2020年9月，國家主席習近平代表我(wǒ)國向世界作出莊嚴承諾：我(wǒ)國二氧化碳排放(fàng)力争于2030年前達到峰值，努力争取2060年前實現碳中(zhōng)和。自此之後，我(wǒ)國各地掀起一(yī)股争取實現“雙碳”目标的熱潮，并爲此做了大(dà)量人力和物(wù)力的投入。
這表明我(wǒ)國上上下(xià)下(xià)對這個“雙碳”目标的态度是十分(fēn)嚴肅的，國際社會應該對我(wǒ)們這個“需要在不長時期内作出世上規模最大(dà)的碳減排”的國家有充分(fēn)信心。
但同時我(wǒ)們自己也應深刻認識到：根據我(wǒ)們國家的能源資(zī)源禀賦以及目前所處的發展階段，要真正在2060年前實現碳中(zhōng)和，困難非比尋常。這裏面最大(dà)的困難是我(wǒ)們尚沒有全面支持從“高碳社會”向“碳中(zhōng)和社會”轉型的技術體(tǐ)系，因而綠色低碳的産業體(tǐ)系還需要在研發大(dà)量新技術的基礎上才能逐步得到發展和确立。
中(zhōng)國科學院在習近平主席宣布“雙碳”目标後，設立了一(yī)個大(dà)型咨詢項目，組織百餘位來自多個學部的院士和專家，着重就我(wǒ)國實現碳中(zhōng)和需要形成一(yī)個什麽樣的技術體(tǐ)系這一(yī)問題，做了“清單式”的研究，并形成了專門報告和著作。
本文将以這個研究爲依據，從碳中(zhōng)和的概念和邏輯入手，重點介紹完成碳中(zhōng)和的“技術需求清單”，并在此基礎上讨論幾個公衆比較關心的問題。
一(yī)、碳中(zhōng)和的概念
碳中(zhōng)和應從碳排放(fàng)（碳源）和碳固定（碳彙）這兩個側面來理解。碳排放(fàng)既可以由人爲過程産生(shēng)，又(yòu)可以由自然過程産生(shēng)。
人爲過程主要來自兩大(dà)塊，一(yī)是化石燃料的燃燒形成二氧化碳（CO2）向大(dà)氣圈釋放(fàng)，二是土地利用變化（最典型者是森(sēn)林砍伐後土壤中(zhōng)的碳被氧化成二氧化碳釋放(fàng)到大(dà)氣中(zhōng)）；自然界也有多種過程可向大(dà)氣中(zhōng)釋放(fàng)二氧化碳，比如火(huǒ)山噴發、煤炭的地下(xià)自燃等。但應該指出：近一(yī)個多世紀以來，自然界的碳排放(fàng)比之于人爲碳排放(fàng)，對大(dà)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爲固定兩大(dà)類，并且以自然固定爲主。最主要的自然固碳過程來自陸地生(shēng)态系統。陸地生(shēng)态系統的諸多類型中(zhōng)，又(yòu)以森(sēn)林生(shēng)态系統占大(dà)頭。
所謂的人爲固定二氧化碳，一(yī)種方式是把二氧化碳收集起來後，通過生(shēng)物(wù)或化學過程，把它轉化成其他化學品，另一(yī)種方式則是把二氧化碳封存到地下(xià)深處和海洋深處。
過去(qù)幾十年中(zhōng)，人爲排放(fàng)的二氧化碳，大(dà)緻有54%被自然過程所吸收固定，剩下(xià)的46%則留存于大(dà)氣中(zhōng)。在自然吸收的54%中(zhōng)，23%由海洋完成，31%由陸地生(shēng)态系統完成。比如最近幾年，全球每年的碳排放(fàng)量大(dà)約爲400億噸二氧化碳，其中(zhōng)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(zhōng)的184億噸（46%）加入到大(dà)氣中(zhōng)，導緻大(dà)約2ppmv的大(dà)氣二氧化碳濃度增加。
所謂碳中(zhōng)和，就是要使大(dà)氣二氧化碳濃度不再增加。我(wǒ)們可以這樣設想：我(wǒ)們的經濟社會運作體(tǐ)系，即使到有能力實現碳中(zhōng)和的階段，一(yī)定會存在一(yī)部分(fēn)“不得不排放(fàng)的二氧化碳”，對它們一(yī)方面還會有54%左右的自然固碳過程，餘下(xià)的那部分(fēn)，就得通過生(shēng)态系統固碳、人爲地将二氧化碳轉化成化工(gōng)産品或封存到地下(xià)等方式來消除。隻有當排放(fàng)的量相等于固定的量之後，才算實現了碳中(zhōng)和。由此可見，碳中(zhōng)和同碳的零排放(fàng)是兩個不同的概念，它是以大(dà)氣二氧化碳濃度不再增加爲标志(zhì)。
二、我(wǒ)國二氧化碳排放(fàng)來源及實現碳中(zhōng)和的基本邏輯
我(wǒ)國當前二氧化碳年排放(fàng)量大(dà)數在100億噸左右，約爲全球總排放(fàng)量的四分(fēn)之一(yī)。這樣較大(dà)數量的排放(fàng)主要由我(wǒ)國的能源消費(fèi)總量和能源消費(fèi)結構所決定。我(wǒ)國目前的能源消費(fèi)總量約爲50億噸标準煤，其中(zhōng)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(yī)點。在煤、油、氣三類化石能源中(zhōng)，碳排放(fàng)因子最高的煤炭占比接近70%。我(wǒ)國能源消費(fèi)結構中(zhōng)，煤炭占比如此之高，在世界主要國家中(zhōng)是絕無僅有的。
約100億噸二氧化碳的年總排放(fàng)中(zhōng)，發電(diàn)和供熱約占45億噸，建築物(wù)建成後的運行（主要是用煤和用氣）約占5億噸，交通排放(fàng)約占10億噸，工(gōng)業排放(fàng)約占39億噸。工(gōng)業排放(fàng)的四大(dà)領域是建材、鋼鐵、化工(gōng)和有色，而建材排放(fàng)的大(dà)頭是水泥生(shēng)産（水泥以石灰石（CaCO3）爲原料，煅燒成氧化鈣（CaO）後，勢必形成二氧化碳排放(fàng)）。
電(diàn)力/熱力生(shēng)産過程産生(shēng)的二氧化碳排放(fàng)，其“賬”應該記到電(diàn)力消費(fèi)領域頭上。根據進一(yī)步研究，發現這45億噸二氧化碳中(zhōng)，約29億噸最終也應記入工(gōng)業領域排放(fàng)，約12.6億噸應記入建築物(wù)建成後的運行排放(fàng)。所以我(wǒ)們說，我(wǒ)國工(gōng)業排放(fàng)約占總排放(fàng)量的68%，如此之高的占比在所有主要國家中(zhōng)，也是絕無僅有的，這是我(wǒ)國作爲“世界工(gōng)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(wǒ)國二氧化碳的排放(fàng)現狀，我(wǒ)們就非常容易作出這樣的推斷：中(zhōng)國的碳中(zhōng)和需要構建一(yī)個“三端共同發力體(tǐ)系”。
第一(yī)端是電(diàn)力端，即電(diàn)力/熱力供應端的以煤爲主應該改造發展爲以風、光、水、核、地熱等可再生(shēng)能源和非碳能源爲主。
第二端是能源消費(fèi)端，即建材、鋼鐵、化工(gōng)、有色等原材料生(shēng)産過程中(zhōng)的用能以綠電(diàn)、綠氫等替代煤、油、氣，水泥生(shēng)産過程把石灰石作爲原料的使用量降到最低，交通用能、建築用能以綠電(diàn)、綠氫、地熱等替代煤、油、氣。能源消費(fèi)端要實現這樣的替代，一(yī)個重要的前提是全國綠電(diàn)供應能力幾乎處在“有求必應”的狀态。
第三端是固碳端，可以想見，不管前面兩端如何發展，在技術上要達到零碳排放(fàng)是不太可能的，比如煤、油、氣化工(gōng)生(shēng)産過程中(zhōng)的“減碳”所産生(shēng)的二氧化碳，又(yòu)比如水泥生(shēng)産過程中(zhōng)總會産生(shēng)的那部分(fēn)二氧化碳，還有電(diàn)力生(shēng)産本身，真正要做到“零碳電(diàn)力”也隻能寄希望于遙遠的将來。因此，我(wǒ)們還得把“不得不排放(fàng)的二氧化碳”用各種人爲措施将其固定下(xià)來，其中(zhōng)最爲重要的措施是生(shēng)态建設，此外(wài)還有碳捕集之後的工(gōng)業化利用，以及封存到地層和深海中(zhōng)。
三、電(diàn)力供應端的技術需求
傳統上，電(diàn)力供應系統包括了發電(diàn)、儲能和輸電(diàn)三大(dà)部分(fēn)，從現在業界經常談到的“新型電(diàn)力供應系統”的角度，還應把用戶也統籌考慮在内。從實現碳中(zhōng)和的角度，我(wǒ)國未來的電(diàn)力供應系統應該具備以下(xià)六方面特點。
一(yī)是電(diàn)力裝機容量要成倍擴大(dà)。我(wǒ)國目前的發電(diàn)裝機容量在24億千瓦左右，如果考慮以下(xià)因素：（1）未來要實現能源消費(fèi)端對化石能源的綠電(diàn)替代和綠氫替代；（2）從世界大(dà)部分(fēn)先發國家走過的曆程看，人均GDP從一(yī)萬美元到三四萬美元之間，人均能源消費(fèi)量還會有比較明顯的增長；（3）風、光等波動性能源的“出工(gōng)能力”隻有傳統火(huǒ)電(diàn)的三分(fēn)之一(yī)左右，那麽我(wǒ)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(zī)源将逐步成爲主力發電(diàn)和供能資(zī)源。其中(zhōng)西部風、光資(zī)源和沿海大(dà)陸架風力資(zī)源是主體(tǐ)，各地分(fēn)散式（尤其是農村(cūn)）光熱資(zī)源是補充。
三是“穩定電(diàn)源”将從目前的火(huǒ)電(diàn)爲主逐步轉化爲以核電(diàn)、水電(diàn)以及綜合互補的非碳能源爲主。
四是必須利用能量的存儲、轉化、調節等技術，彌補風、光資(zī)源波動性大(dà)的天然缺陷。
五是火(huǒ)電(diàn)還得有，但主要作爲應急電(diàn)源和一(yī)部分(fēn)調節電(diàn)源之用。與此同時，火(huǒ)電(diàn)應完成清潔、低碳化改造，有條件的情況下(xià)，用天然氣代替煤炭，以降低二氧化碳排放(fàng)強度。
六是在現有基礎上，成倍擴大(dà)輸電(diàn)基礎設施，把西部充沛的電(diàn)力輸送到中(zhōng)東部消納區。與此同時，加強配電(diàn)基礎設施建設，增強對分(fēn)布式能源的消納能力。
在這樣的電(diàn)力供應系統中(zhōng)，碳中(zhōng)和本身的目标要求未來電(diàn)力的70%左右來自風、光發電(diàn)，其他30%的穩定電(diàn)源、調節電(diàn)源和應急電(diàn)源也要盡可能地減少火(huǒ)電(diàn)的裝機總量。正因爲如此，未來需要促進發電(diàn)技術、儲能技術和輸電(diàn)技術這三方面的“革命性”進步。
發電(diàn)技術要爲綠色低碳電(diàn)力生(shēng)産提供支撐。這裏面需重點促進可再生(shēng)能源發電(diàn)技術的進步，特别是要注重發展以下(xià)技術：
（1）光伏發電(diàn)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(diàn)技術對電(diàn)網友好，既可保證穩定輸出，也可用于調峰，但目前發電(diàn)成本過高，未來應在材料、裝置上尋求突破；
（3）風力發電(diàn)技術也基本具備平價上網的條件，未來要在大(dà)功率風機制造、更高空間風力的利用、更遠的海上風電(diàn)站建設上下(xià)功夫；
（4）地熱分(fēn)布廣、總量大(dà)，但能量密度太低，如要将地熱用于發電(diàn)，還得重點突破從幹熱岩中(zhōng)提取熱能的技術；
（5）生(shēng)物(wù)質能也是可再生(shēng)能源，目前生(shēng)物(wù)質能發電(diàn)技術是成熟的，但其在總的電(diàn)力供應上的占比較爲有限；
（6）海洋能和潮汐能的總量不小(xiǎo)，但其利用技術有待進步；
（7）傳統的水電(diàn)我(wǒ)國開(kāi)發程度已經較高，未來在雅魯藏布江、金沙江上遊開(kāi)發上還有較大(dà)潛力。
2022年5月24日，濟南(nán)市長清區的風力發電(diàn)設施
中(zhōng)新社發 徐舟/攝
除以上可再生(shēng)能源發電(diàn)以外(wài)，社會公衆還得接受這樣的現實：要達到碳中(zhōng)和，核電(diàn)還得較大(dà)程度地發展，因爲核電(diàn)應作爲“穩定電(diàn)源”的重要組成部分(fēn)。此外(wài)，火(huǒ)電(diàn)還得在“穩定電(diàn)源”“應急電(diàn)源”“調節電(diàn)源”方面發揮作用，正因爲如此，“無碳電(diàn)力”在很長時期内是難以實現的，除非我(wǒ)們把火(huǒ)電(diàn)站排放(fàng)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(diàn)力供應系統中(zhōng)将占有突出的位置，這是因爲風、光發電(diàn)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、可靠并相對廉價的儲能技術，碳中(zhōng)和目标就會落空。儲能是最重要的電(diàn)力靈活性調節方式，包括物(wù)理儲能、化學儲能和電(diàn)磁儲能三大(dà)類，而靈活性調節還有火(huǒ)電(diàn)機組的靈活性改造、車(chē)網互動、電(diàn)轉燃料、電(diàn)轉熱等方式和技術。
物(wù)理儲能主要有四類。一(yī)是抽水蓄能電(diàn)站，它是最成熟的技術，我(wǒ)國以東部山地爲依托，已建、在建和規劃中(zhōng)的抽水蓄能電(diàn)站總量很大(dà)，但可再生(shēng)能源豐富的西部如何建抽水蓄能電(diàn)站還得探索。二是壓縮空氣儲能，主要是利用地下(xià)鹽穴、礦井等空間，該類技術在我(wǒ)國還處在起步階段。三是重力儲能，簡單地說是利用懸崖、斜坡等地形，電(diàn)力有餘時把重物(wù)提起來，需要電(diàn)力時把重物(wù)放(fàng)下(xià)用勢能做功，這類技術我(wǒ)國尚處在試驗階段。四是飛輪儲能，這是成熟的技術，但其能量密度不高。
化學儲能就是利用各類電(diàn)池，大(dà)家熟知(zhī)的有锂電(diàn)池、鈉電(diàn)池、鉛酸（碳）電(diàn)池、液流電(diàn)池、液态金屬電(diàn)池、金屬空氣電(diàn)池、燃料電(diàn)池（氫、甲烷）等。不同的電(diàn)池有不同的應用場景，它們在未來的電(diàn)力供應系統中(zhōng)具有不可或缺的地位，但今後會遇到電(diàn)池回收、環保處理、資(zī)源供應等問題。
電(diàn)磁儲能主要是超級電(diàn)容器和超導材料儲能，目前看，它的作用還有待觀察。
現有火(huǒ)電(diàn)機組的靈活性改造是指使其“出工(gōng)能力”具備靈活性，用電(diàn)高峰時機組可以發揮100%發電(diàn)能力，用電(diàn)低谷時隻“出工(gōng)”20%或30%。這個技術一(yī)旦成熟，應該非常管用，尤其在實現“雙碳”目标的早中(zhōng)期階段，應将其作爲主打技術。
車(chē)網互動是指電(diàn)動汽車(chē)與電(diàn)網的互動。簡單地說，今後大(dà)量的電(diàn)動汽車(chē)整合起來就是一(yī)個非常龐大(dà)的儲能系統，如果在電(diàn)網電(diàn)力有餘時，它們中(zhōng)的一(yī)部分(fēn)集中(zhōng)充電(diàn)，而電(diàn)力不足時，它們中(zhōng)的一(yī)部分(fēn)向電(diàn)網輸電(diàn)，這樣就起到了平滑峰谷的作用。這個想法很美好，也有點“浪漫”，但如何将理論上的可能性轉化爲實踐中(zhōng)的可行性，估計還得創新商(shāng)業模式。
電(diàn)轉燃料就是把多餘電(diàn)力轉化爲氫氣、甲烷等燃料，電(diàn)力不足時再把燃料用于發電(diàn)。電(diàn)轉熱儲能則是用水、油、陶瓷、熔鹽等儲熱材料把多餘的電(diàn)轉化爲熱儲存，需要時再爲用戶放(fàng)熱。
新型電(diàn)力供應系統的第三個主要組成部分(fēn)是輸電(diàn)網絡。從實現碳中(zhōng)和的邏輯分(fēn)析，我(wǒ)國未來的電(diàn)網将有以下(xià)幾個突出特點：
（1）遠距離(lí)的輸電(diàn)規模将在現有的基礎上增加數倍，意味着要把西部的清潔電(diàn)力輸送到東部消納區，輸電(diàn)基礎設施建設的需求巨大(dà)；（2）爲了統籌、引導大(dà)空間尺度上的發電(diàn)資(zī)源和用戶需求，大(dà)電(diàn)網應是基本形态；（3）貼近終端用戶（如工(gōng)業園區、小(xiǎo)城鎮等）的分(fēn)布式微電(diàn)網建設将受到重視，并将成爲大(dà)電(diàn)網的有效補充；（4）爲解決波動性強的可再生(shēng)能源占比高、電(diàn)力電(diàn)子裝置比例高的特點，需要在電(diàn)網的智能化控制技術上實現質的飛躍。
從上面的介紹可知(zhī)，建立一(yī)個新型電(diàn)力系統，其實是逐步“擠出”火(huǒ)電(diàn)的過程，或者嚴格地說，是一(yī)個把火(huǒ)電(diàn)裝機量占比減到最小(xiǎo)的過程，留下(xià)的火(huǒ)電(diàn)也得作“清潔化”改造。我(wǒ)國具有充足的風能、太陽能，從理論上講，資(zī)源絕對足夠。但能不能把這些分(fēn)布廣、能量密度低的風、光資(zī)源利用起來，并保證電(diàn)價相對便宜，研發出先進的技術，尤其是儲能技術是關鍵中(zhōng)的關鍵！
四、能源消費(fèi)端的技術需求
能源消費(fèi)端的減碳有兩個關鍵詞，一(yī)是替代，二是重建。所謂替代就是用綠電(diàn)、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(zhōng)，一(yī)系列工(gōng)藝過程需要重新建立。
對此，我(wǒ)們可分(fēn)九個領域，對能源消費(fèi)端的低碳化所需研發的技術或替代方式分(fēn)别作出簡單介紹。
1.建築部門應在三個方面發力。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/制冷和家庭炊事等，均應以綠電(diàn)和地熱爲主；農村(cūn)的家庭用能，則可采用屋頂光伏+淺層地熱+生(shēng)活沼氣+太陽能集熱器+外(wài)來綠電(diàn)的綜合互補方式。
2.交通部門可着眼于五個方面。未來私家車(chē)以純電(diàn)動車(chē)爲主；重卡、長途客運可以氫燃料電(diàn)池爲主；鐵路運輸以電(diàn)氣化改造爲主，特殊地形和路段可采用氫燃料電(diàn)池，同時發展磁懸浮高速列車(chē)；船舶運輸行業中(zhōng)的内河航運可用蓄電(diàn)池，遠航宜用氫燃料電(diàn)池或以二氧化碳排放(fàng)相對較少的液化天然氣作爲動力；航空則可用生(shēng)物(wù)航空煤油達到低碳目标。
3.鋼鐵行業碳排放(fàng)主要來自煉焦和焦炭煉鐵，它可分(fēn)兩階段實現低碳化。第一(yī)階段是對煉焦爐、高爐等的餘熱、餘能作充分(fēn)利用，同時用鋼化聯産的方式把煉鋼高爐中(zhōng)的副産品充分(fēn)利用起來。第二階段是逐步用新的低碳化工(gōng)藝取代傳統工(gōng)藝，研發和完善富氧高爐煉鋼工(gōng)藝，煉鋼過程中(zhōng)以綠氫作還原劑取代焦炭，對廢鋼重煉用短流程清潔煉鋼技術等。
4.我(wǒ)國建材行業的排放(fàng)主要來自水泥、陶瓷、玻璃的生(shēng)産，其中(zhōng)80%來自水泥。建材行業低碳化應從三方面研發技術，一(yī)是用電(diàn)石渣、粉煤灰、鋼渣、矽鈣渣、各類礦渣代替石灰石作爲煅燒水泥的原料，從原料利用上減少碳排放(fàng)的可能性；二是煅燒水泥時，盡可能用綠電(diàn)、綠氫、生(shēng)物(wù)質替代煤炭；三是用綠電(diàn)作能源生(shēng)産陶瓷和玻璃。
5.化工(gōng)排放(fàng)來自兩大(dà)方面，一(yī)是生(shēng)産過程用煤、天然氣作能源，二是用煤、油、氣作原材料生(shēng)産化工(gōng)産品時的“減碳”，比如用煤生(shēng)産乙烯，需要加氫減碳，其中(zhōng)加的氫如果不是綠氫，就會有碳排放(fàng)，減的碳一(yī)般會作爲二氧化碳排放(fàng)到大(dà)氣中(zhōng)。因此，化工(gōng)行業的低碳化應從四個方面入手，一(yī)是蒸餾、焙燒等工(gōng)藝過程用綠電(diàn)、綠氫；二是對餘熱、餘能作充分(fēn)的利用；三是适當控制煤化工(gōng)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(gōng)業中(zhōng)的碳排放(fàng)主要來自選礦、冶煉兩個過程，在整個冶金行業排放(fàng)中(zhōng)，鋁工(gōng)業排放(fàng)占比在80%以上，因爲電(diàn)解鋁工(gōng)藝用碳素作陽極，碳素在電(diàn)解過程中(zhōng)會被氧化成二氧化碳排放(fàng)。因此，冶金工(gōng)業的低碳化一(yī)是在選礦、冶煉過程中(zhōng)盡可能用綠電(diàn)；二是研發綠色材料取代電(diàn)解槽中(zhōng)的碳素陽極；三是對電(diàn)解槽本身作出節能化改造；四是對鋁廢金屬作回收再生(shēng)利用。
7.在其他工(gōng)業領域中(zhōng)，食品加工(gōng)業、造紙(zhǐ)業、纖維制造業、紡織行業、醫藥行業等也有一(yī)定量的碳排放(fàng)，其排放(fàng)來源主要有兩個方面，一(yī)是生(shēng)産加工(gōng)過程中(zhōng)用的煤、油、氣，二是其廢棄物(wù)産生(shēng)的排放(fàng)。這些行業的低碳化改造主要在于用綠電(diàn)替代化石能源，同時做好廢棄物(wù)的回收再利用。
8.服務業是一(yī)個龐大(dà)的領域，但服務業以“間接排放(fàng)”爲主，即服務業用電(diàn)一(yī)般被統計到電(diàn)力系統碳排放(fàng)中(zhōng)，運輸過程中(zhōng)的用油一(yī)般被統計到交通排放(fàng)中(zhōng)，建築物(wù)中(zhōng)的用能（包括餐飲業的用氣）則被統計到建築排放(fàng)中(zhōng)，似乎“直接排放(fàng)”的量并不大(dà)。但這樣說，并不是說服務業可以置身于低碳化之事外(wài)，恰恰相反，服務業亦有可以“主動作爲”的地方，這一(yī)方面是大(dà)力做好節能工(gōng)作，另一(yī)方面是盡可能用電(diàn)能替代化石能源的使用。
9.農業的碳排放(fàng)主要來自農業機械的使用，與此同時，農業中(zhōng)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(fàng)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(yī)是農業機械用綠電(diàn)、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(fàng)但不影響作物(wù)産量的技術；三是研發出減少畜牧業碳排放(fàng)的技術；四是盡可能增加農業土壤的碳含量。
根據這九方面的介紹，我(wǒ)們可以看出：在能源消費(fèi)端用綠電(diàn)、綠氫等替代煤、油、氣，從理論上講是不難做到的，但工(gōng)藝和設備的再造重建絕不是一(yī)件簡單的事。同時我(wǒ)們也可以想象，這樣的替代和重建一(yī)定會增加最終消費(fèi)品的成本。所以說，替代和重建需要時間。
五、固碳端的技術需求
提起固碳，我(wǒ)們首先想到的是自然過程，即通過海洋和陸地表面把大(dà)氣中(zhōng)的二氧化碳吸收固定。但這裏必須指出，人類活動每年都向大(dà)氣中(zhōng)排放(fàng)二氧化碳，這其中(zhōng)的一(yī)部分(fēn)可以被自然過程所吸收，餘下(xià)部分(fēn)如不通過人爲手段予以固定，則大(dà)氣中(zhōng)的二氧化碳濃度還會逐年增高。所以我(wǒ)們講固碳，主要是指通過人爲努力固定下(xià)的那部分(fēn)，而地球自然固碳過程則屬于“天幫忙”，很難歸功于具體(tǐ)的國家或實體(tǐ)。
“人努力”進行固碳一(yī)般可分(fēn)兩大(dà)途徑，一(yī)是生(shēng)态系統的保育與修複，二是把二氧化碳捕集起來後，或加工(gōng)成工(gōng)業産品，或封埋于地下(xià)或海底，這第二方面就是經常談到的“碳捕獲、利用與封存”——CCUS（Carbon Capture and Utilization-Storage）。
公衆對生(shēng)态系統固碳都比較熟悉，它是利用植物(wù)光合作用吸收大(dà)氣中(zhōng)的二氧化碳，所吸收的碳有一(yī)部分(fēn)長久保存在植物(wù)本身之中(zhōng)（比如樹(shù)幹），也會有一(yī)部分(fēn)凋落後（比如樹(shù)葉）腐爛進入土壤中(zhōng)以有機碳的形式得到較爲長期的保存，當然有機碳也會部分(fēn)轉化成無機碳并同地表系統中(zhōng)的鈣離(lí)子結合形成石灰石沉積。地表生(shēng)态系統盡管類型多樣，但真正起主要作用的還是森(sēn)林生(shēng)态系統，這是因爲森(sēn)林中(zhōng)的各種樹(shù)木都有很長的生(shēng)長期，在樹(shù)木适齡期内，固碳作用可持續進行；當樹(shù)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産品，不至于把多年來固定的碳快速返還給大(dà)氣。
因此，生(shēng)态系統固碳的重點在于森(sēn)林生(shēng)态系統，森(sēn)林生(shēng)态系統的管理一(yī)在于保育，二在于擴大(dà)面積。我(wǒ)國有大(dà)量适宜森(sēn)林生(shēng)長的山地，這些地區過去(qù)生(shēng)态受到過較大(dà)程度的破壞，最近幾十年來，一(yī)直處在恢複之中(zhōng)，而這些人工(gōng)次生(shēng)林或喬/灌混雜(zá)林都很“年輕”，有進一(yī)步發育、固碳的潛力。同時，我(wǒ)國又(yòu)有不少非農用地可作造林之用，包括近海的灘塗種植紅樹(shù)林，城市鄉村(cūn)的綠化用地種植樹(shù)木。所以說，生(shēng)态系統建設在我(wǒ)國實現碳中(zhōng)和過程中(zhōng)将起到至關重要的作用。
人爲固碳的另一(yī)條途徑是CCUS，它包括碳捕集技術、捕集後的工(gōng)業化利用技術（分(fēn)爲生(shēng)物(wù)利用和化工(gōng)利用兩大(dà)類）、地質利用和封存技術。對這些技術，國内外(wài)尚處在研發階段，真正大(dà)面積的應用尚未見到。
碳捕集技術分(fēn)三大(dà)類。一(yī)是化學吸收法，它用化學吸收劑同煙道氣中(zhōng)的二氧化碳生(shēng)成鹽類，再加熱或減壓将二氧化碳釋放(fàng)并收集。二是吸附法，又(yòu)細分(fēn)爲化學吸附法和物(wù)理吸附法。化學吸附法是用吸附材料同二氧化碳分(fēn)子先作化學鍵合，再改變條件把二氧化碳分(fēn)子解吸附并收集；物(wù)理吸附法是利用活性炭、天然沸石、分(fēn)子篩、矽膠等對煙道氣中(zhōng)的二氧化碳作選擇性吸附後再解吸附回收。三是膜分(fēn)離(lí)法，即利用膜對氣體(tǐ)分(fēn)子透過率的不同，達到分(fēn)離(lí)、收集二氧化碳之目的。在具體(tǐ)操作上，碳捕集還可分(fēn)爲燃燒前捕集、燃燒後捕集、化學鏈燃燒捕集、生(shēng)物(wù)質能碳捕集、從空氣中(zhōng)直接捕集等技術。
碳捕集後的工(gōng)業化生(shēng)物(wù)利用技術目前主要有四大(dà)類，一(yī)是利用二氧化碳在反應器中(zhōng)生(shēng)産微藻，這些微藻再用作生(shēng)産燃料、肥料、飼料、化學品的原料。二是将捕集到的二氧化碳注入溫室中(zhōng)，用以增加溫室中(zhōng)作物(wù)的光合作用，這個過程又(yòu)可稱爲二氧化碳施肥。三是把二氧化碳同微生(shēng)物(wù)發酵過程相結合，生(shēng)成有機酸。四是把二氧化碳用于合成人工(gōng)澱粉。碳捕集後的工(gōng)業化化工(gōng)利用又(yòu)分(fēn)兩大(dà)類技術途徑，一(yī)大(dà)類是把二氧化碳中(zhōng)的四價态碳還原後加甲烷、氫氣等氣體(tǐ)，再整合成甲醇、烯烴、成品油等産品。另一(yī)大(dà)類爲非還原技術，有二氧化碳加氨氣後制成尿素、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(wù)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(gōng)業化示範中(zhōng)，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，這屬于油氣開(kāi)采領域的應用，這類技術的一(yī)個共性是通過生(shēng)産性鑽孔把超臨界的二氧化碳壓到地層中(zhōng)，利用它驅動孔隙、裂隙中(zhōng)的油、氣流出開(kāi)采性鑽孔，達到油氣增産或增加油氣采收率的目的，與此同時，二氧化碳則滞留在孔隙、裂隙中(zhōng)得以長期封存。該類技術國内外(wài)已有工(gōng)業應用示範。
而另一(yī)些技術則在探索過程中(zhōng)，比如用于開(kāi)采幹熱岩中(zhōng)的地熱。幹熱岩埋深在數千米，其内部基本沒有流體(tǐ)存在，溫度在180℃以上，開(kāi)采幹熱岩中(zhōng)的熱能需要打生(shēng)産井并用壓裂手段使岩石增加裂隙，然後在生(shēng)産井中(zhōng)注入工(gōng)作介質，讓其流動并采集熱量，最後從開(kāi)采井中(zhōng)收集熱量。一(yī)些研究表明：用二氧化碳作爲工(gōng)作介質，既起到開(kāi)采幹熱岩熱量的作用，又(yòu)可把部分(fēn)二氧化碳封存于地下(xià)。
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(xià)深處或灌入深部海水中(zhōng)。這裏要特别指出：深海對二氧化碳的溶解保存能力是巨大(dà)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(wài)能量加入，因此有可能把最終産品的成本提高一(yī)大(dà)塊。至于地質封存，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(shēng)态固态才可兼顧經濟效益和社會效益。
六、碳中(zhōng)和的路線圖規劃
實現碳中(zhōng)和，是一(yī)個長期過程，需要有一(yī)個指導全局性工(gōng)作的規劃，并根據形勢的發展、技術的進步，能形成不斷完善規劃的工(gōng)作機制。我(wǒ)國的目标是2060年前實現碳中(zhōng)和，顯然在目前的認知(zhī)水平下(xià)，要做一(yī)個能覆蓋近40年時間長度的規劃是不太現實的，但有一(yī)點我(wǒ)們是必須一(yī)開(kāi)始就要做到心中(zhōng)有數的，那就是我(wǒ)國到時候還可以排放(fàng)多少二氧化碳，或者說從目前約100億噸的二氧化碳排放(fàng)減少到多少才可以宣布完成了碳中(zhōng)和目标。
這個問題不易确切回答，但尋找答案的思路是具備的，那就是“排放(fàng)量=海洋吸收量+生(shēng)态系統固碳量+人爲固碳量+其他地表過程固碳量”這個公式。對此，我(wǒ)們可以逐項做出分(fēn)析。
過去(qù)幾十年，海洋對人爲排放(fàng)二氧化碳的吸收比例爲23%，這個過程還是比較穩定的，盡管我(wǒ)們很難預測未來是否會産生(shēng)重大(dà)改變，但假定海洋将保持這個吸收比例不變，應該是有依據的。
我(wǒ)國陸地生(shēng)态系統固碳能力非常強。根據相關研究，2010—2020年間我(wǒ)國陸地生(shēng)态系統每年的固碳量爲10億—13億噸二氧化碳；一(yī)些專家根據這套數據并采用多種模型綜合分(fēn)析後，預測2060年我(wǒ)國陸地生(shēng)态系統固碳能力爲10.72億噸二氧化碳/年，如果增強生(shēng)态系統管理，還可新增固碳量2.46億噸二氧化碳/年，即2060年我(wǒ)國陸地生(shēng)态系統固碳潛力總量爲13.18億噸二氧化碳/年。此外(wài)，我(wǒ)國近海的生(shēng)态系統固碳工(gōng)程還沒啓動，這塊兒也應該有較大(dà)潛力。
至于把碳捕集後作工(gōng)業化利用及封存的量有多大(dà)，這要取決于技術水平與經濟效益，目前要對此作出估計是有難度的。但我(wǒ)們也可以作出這樣的假定：如果屆時實現碳中(zhōng)和有“缺口”，政府将對人爲工(gōng)業化固碳予以補貼，争取每年達到3億—5億噸二氧化碳的工(gōng)業化固碳與地質封存。以中(zhōng)國的工(gōng)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(xià)水系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于河流—湖泊系統之中(zhōng)等地表過程，它一(yī)年能固定的碳總量目前沒有系統研究數據，但粗略估計中(zhōng)位數在1億噸二氧化碳左右。
2022年4月20日，航拍安徽省蕪湖市繁昌區平鋪鎮境内岱湖灘上的漁光互補光伏電(diàn)站 中(zhōng)新社發 肖本祥/攝
爲此，我(wǒ)們可以做出這樣的分(fēn)析，假如我(wǒ)國2060年前後二氧化碳年排放(fàng)量在25億噸左右，那麽海洋可吸收25×23%=5.75億噸二氧化碳，陸地和近海生(shēng)态系統固碳14億噸二氧化碳，工(gōng)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(fàng)”。
當然，要從100億噸的二氧化碳排放(fàng)量降到25億噸，難度亦是非常之大(dà)的，這需要我(wǒ)們先有一(yī)個宏觀的粗線條規劃。根據我(wǒ)國五年規劃的慣例，可考慮以兩個五年規劃爲一(yī)個階段，分(fēn)四個階段，四十年時間實現碳中(zhōng)和目标。
第一(yī)步爲“控碳階段”，争取到2030年把碳排放(fàng)總量控制在100億噸之内，即“十四五”期間可比目前增一(yī)點，“十五五”期間再減回來。在這第一(yī)個十年中(zhōng)，交通部門争取大(dà)幅度增加電(diàn)動汽車(chē)和氫能運輸占比，建築部門的低碳化改造争取完成半數左右，工(gōng)業部門利用煤+氫+電(diàn)取代煤炭的工(gōng)藝過程大(dà)部分(fēn)完成研發和示範。這十年間電(diàn)力需求的增長應盡量少用火(huǒ)電(diàn)滿足，而應以風、光爲主，内陸核電(diàn)完成應用示範，制氫和用氫的體(tǐ)系完成示範并有所推廣。
第二步爲“減碳階段”，争取到2040年把二氧化碳排放(fàng)總量控制在85億噸之内。在這個階段，争取基本完成交通部門和建築部門的低碳化改造，工(gōng)業部門全面推廣用煤/石油/天然氣+氫+電(diàn)取代煤炭的工(gōng)藝過程，并在技術成熟領域推廣無碳新工(gōng)藝。這十年火(huǒ)電(diàn)裝機總量争取淘汰15%落後産能，用風、光資(zī)源制氫和用氫的體(tǐ)系完備及大(dà)幅度擴大(dà)産能。
第三步爲“低碳階段”，争取到2050年把二氧化碳排放(fàng)總量控制在60億噸之内。在此階段，建築部門和交通部門達到近無碳化，工(gōng)業部門的低碳化改造基本完成。這十年火(huǒ)電(diàn)裝機總量再削減25%，風、光發電(diàn)及制氫作爲能源主力，經濟适用的儲能技術基本成熟。據估計，我(wǒ)國對核廢料的再生(shēng)資(zī)源化利用技術在這個階段将基本成熟，核電(diàn)上網電(diàn)價将有所下(xià)降，故用核電(diàn)代替火(huǒ)電(diàn)作爲“穩定電(diàn)源”的條件将基本具備。
第四步爲“中(zhōng)和階段”，力争到2060年把二氧化碳排放(fàng)總量控制在25億—30億噸。在此階段，智能化、低碳化的電(diàn)力供應系統得以建立，火(huǒ)電(diàn)裝機隻占目前總量的30%左右，并且一(yī)部分(fēn)火(huǒ)電(diàn)用天然氣替代煤炭，火(huǒ)電(diàn)排放(fàng)二氧化碳力争控制在每年10億噸，火(huǒ)電(diàn)隻作爲應急電(diàn)力和一(yī)部分(fēn)地區的“基礎負荷”，電(diàn)力供應主力爲光、風、核、水。除交通和建築部門外(wài)，工(gōng)業部門也全面實現低碳化。尚有15億噸的二氧化碳排放(fàng)空間主要分(fēn)配給水泥生(shēng)産、化工(gōng)、某些原材料生(shēng)産和工(gōng)業過程、邊遠地區的生(shēng)活用能等“不得不排放(fàng)”領域。其餘5億噸二氧化碳排放(fàng)空間機動分(fēn)配。
“四階段”路線圖隻是一(yī)個粗略表述，由于技術的進步具有非線性，所謂十年一(yī)時期也隻是爲表達方便而定。
七、碳中(zhōng)和對我(wǒ)國的挑戰和機遇
從前面的介紹可知(zhī)，實現碳中(zhōng)和，可以理解爲經濟社會發展方式的一(yī)場大(dà)變革，對當今世界的任何一(yī)個國家來說，都是一(yī)場巨大(dà)的挑戰。對我(wǒ)國來說，主要的挑戰在以下(xià)幾個方面。
一(yī)是我(wǒ)國的能源禀賦以煤爲主。在煤、油、氣這三種化石能源中(zhōng)，釋放(fàng)同樣的熱量，煤炭排放(fàng)的二氧化碳量大(dà)大(dà)高于天然氣，也比石油高不少。我(wǒ)國的發電(diàn)長期以煤爲主，這同石油、天然氣在火(huǒ)電(diàn)中(zhōng)占比很高的那些歐美發達國家比，是資(zī)源性劣勢。
二是我(wǒ)國制造業的規模十分(fēn)龐大(dà)。我(wǒ)們在前面的介紹中(zhōng)提到，我(wǒ)國接近70%的二氧化碳排放(fàng)來自工(gōng)業，這個占比高出歐美發達國家很多，這同我(wǒ)國制造業占比高、“世界工(gōng)廠”的地位有關。
三是我(wǒ)國經濟社會還處于壓縮式快速發展階段，城鎮化、基礎設施建設、人民生(shēng)活水平提升等方面的需求空間巨大(dà)。
四是我(wǒ)國的能源需求還在增長，意味着我(wǒ)國的二氧化碳排放(fàng)無論是總量還是人均都會繼續增長。
五是我(wǒ)國2030年達峰後到2060年中(zhōng)和，其間隻有30年時間，而美國、法國、英國從人均碳排放(fàng)量考察，在20世紀70年代就達峰了，它們從達峰到2050年中(zhōng)和，中(zhōng)間有80年的調整時間。
爲了更加清晰地闡明碳中(zhōng)和對我(wǒ)國的挑戰性，我(wǒ)們下(xià)面用幾組碳排放(fàng)有關的數據，以國際比較的方式，來做進一(yī)步說明。
第一(yī)組數據是從1900年到2020年間，不同國家的累計二氧化碳排放(fàng)量（以億噸二氧化碳爲單位），美國爲4047，歐盟27國爲2751，中(zhōng)國爲2307，俄羅斯爲1152，日本爲655，英國爲618，印度爲545，墨西哥爲201，巴西爲156。這個累計排放(fàng)量可大(dà)略表明一(yī)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(wǒ)們需要第二組數據，1900年到2020年間的人均累計排放(fàng)，這套數據以國家爲單位，把每年的全國排放(fàng)除以人口，獲得逐年人均排放(fàng)，再把這120年來的人均排放(fàng)加和即可得出（數據以噸二氧化碳爲單位），具體(tǐ)爲：美國2025，加拿大(dà)1522，英國1209，俄羅斯848，歐盟27國713，日本575，墨西哥295，中(zhōng)國190，巴西107，印度58，全球人均累計爲375，中(zhōng)國迄今爲止隻有全球人均的一(yī)半，不到美國的十分(fēn)之一(yī)。
第三組數據是目前以國家爲單位的排放(fàng)量（以億噸二氧化碳爲單位），具體(tǐ)是：中(zhōng)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
那麽有第四組數據（2016年到2020年人均排放(fàng)，以噸二氧化碳爲單位），具體(tǐ)是：美國15.9，加拿大(dà)15.3，俄羅斯11.4，日本9，中(zhōng)國7.2，歐盟27國6.6，巴西2.3，印度1.9。
從以上四組數據可知(zhī)，我(wǒ)國最近幾十年的發展具有壓縮性特征，故目前的人均和國别排放(fàng)數據比較高，這也是掌握話(huà)語權的西方媒體(tǐ)不斷給我(wǒ)國戴上“最大(dà)排放(fàng)國”，甚至是“最大(dà)污染國”帽子的所謂“理由”。但如果考察人均累計排放(fàng)，我(wǒ)國對全球的“貢獻”非常小(xiǎo)。另外(wài)，我(wǒ)國的人均GDP已達全球平均水平，而人均累計排放(fàng)隻是全球的一(yī)半，這還是在我(wǒ)國能源以煤炭爲主、每年淨出口大(dà)量制造業産品的基礎上達到的，由此說明我(wǒ)國絕不是如一(yī)些研究者所說的是“能源資(zī)源消耗型”經濟體(tǐ)。
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(fèi)碳排放(fàng)，它考慮了國家間通過進出口而産生(shēng)的“碳排放(fàng)轉移”。2018年到2019年間的數據如下(xià)（單位爲噸二氧化碳）：美國15.4，德國7.6，加拿大(dà)7.5，日本7.4，俄羅斯7.0，英國5.7，法國4.4，中(zhōng)國2.7，巴西1.5，印度1.1。這組數據說明，世界上一(yī)些國家隻是“生(shēng)存型碳排放(fàng)”，而有的國家早已進入“奢侈型”或“浪費(fèi)型”國家行列！
前面我(wǒ)們談了碳中(zhōng)和對中(zhōng)國的五方面挑戰，下(xià)面再談五點機遇。
一(yī)是我(wǒ)國光伏發電(diàn)技術在世界上已是“一(yī)騎絕塵”，風力發電(diàn)技術處在國際第一(yī)方陣，核電(diàn)技術也跨入世界先進行列，建水電(diàn)站的水平更是無出其右者。
二是我(wǒ)國西部有大(dà)量的風、光資(zī)源，尤其是西部的荒漠、戈壁地區，是建設光伏電(diàn)站的理想場所，光伏電(diàn)站建設還可帶來生(shēng)态效益；東部我(wǒ)們有大(dà)面積平緩的大(dà)陸架，可以爲海上風電(diàn)建設提供大(dà)量場所。
三是我(wǒ)國的森(sēn)林大(dà)都處在幼年期，還有不少可造林面積，加之草地、濕地、農田土壤的碳大(dà)都處在不飽和狀态，因此生(shēng)态系統的固碳潛力非常大(dà)。
四是我(wǒ)們實現碳中(zhōng)和目标的過程，也是環境污染物(wù)排放(fàng)大(dà)大(dà)減少的過程，這意味着我(wǒ)們将徹底解決大(dà)氣污染問題，其他污染物(wù)排放(fàng)也将實質性降低。
此外(wài)，碳中(zhōng)和也意味着我(wǒ)們将實現能源獨立，國内自産的原油、天然氣将能滿足化工(gōng)原料之需要，進口油氣将大(dà)爲減少，所謂的“馬六甲困境”将不再是一(yī)個實質性威脅。能源獨立從某種程度上還會爲糧食安全提供助力。
五是我(wǒ)國的舉國體(tǐ)制優勢将在碳中(zhōng)和曆程中(zhōng)發揮重大(dà)作用，因爲碳中(zhōng)和涉及大(dà)量的國家規劃、産業政策、金融稅收政策等内容，需要真正下(xià)好全國一(yī)盤棋。這點我(wǒ)們從我(wǒ)國推動光伏産業的曆程中(zhōng)就可以看出，并且諸如此類的經驗未來還會不斷被總結、深化。我(wǒ)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(zhōng)和，也将在國家産業政策設計上獲得助力。
（作者爲全國人大(dà)常委會副委員(yuán)長、中(zhōng)國科學院院士）
來源：《黨委中(zhōng)心組學習》