自然气的占比别离为57.7%、18.9%、8.1%，非碳能源的占比仅为15.3%。100亿吨二氧化碳的排放，发电（供热）占比45%，建筑占比5%，交通占比10%，工业占比39%，农业占比1%。发电（供热）的首要终端消费者为工业（64.6%）和建筑（28%）。从以上数据能够看出，二氧化碳的终端排放源首要为工业（约占68.1%）、建筑（约占17.6%）和交通（约占10.2%）。是以，实现碳中和工作的出力点也应当集中在这些范畴。 2、碳中和的根基逻辑和手艺支持 碳中和的概念同等在“净零排放”，而不是二氧化碳“零排放”。净零排放的概念就是人类能够排放必然数目的二氧化碳，但这个排放量中的一部门被天然进程接收而固定，余下部门则经由过程报酬尽力而固定（好比经由过程生态系统扶植接收二氧化碳，或把二氧化碳搜集后转为工业品或封存在地下），排放量与固碳量相等，则为碳中和。评价一个国度、一个地域乃至一家企业碳中和与否或碳中和水平，看的就是其排放量和固碳量之比。 按照国际上曩昔几十年来的不雅测统计，人类排放的所有二氧化碳中有54%被天然进程接收（此中陆地接收31%，海洋接收23%），别的的46%留在年夜气中，成为年夜气二氧化碳浓度升高的首要进献者。海洋接收首要经由过程无机进程构成碳酸钙堆积和微体生物合成碳酸钙，陆地接收则首要经由过程生态系统固存无机碳和泥土/地下水接收构成无机碳酸盐，和在河流、河口中堆积埋藏无机碳。虽然陆地接收总量是已知的，但到今朝为止，各类陆地接收进程的相对照例其实不清晰。按照中国科学院“碳出入”专项研究功效，我国经由过程天然庇护和生态项目扶植等，2010—2020年间的陆地生态系统净固碳能力为每一年10亿—13亿吨二氧化碳。 按照前面引见的排放来历和接收进程的数据，我们能够得出结论：碳中和是一个“三端配合发力”的系统，即“发电端”用风、光、水、核等非碳能源替换煤、油、气，“能源消费端”经由过程工艺流程再造，用绿电、绿氢、地热等替换煤、油、气，“固碳端”用生态扶植、碳捕获—操纵—封存（CCUS）等碳固存手艺，将碳报酬地固定在地表、产物或地层中。这就是碳中和的根基逻辑。 一国不管是手艺缘由，仍是市场缘由，其“不能不排放”的二氧化碳总量同等在天然接收量与报酬固碳量之和，便可视为“净零排放”，实现了该国的碳中和。因而可知，有进步前辈并便宜的手艺可供这“三端”所用，是实现碳中和的条件前提。也就是说，“手艺为王”将在碳中和进程中得以充实表现。下面，我们来对这“三端”系统别离作简单引见。 （一）“发电端”之要在建立新型电力系统 我国今朝的发电装机容量约为22亿千瓦，将来假定：（1）能源消费端要实现电力替换、氢能替换（氢气也首要产自电力）；（2）为实现人均GDP从1万美元增到3万—4万美元，所需的能源较着增加；（3）风、光发电操纵小时数难以较着提高，那末估量我国实现碳中和之时，总的电力装机容量会在60亿—80亿千瓦之间。是以，将来新型电力系统的第一个特点是电力装机容量庞大。 第二个特点是我国十分丰硕的风、光资本将慢慢改变为主力发电和供能资本，这既包罗西部的风、光资本，也包罗沿海年夜陆架风力资本，更包罗各地分离式（特别是农村）的光热等资本（如屋顶和零散空位）。 第三个特点是“不变电源”应从今朝火电为主慢慢转化为以核电、水电和分析互补的洁净能源为主。 第四个特点是必需操纵能量的存储、转化和调理等手艺，降服风、光资本波动性年夜的自然缺点。 第五个特点是火电（为削减二氧化碳排放，应慢慢用自然气代替煤炭发电）只作为应急电源或一部门调理电源。 第六个特点是在现有根本上，成倍扩年夜输电根本举措措施，均衡区域资本差别；并增强配电根本扶植，加强对散布式资本的消纳能力。 为实现碳中和，我国拟以装机总量60亿—80亿千瓦，风力发电、光伏发电共占比70%，“不变电源”占比30%为方针，计划新型电力系统。在40年内，年夜致以每十年为一期，按序走控碳电力、降碳电力、低碳电力最初到近无碳电力之路，并完成超年夜范围的输变电根本举措措施扶植。 要成立如许的新型电力系统，不管是发电，仍是储能、转化、消纳、输出等，手艺上都有年夜量需要霸占的要害环节，这将成为实现碳中和方针工作的重中之重。 （二）“能源消费端”之要在电力替换、氢能替换和工艺重构 用非碳能源发电、制氢，再用电力、氢能替换煤、油、气用在工业、交通、建筑等范畴，从而实现消费真个低碳化乃至非碳化，这是实现碳中和的焦点内容。在电力供给足够和便宜的条件下，消费真个低碳化首要经由过程各类出产工艺流程的再造来完成。 消费真个排放年夜户是工业、交通、建筑三个范畴，工业范畴的排放年夜户是钢铁、建材、化工、有色四个财产。 从现有手艺阐发，交通的低碳化乃至非碳化较易实现，即轨道交通和私人车可用电力替换，船舶、卡车、航空可部门用氢能替换。这里要害处是扶植私人车的充电系统，扶植从制氢到输运再到加氢站的完全系统，固然还若何包管经济、平安运转等问题。 建筑范畴的低碳化手艺亦根基具有，年夜致可斟酌以下路子：城市以周全电气化为主，加上前提具有的小区以电动热泵（地源热泵、空气源或长程余热）为弥补，少部门环境非凡者可部门操纵自然气；农村则以屋顶光伏＋电动热泵＋自然气＋生物沼气＋输入电力的恰当组合为主。 以上两年夜范畴去碳化的要害是当局与市场做好调和，并以适合节拍推行之。 今朝，工业范畴的钢铁、建材、化工、有色财产还没有效电力、氢能替换化石能源的成熟手艺，固然从理论上讲是能够实现的，但仍需手艺层面变化性的冲破和行业间的调和。现实上，国表里一些企业与研发单元在氢能＋电力＋煤炭的“夹杂型”炼铁（如氢冶金）上已有较为成功的先例。从工艺流程再造看，分歧工业进程既可斟酌先走低碳化的“夹杂型”再到无碳化的“洁净型”，也可斟酌一步代替到位。 因而可知，能源消费真个“替换线路”亦需研发年夜量新手艺并结构年夜量新财产。 需要申明的是，水泥一般用石灰石做原料，煅烧进程中不成能不发生二氧化碳，这部门如得不到捕集操纵，当在“不能不排放”的二氧化碳之列。另外，煤、油、气作为资本来出产根本化学品、高端材料、航油等，其开采—加工—产物利用的全生命周期中也具有“不能不排放”的二氧化碳。 从以上两部门的阐发看，不管是发电端仍是能源消费端，到2060年城市有相当数目的碳排放具有，需要其他手艺予以中和。 （三）“固碳端”之要在生态扶植 学术界对固碳体例已有过良多研究，首要分六年夜类。第一类是经由过程对退化生态系统的修复、保育等办法，加强光合感化并将更多碳以无机物的情势固定在动物（特别是丛林）和泥土当中。这是最主要的固碳进程。2010—2020年间，我国陆地生态系统的净固碳能力约为每一年10亿—13亿吨二氧化碳。第二类是从烟道中搜集二氧化碳，制成各类化学品和燃料，或用在藻类养殖，构成生物成品。第三类是搜集二氧化碳气体，用在油田驱油、驱气进程。第四类是搜集二氧化碳，制成碳化水泥。第五类是搜集二氧化碳后，封存在地层当中。第六类是生物资燃料操纵、采伐树木和秸秆等闷烧还田等。 因为生态扶植是“国之年夜者”，尔后面五类“碳固存手艺”的利用均需额外耗能，且未必经济合算，是以，固碳真个工作当起首聚焦在生态扶植。在2060年之前，对非生态碳固存手艺先做深切研究和手艺贮备，力争把握常识产权和项目手艺，年夜幅度下降本钱；邻近2060年时，按照我国“不能不排放”的二氧化碳量和生态固碳进献状态，再相机鞭策这些手艺的利用。 在已有的经济社会成长逻辑之下，不论是因为手艺上不具有仍是经济上不合算，到本世纪中叶，必然会发生一部门“不能不报酬排放”的二氧化碳。是以，我们在对标碳中和时，起首要弄清晰一个问题：我们减排到甚么水平，便可到达碳中和？ 曩昔的全球碳轮回数据注解，报酬排放二氧化碳中的54%被陆地和海洋的天然进程所接收，假定将来几十年碳轮回体例根基不变，特别是海洋接收23%的比例不变，则列国排放的留在年夜气中的46%那部门应当是“中和对象”。但现实上，陆地接收的31%，一部门是经由过程生态进程，一部门是经由过程其他进程，两者之间的比例今朝还没有研究清晰。按照相干研究，2010—2020年间我国陆地生态系统每一年的固碳量为10亿—13亿吨二氧化碳。一些专家按照这套数据采取多种模子分析阐发后，猜测2060年我国陆地生态系统固碳能力为10.72亿吨二氧化碳/年，假如加强生态系统治理，还可新增固碳量2.46亿吨二氧化碳/年，即2060年我国陆地生态系统固碳潜力总量为13.18亿吨二氧化碳/年。 按照以上阐发，假如我国2060年排放25亿—30亿吨二氧化碳，则海洋可接收5.75亿—6.9亿吨，生态扶植接收13亿吨，陆地总接收的31%中，生态接收之外的其他进程假如占比17%，则为4.25亿—5.1亿吨，那末接收总数将在23亿—25亿吨之间；在此根本上，假如成长5亿吨范围的CCUS手艺固碳，则年夜致能到达碳中和。 假如我们将2060年“不能不排放”的二氧化碳设定为25亿—30亿吨，则需要在今朝100亿吨的根本上减排70%—75%，挑战性很是之年夜。这就需要制订分阶段减排计划。理论上讲，我国可斟酌“四步走”的减排路径，从此刻升引40年摆布的时候到达碳中和方针。 第一步为“控碳阶段”，争夺到2030年把二氧化碳排放总量节制在100亿吨以内，即“十四五”时代可比今朝增一点，“十五五”时代再减回来。在这第一个十年中，交通范畴争夺年夜幅度增添电动汽车和氢能运输占比，建筑范畴的低碳化革新争夺完成对折摆布，工业范畴操纵煤＋氢＋电代替煤炭的工艺进程完成年夜部门研发和示范。这十年间增加的电力需求应尽可能罕用火电知足，而应以风、光为主，内陆核电完成利用示范，制氢和用氢的系统完成示范并有所推行。 第二步为“减碳阶段”，争夺到2040年把二氧化碳排放总量节制在85亿吨以内。在这个阶段，争夺根基完成交通范畴和建筑范畴的低碳化革新，工业范畴周全推行用煤/石油/自然气＋氢＋电代替煤炭的工艺进程，并在手艺成熟范畴推行无碳新工艺。这十年，火电装机总量争夺裁减15%的掉队产能，用风、光资本制氢和用氢的系统完整并年夜幅度扩年夜产能。 第三步为“低碳阶段”，争夺到2050年把二氧化碳排放总量节制在60亿吨以内。在此阶段，建筑范畴和交通范畴到达近无碳化，工业范畴的低碳化革新根基完成。这十年，火电装机总量再削减25%，风、光发电和制氢作为能源主力，经济合用的储能手艺根基成熟。据估量，我国对核废物的再生资本化操纵手艺在这个阶段将根基成熟，核电上彀电价将有所降落，故用核电取代火电作为“不变电源”的前提将根基具有。 第四步为“中和阶段”，力争到2060年把二氧化碳排放总量节制在25亿—30亿吨。在此阶段，智能化、低碳化的电力供给系统得以成立，火电装机只占今朝总量的30%摆布，而且一部门火电用自然气替换煤炭，火电排放二氧化碳力争节制在每一年10亿吨，火电只作为应急电力和承当一部门地域的“根本负荷”，电力供给主力为光、风、核、水。除交通和建筑范畴外，工业范畴也周全实现低碳化。另有15亿吨的二氧化碳排放空间首要分派给水泥出产、化工、某些原材料出产和工业进程、边远地域的糊口用能等“不能不排放”范畴。其余5亿吨的二氧化碳排放空间灵活分派。 “四步走”线路图只是一个粗略表述，因为手艺的前进具有非线性，所谓十年一期间也只是为表述便利而划分。 起首，我国虽然煤炭资本相当丰硕，但油气资本不足，年夜量进口油气资本又面对地缘政治上的风险，而煤炭作为一种十分贵重的资本，看成燃料用在发电、供热，确切是“年夜材小用”，何况煤炭燃烧时所排放的硫化物、硝化物和粉尘对年夜气情况有较着粉碎感化。我国如可以或许年夜范围操纵可再生能源而逐步解脱对煤炭的依靠，将在资本和情况两风雅面收成实其实在的益处。 其次，我国的风、光资本相当丰硕，有专家曾做过测算，假如能把鄂尔多斯高原、阿拉善高原、柴达木盆地这60多万平方千米的干旱区的一半区域笼盖上太阳能电池板，就可以够知足全国的能源需求。实践证实，太阳能电池板安装今后，对干旱区的生态恢复年夜有帮忙。也就是说，在干旱区建太阳能发电站，将在洁净能源和生态恢复两方面取得效益。 再次，我国在非碳能源范畴的手艺相对进步前辈，包罗太阳能发电手艺、核能手艺、储能手艺、特高压输电手艺等。举个例子，一些国度对我国的太阳能电池板设置100%的关税，一方面申明他们实行商业庇护主义，背反WTO法则；另外一方面则申明了我们在这个范畴中的绝对领先地位。在全球的绿色转型年夜潮中，我们的绿色手艺将支持新兴财产的成长，成为经济增加的新动能，并为我国的平易近族中兴年夜业供给壮大助力。 是以，实现碳中和，其实不满是国际社会强加在我们的工作，也是我国经济社会成长到必然水平以后的内涵要求。固然，在如许普遍而深远的绿色转型中，我们必然要本身把握本身的节拍，不克不及引发能源欠缺危机；同时，也要使能源的价钱连结在相对低廉的程度，既给老苍生的糊口带来真逼真切的便当，又能使我们的制造业继续活着界上连结足够合作力。 碳中和要求经济社会年夜转型，触及广漠的范畴，需要在党和当局的顽强带领下，阐扬出全国一盘棋的体系体例性劣势。此中，有三个方面需要做好调和。 一是兼顾全国的研发气力，构成一个完全的、有足够合作力的研发系统。畴前面的引见便可看出，碳中和说究竟是手艺为王，只要靠进步前辈的手艺才能取得财产的合作力。我国有一支重大的环绕绿色财产的科技研发步队，各个范畴都有特地人材和研究团队。将来我们需要进一步调和和优化的工作是在国度计划方针的引领下，把这些团队和人材组织起来，把不足的研发短板补齐，构成一个以方针为导向的研发收集或义务系统，从而支持与碳中和相干的财产健康有序成长。 二是在向碳中和方针挺进的进程中，当局和市场要做好调和，饰演好各自的脚色，从而做到“两只手”均阐扬出最年夜效能。据估量，我国实现碳中和，需要百万亿人平易近币数目级的投资，绝非当局一家可以或许零丁供给，投资主体仍是应当来自市场。但在指导投资进程中，当局可在法令、行政律例、税收、补助、财产政策、碳配额投放、绿色金融政策等方面阐扬十分无力的感化。回忆十几年前，我国当局以《可再生能源增进法》为根据，鞭策光伏发电、风力发电、储能手艺、电动汽车等财产的迭代前进，此刻已收到十分较着的成效。以光伏发电为例，十年前尚需对上彀电价供给高额补助，此刻已能够合作平价上彀。这是当局和市场构成协力的典型案例，也是我们将来必需对峙阐扬的体系体例劣势。 三是在建立人类命运配合体的旗号下，做好国际合作。手艺、财产都需要开放的情况，都需要在交换的进程中成长前进，是以在当局的鞭策下，做好科技界和财产界的国际合作工作，是我国实现碳中和的主要包管。
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文/丁仲礼中国科学院院士，十三届全国人年夜常委会副委员长，平易近盟中心主席，欧美同窗会会长近期颁发
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