“双碳行动”是应对气候变暖的国际行动的一部分。欧盟国家是“碳中和”的首倡者，他们提出要在2050年达到碳中和。我国去年9月承诺，2030年碳达峰，2060年达到碳中和。多年以来，美国由于党派争执，对待气候变化问题的态度一直摇摆不定，但是民主党上台以后，他们提出的目标还是非常激进的，尤其是提出2035年要达到无碳发电，2050年要达到碳中和。鉴于美国这么多年来的反复立场，其如何落实到实际行动上，还是要“走着瞧”。现在有不少国家都在制定碳中和计划，但我们认为这是一个雄心勃勃但又极其艰难的目标。 图1 不同大国碳排放现状 图1是一些典型国家1930年到2019年之间人均碳排放量的变化情况。我们能够看到，美国自1930年以来，一直是人均碳排放量最高的国家。1970年代，美国人均碳排放量达到了最高峰，之后开始下降，英国和法国大概也是在上世纪七十年代到八十年代达到最高峰。经常有人讲，“从碳达峰到碳中和，美国有60年时间，而中国只有40年”，其实这个表述是不够准确的，欧洲国家和美国从碳达峰到碳中和实际上是有70到80年的时间。 从人均角度来分析的话，美国、英国、法国的碳排放已经处于下降阶段，正在走向碳中和。印度的人均排放量增长刚刚“启动”，大概相当于我国60年代的人均排放水平，尚未真正到达快速增长时期。我国基本上从2012、2013年开始就进入了碳排放的“平台期”。世界上还有许多农业国家尚未启动工业化，所以还没有”启动“碳排放。 现在我们有两个目标，一个是碳达峰，一个是碳中和。在碳达峰上，达到什么样的高度，我们并没有一个天花板，也没有设定一个具体目标。理论上有两种选择，一种是把峰调高，以后的减排数据会好看一点；第二种是尽量把峰值压低。我个人认为，出于改善空气质量的考虑，还是要追求尽量把峰值压低。所以，碳达峰其实不需要太多研究，要研究的问题主要是如何实现碳中和。 图2 主要国家人均二氧化碳排放比较 图2显示的是主要国家人均碳排放的对比。我国的生产端人均二氧化碳排放量是7.28吨/年，高于全球平均水平，不过比美国要低很多；从消费端来看，我们的人均排放量比英法美都低；最核心的是图2最右边图中展示的人均累计排放，大家都知道，一个国家的发展，尤其是基础设施建设，是逐年累积的，这张从1900年算起的人均累计排放对比图显示，全球平均水平是209吨/人，我国才157吨/人，美国是1218吨/人，欧洲的法国、英国这些国家都比我国多得多。所以计算人均累计碳排放，我国远远低于全球平均，这个结论大家一定要记住。我国现在的碳排放总量比较高，这和我国经济发展比较快有关。从这个角度看，我国的碳中和应该会比其他国家要困难，大家心里应该有数。 碳中和的概念，就是人为排放的二氧化碳（化石燃料利用和土地利用），被人为（木材蓄积量、土壤有机碳、工程封存等）和自然过程（海洋吸收、侵蚀-沉积过程的碳埋藏、碱性土壤的固碳等）所吸收。目前全球每年排放的二氧化碳大约是400亿吨，其中14%来自土地利用，86%来自化石燃料利用。排放出来的这些二氧化碳，大约46%留在大气，23%被海洋吸收，31%被陆地吸收。这个数据可能不是特别准，但一百年以来碳循环基本上就是这么一个规律。 碳固定过程非常多，我在这里举一个不被大家特别关注的例子——土壤。干旱、半干旱地区的碱性土壤中含有很多钙离子，不像南方酸性土壤钙离子很少，这些钙离子和大气中的二氧化碳结合，降水的时候就会淋溶形成碳酸钙沉淀，这是一个非常强大的自然过程。做黄土研究的专家经常说，黄土里面有料姜石，这就是碳酸钙的结核，还有在温暖时期沉淀下来的钙板。我国有大面积的干旱半干旱地区，这个自然过程对碳的固定，是一个非常重要的过程。 接下来讲未来碳中和的主要途径。我们要考虑到，接近2060年的时候，因为人为排放下降了，二氧化碳分压降低，海洋吸收可能也会相应降低，但降低的幅度现在很难预测。陆地土壤沉积的固碳过程还是会存在，甚至有可能会加强。所以，不得不排放的二氧化碳，就要通过生态建设、工程封存等措施去除掉，这样才能达到中和。 需要特别说明的是，自然过程吸收二氧化碳的量，只能理解为自然界存在的一个基数，比如海洋吸收的碳就不能归结为哪个国家的功劳。我们要考虑如何依靠人为努力，比如生态建设、工程封存、土壤固碳等措施来进行碳固定。也就是说，碳中和等于排放量同自然过程吸收、生态碳汇、工程封存等等抵消。 我们这个学部咨询项目是从排放端、固碳端、政策推动这几个角度来考虑的。要特别说明，这个项目只是想把碳中和框架设计出来，把问题清单列出来，至于碳中和具体怎么做，还需要大家共同进行大量的研究。我们现在只是设计一个初步路线图，供大家研讨完善。这个咨询项目设立了九个专题，我把每个专题简单向大家报告一下。 专题一：未来能源消费总量预测 这个专题要解决的一个核心问题是，在不同时间节点（面向2060），我国居民生活、工业、建筑、交通等重点领域的能源需求以及全社会能源总需求。 这里有个主要的几个边界条件要明确： 一个是到2035年，我们GDP比目前还会翻一番，2060年还需要再翻一番，达到人均4万美元，生活水平也要相应地同发展阶段相当，产业结构从目前的中低端发展到中高端。 另外一个因素就是人口变动，少子、老龄化这些因素必须考虑进去，要建立一个预测的模型。但预测常常是不准的，2009年有部门预测2020年我国一次能源消费将达到44亿吨标准煤，但实际上2020年我国一次能源消费达到50亿吨标准煤。所以我们希望高中低都有预测，不要局限于某一种观点。 专题二：非碳能源占比阶段性提高途径 这个专题要解决的核心问题是，我们需要一个什么样的新型能源供应系统，尤其是电力供应系统，如何逐步增加非碳能源，特别是风、光、水、地热、核等的比重。 其次，我们要重点回答，中国西部有丰富的风、光资源，如何从各种发电、储能、转化、输电、消纳等等环节协调发力，让这些资源得到有效充分利用。 尤其要解决的问题是，由于风、光资源的时空分布不平衡，如何保证稳定输出，需要一套什么样的基础设施来保证稳定输出，这是一个非常大的问题，也需要有一个框架。 另外关于新型电力系统的能源供应系统，我们需要列出一个技术清单，到底需要哪些技术，作为未来研究方向。图4是我国2019年一次能源消费情况，可以看出，非碳能源实际上只占15%，另外85%是煤、油、气，这是一个非常严峻的现实。我国现在大约排放100亿吨二氧化碳。假如到2060年，我国还不得不排放20到25亿吨二氧化碳，在这样的情景之下，我们该怎么办？ 现在初步的认识是：非碳能源占比不会是线性提高的，主要靠技术组合和技术突破。煤炭作为主力能源，还会存在较长一段时期，因此煤炭清洁利用技术的进步仍需十分重视。另外一个是核能，我们不该追随某些“弃核国家”的脚步，还要加强核能利用，甚至在内陆地区建厂，把核能充分利用起来。尤其是西部干旱地区的风、光资源，是我们实现碳中和最大的底气，我们要考虑如何来稳定输出。 专题三：不可替代化石能源预测 这个专题的核心问题是，不可替代的化石能源必然会转化为不得不排放的二氧化碳，对于这部分排放要有一个预测，来自于何处、来自于什么行业、总量有多少。 我们现在讲碳中和，首先要考虑替代，就是用电、热、氢能等来替代，来减少二氧化碳排放。不同行业、不同领域的替代难度肯定是不一致的，我们能否从目前的情况来按照难易排序，这是非常关键的。 其次，我们能否确定不可替代的领域有哪些？在这些领域不得不排放二氧化碳，那就是碳中和需要中和掉的部分，我们就需要进行针对性预测。现在初步认为：居民生活比较容易用电力、地热、太阳能来替代，关键在于国家如何推动；交通领域，目前已经在大力发展电动汽车，以后可能用氢能驱动船和飞机等，这个替代可能只是个时间问题；农业领域大部分也可以替代；比较难替代是工业领域，包括冶金、化工、建材、矿山等等如何替代，还需要特别研究。 另外，我们要克服风电、光电等输出不稳定性的问题。未来我们的电力系统如何保证稳定输出将是需要考虑解决的关键问题。美国提出来2035年就要实现无碳电力，中国什么时候实现低碳电力或者无碳电力，这也需要认真研究。 目前有很多国家对氢能寄予了很大希望，我们的院士当中也有不同的声音。氢能战略也需要国家拿出方案。我国大约100亿吨二氧化碳排放中，发电端占比约47%，消费端如工业过程、居民生活等等占了53%，要实现碳中和就需要在发电端用更多的非碳能源来发电、在消费端用电和氢能等来替代，构建一个两端共同发力的系统。 专题四：非碳能源技术研发迭代需求 非碳能源技术发展是个迭代的过程，需要逐渐进步，但具体分几步来做是一个问题。大化所的刘中民院士他们提出来三步走，第一步是化石能源的清洁高效利用与耦合替代；第二步，可再生能源多能互补与规模应用；第三步，低碳能源智能化多能融合。具体怎么做，还需要进一步探讨。这个问题最后还要和第二个专题一起“收口”。 前四个专题主要研究排放端。在固碳端，我们也列了四个专题。 专题五：陆地生态系统固碳现状测算 第五个专题是关于我国陆地生态系统的固碳现状，就是说我国生态系统现在到底有多少固碳能力，以及碳汇的功能与速率，不同有机碳之间什么时候会达到平衡？还有我刚才讲到的碱性土壤这个问题，目前的研究还很少，也需要加强研究。 中科院已经做过一些关于碳收支项目的研究。现在认为，我国目前地表碳储量相当于363亿吨二氧化碳，每年固碳速率是10到40亿吨二氧化碳，我们估计森林在2060年以前将会达到固碳的峰值，之后固碳速率就会降低。干旱半干旱区的土壤还很难估计。图6就是用不同的方法测算出来的碳源，数据差别比较大。 我国建设的生态工程固碳总量是非常大的，约占我国陆地生态系统年固碳总量的56%，这是一个令人鼓舞的现象。 专题六：陆地生态系统未来固碳潜力分析 计算我国陆地生态系统未来固碳的潜力，主要有以下核心问题： 一是陆地和近海不同生态系统的固碳潜力如何，以及未来在气候变化影响下，它们会如何变化；二是我国生态恢复、建设工程这些面状分布区未来的固碳潜力如何；三是新增点状分布区的固碳潜力如何，比如城市造林绿化等；四是其他一些人为措施，比如南水北调西线工程上马后西部干旱区变绿、海水淡化等实现之后，在其影响下新增的固碳潜力如何；还有未来陆地生态系统增加碳汇的措施，比如秸秆闷烧成碳屑等。我们还需要研究证明这些增汇措施的长期性。 专题七：碳捕集利用封存技术评估 第七个专题是碳捕集利用工程封存技术。我们谈到的负排放技术目前有图8中列出的这些，包括将二氧化碳制成化学品、将二氧化碳制成燃料、微藻的生产、混凝土碳捕集、提高原油采集率、生物能源的碳捕捉和存储、硅酸盐岩石的风化和矿物碳化、植树造林、土壤有机碳和土壤无机碳、农作物的秸秆烧成木炭还田等等。这些负排放技术中，前面几项是国际上所谓的CCUS技术，后面用红箭头标出来的这两项——矿物碳化和生物炭，我国研究得还比较少。 这里的核心问题是，这些技术还需要进一步研究，现在还没有必要马上就大规模工程封存，那是要在2060年之前考虑的问题。目前这方面的技术进步是比较快的，未来会进步到什么程度还不好预测，但是我个人认为，最好不要单纯地封存，那样不产生经济效益，还是要想办法如何利用二氧化碳。 专题八：青藏高原率先达标示范区建议 第八个专题是建议在青藏高原建设一个率先达标的示范区。青藏高原在我国境内的面积有250万平方公里，我国正在建设青藏高原生态屏障，同时我国可能也要开发一些河流的水电，如果能把青藏高原建成一个率先达标示范区，我们就能够在气候变化问题上处于一个道德上的制高点。青藏高原固碳的潜力非常之大，因为它有很多退化的草地，所以我们现在要对它进行专题研究。 另外还要考虑，以后一个地区或一个行业的碳中和程度如何评价，这要从生产端、消费端共同来做，也需要拿出一个思路。 专题九：政策技术分析研究 第九个专题是政策如何推动的问题，包括如何推动非碳技术，如何进行生态建设增加碳汇。目前来说，我国在减排问题上，政府约束性政策大于市场机制，以后可能要更多地依靠市场来发挥作用。 如图10，这个项目最终会做一个情景设计：假如我国每年不得不排放25亿吨二氧化碳，这些排放来自哪里？根据目前观测比例，自然过程可以吸收13亿吨，如果生态系统吸收8亿吨，可能还要考虑用风化和碳酸钙沉淀吸收2亿吨，还有2亿吨可能要变成生物炭埋到土壤中。然后就是各种技术如何迭代，最后考虑如何收口。整个情景大概是这么一个设计。到2060年，如果我国能够做到25亿吨二氧化碳排放量，我个人认为是非常了不起了。 最后再说几个观点： 第一， “碳中和”过程既是挑战又是机遇，其过程将会是经济社会的大转型，将会是一场涉及广泛领域的大变革。“技术为王”将在此进程中得到充分体现，即谁在技术上走在前面，谁将在未来国际竞争中取得优势。国家需要积极研究与谋划，谋定而动，系统布局，组织力量，特殊支持，力争以技术上的先进性获得产业上的主导权，使之成为民族复兴的重要推动力，我们必须要积极地看待这个问题。 第二，我们项目组强调：完成这个大转型，需要在能源结构、能源消费、人为固碳“三端发力”，所需之资金将会是天文数字，决不可能依靠政府财政补贴得以满足，必须坚持市场导向，鼓励竞争，稳步推进。政府的财政资金应主要投入在技术研发、产业示范上，力争加快我国技术和产业的迭代进步速度。在此过程中，特别要防止能源价格明显上涨，影响居民生活和产品出口。 第三，本项目只能先给出一个框架性建议，以供科技界讨论、修正、完善。期望汇聚众智后，学部的建议对我国如何推动此大转型，如何在未来国家创新体系中形成布局完善、责任明确的技术研发体系等重大问题，有实质性的指导意义。项目组也认为，我国学术界应该秉持开放的态度，广泛参与，发挥出想象力和创造力；国家有关部门在确定路线图的问题上可考虑先经历一段“百家争鸣”时期，千万不要急于“收口”，千万不要急于强力推进。 第四，这个大转型过程中，整个行业的协调共进非常重要。“减碳、固碳”“电力替代”“氢能替代”均需要增加企业的额外成本，如果某一行业不同企业间不能协调共进，势必会使“不作为企业”节约了成本，从而出现“劣币驱逐良币”现象。由此，分行业设计“碳中和”路线图及有效的激励/约束制度需尽早完成，这个非常关键。 第五，评价国家、区域、行业、企业甚至家庭的“碳中和程度” ，需从收、支两端计量。从能源消费角度论，“支”（即排放）相对容易计量；“收”（即固碳）由于类型多样，过程复杂，很难精确计量，尤其是“人为努力”下的固碳增量不易确定。由此，国家要尽早建立系统的监测、计算、报告、检核的标准体系，以期针对我国的碳收支状况，保证话语权在我。 当然，这里面还有国际上的合作与斗争，比如未来的排放权如何分配？未来排放的天花板应该如何确定？“共同又有区别的责任”未来怎么来体现？西方国家一直在说“资金与技术援助”，但是一直没做，他们如何兑现？每个国家排放量如何计量？另外我国该如何应对西方国家的舆论抹黑，比如西方国家总说中国是第一污染大国，其实从图2看，我国人均累计排放量远远低于世界平均，但是我们没有人就此问题发声。另外，针对外国对我国绿色产品比如太阳能电池板设立高额关税，我国该如何应对？这里面有很多的问题需要思考。 还有一些基础性的科学问题需要研究，比如到底1.5℃、2.0℃增温对应什么样的二氧化碳当量浓度？以前国际上经常说450ppm二氧化碳当量浓度，现在已经达到了这个浓度，但增温并没有达到1.5℃。我个人认为，格陵兰冰盖融化之前，变暖对中国是有利的，融化之后海平面要上升，对中国就不利了，所以我们还是要有一个研究目标。 总之，科技界任重道远。 （本文由科学大院根据丁仲礼院士在中科院学部第七届学术年会上的报告整理而成，首发于科学大院） 中国国家主席习近平于2020年9月22日在第七十五届联合国大会一般性辩论上向世界庄严宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”其后，习主席又在多个国际场合对此作出承诺，表明中国政府和中国人民言必信、行必果的决心，为国际社会合作应对全球气候变暖提供了十分强大的助力。 众所周知，化石燃料是工业革命以来人类得以发展进步的重要物质基础。在未来的发展进程中，如何逐步摆脱对化石燃料的依赖，真正向低碳社会转型，将是一项十分严峻的挑战。对中国来讲，更是如此。因为中国是工业化过程的后来者，并没有像一些发达国家那样，进入能源消耗已呈下降趋势的后工业化时期。为此，中国科学院学部组织百余位院士专家，从技术和产业层面对我国如何实现碳中和作了较为系统的研究，获得了对碳中和路线图的框架性认识。本文拟对此作一简介。 人类大量利用化石燃料，向大气排放二氧化碳，是工业革命以后的事，但大气中二氧化碳浓度有实质性增加，则主要是近100年来出现的现象。中国从19世纪后半叶开始发展工业，但由于社会动荡不安，工业化进程十分缓慢，一直到新中国成立以后，才开始系统性工业化。二氧化碳排放开始进入快速增长时期，则要到1978年改革开放尤其是2001年加入世界贸易组织（WTO）以后。 我们来看国际权威数据库提供的基本信息：从1850年到2019年，全球共排放了16100亿吨二氧化碳，其中中国为2200亿吨，占13.7%，远低于我国人口在全球的占比；而美国同期则排放了4100亿吨，占比高达25%以上；七国集团（G7）国家整体上的排放量为7340亿吨，占比高达45.6%，而其人口在全球占比则不到10%。通过计算，我们可获得1850—2019年人均累计二氧化碳排放量（每年的人均排放之加和）：美国2174吨、G7国家1397吨、全球386吨，而中国是182吨——只是美国的8.4%、G7国家的13.0%、全球平均的47.2%。 由此可见，中国对全球大气二氧化碳浓度增加的贡献并不高。何况中国自加入WTO以来，一直承担着“世界工厂”的角色，相当一部分的排放是用于生产出口产品。因此，中国绝不像一些西方报刊所描绘的那样，是“全球最大的排放国”。即使以国家作为比较单位，美国对大气二氧化碳浓度增高的历史贡献也远大于中国。如果以人均累计排放量作为评价指标，中国则远低于全球平均，而这其实是最为合理的评价指标，因为不同国家的工业化起步时间有早晚，一个国家的工业化程度、城市化程度、人民生活水平、基础设施水平等，都需要消耗化石能源来提升，都需要时间来建设，都同人口数量相关。脱离了人口、历史这两个因子，比较国与国之间的排放是毫无意义的。 但是，我们不得不承认，目前全世界每年总共排放约400亿吨二氧化碳，中国大约占四分之一，即100亿吨左右，年度人均排放已经超过全球人均水平。中国从加入WTO以来，二氧化碳排放量的快速增长，是同我国的压缩式发展分不开的。要发展就得增加能源消耗，在非碳能源技术尚未成熟的背景下，这就意味着排放增加。 中国目前的人均国内生产总值（GDP）刚超过1万美元大关。从发达国家走过的历程看，在人均GDP达到1万美元之前，人均能耗的增长非常强劲；从1万美元到4万美元，人均能耗还会缓慢增长；达到4万美元之后，人均能耗将处于逐渐下降阶段，当然这也可能同发达国家将高能耗、高污染产业转移到发展中国家去有关。中国力争在2060年达到碳中和，而从现在到2060年我国正处于人均GDP从1万美元到4万美元的奋斗过程中，人均能源消耗的继续增长是不可避免的。一些发达国家在上世纪80年代即达到人均能耗高峰，并且从碳达峰到碳中和至少要用70年时间。和他们不同，中国要从2030年碳达峰后，用30年时间完成碳中和，挑战无疑是巨大的。 那么，中国目前每年约100亿吨二氧化碳的排放主要来自何处？了解这一点对如何实现碳中和至关重要，这也是碳中和路线图的逻辑起点。根据国家相关统计，中国目前的一次能源消费总量约为每年50亿吨标准煤（编者注：一次能源是指自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源，又称天然能源），其中煤炭、石油、天然气的占比分别为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）的主要终端消费者为工业（64.6%）和建筑（28%）。从以上数据可以看出，二氧化碳的终端排放源主要为工业（约占68.1%）、建筑（约占17.6%）和交通（约占10.2%）。因此，实现碳中和工作的着力点也应该集中在这些领域。 碳中和的概念等同于“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可以排放一定数量的二氧化碳，但这个排放量中的一部分被自然过程吸收而固定，余下部分则通过人为努力而固定（比如通过生态系统建设吸收二氧化碳，或把二氧化碳收集后转为工业品或封存于地下），排放量与固碳量相等，则为碳中和。评价一个国家、一个地区甚至一家企业碳中和与否或碳中和程度，看的就是其排放量和固碳量之比。 根据国际上过去几十年来的观测统计，人类排放的所有二氧化碳中有54%被自然过程吸收（其中陆地吸收31%，海洋吸收23%），另外的46%留在大气中，成为大气二氧化碳浓度升高的主要贡献者。海洋吸收主要通过无机过程形成碳酸钙沉积和微体生物合成碳酸钙，陆地吸收则主要通过生态系统固存有机碳和土壤/地下水吸收形成无机碳酸盐，以及在河道、河口中沉积埋藏有机碳。尽管陆地吸收总量是已知的，但到目前为止，各种陆地吸收过程的相对比例并不清楚。根据中国科学院“碳收支”专项研究成果，我国通过自然保护和生态工程建设等，2010—2020年间的陆地生态系统净固碳能力为每年10亿—13亿吨二氧化碳。 根据前面介绍的排放来源和吸收过程的数据，我们可以得出结论：碳中和是一个“三端共同发力”的体系，即“发电端”用风、光、水、核等非碳能源替代煤、油、气，“能源消费端”通过工艺流程再造，用绿电、绿氢、地热等替代煤、油、气，“固碳端”用生态建设、碳捕捉—利用—封存（CCUS）等碳固存技术，将碳人为地固定在地表、产品或地层中。这就是碳中和的基本逻辑。 一国无论是技术原因，还是市场原因，其“不得不排放”的二氧化碳总量等同于自然吸收量与人为固碳量之和，即可视为“净零排放”，实现了该国的碳中和。由此可见，有先进并廉价的技术可供这“三端”所用，是实现碳中和的前提条件。也就是说，“技术为王”将在碳中和过程中得以充分体现。下面，我们来对这“三端”体系分别作简单介绍。 （一）“发电端”之要在构建新型电力系统 我国目前的发电装机容量约为22亿千瓦，未来假定：（1）能源消费端要实现电力替代、氢能替代（氢气也主要产自电力）；（2）为实现人均GDP从1万美元增到3万—4万美元，所需的能源明显增长；（3）风、光发电利用小时数难以明显提高，那么估计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。因此，未来新型电力系统的第一个特点是电力装机容量巨大。 第二个特点是我国十分丰富的风、光资源将逐步转变为主力发电和供能资源，这既包括西部的风、光资源，也包括沿海大陆架风力资源，更包括各地分散式（尤其是农村）的光热等资源（如屋顶和零星空地）。 第三个特点是“稳定电源”应从目前火电为主逐步转化为以核电、水电和综合互补的清洁能源为主。 第四个特点是必须利用能量的存储、转化及调节等技术，克服风、光资源波动性大的天然缺陷。 第五个特点是火电（为减少二氧化碳排放，应逐步用天然气取代煤炭发电）只作为应急电源或一部分调节电源。 第六个特点是在现有基础上，成倍扩大输电基础设施，平衡区域资源差异；并加强配电基础建设，增强对分布式资源的消纳能力。 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%，“稳定电源”占比30%为目标，规划新型电力系统。在40年内，大致以每十年为一期，顺次走控碳电力、降碳电力、低碳电力最后到近无碳电力之路，并完成超大规模的输变电基础设施建设。 要建立这样的新型电力系统，无论是发电，还是储能、转化、消纳、输出等，技术上都有大量需要攻克的关键环节，这将成为实现碳中和目标工作的重中之重。 （二）“能源消费端”之要在电力替代、氢能替代以及工艺重构 用非碳能源发电、制氢，再用电力、氢能替代煤、油、气用于工业、交通、建筑等领域，从而实现消费端的低碳化甚至非碳化，这是实现碳中和的核心内容。在电力供应充足和廉价的前提下，消费端的低碳化主要通过各种生产工艺流程的再造来完成。 消费端的排放大户是工业、交通、建筑三个领域，工业领域的排放大户是钢铁、建材、化工、有色四个产业。 从现有技术分析，交通的低碳化甚至非碳化较易实现，即轨道交通和私家车可用电力替代，船舶、卡车、航空可部分用氢能替代。这里关键处是建设私家车的充电体系，建设从制氢到输运再到加氢站的完整体系，当然还有如何保证经济、安全运行等问题。 建筑领域的低碳化技术亦基本具备，大致可考虑以下途径：城市以全面电气化为主，加上条件具备的小区以电动热泵（地源热泵、空气源或者长程余热）为补充，少部分情况特殊者可部分利用天然气；农村则以屋顶光伏＋电动热泵＋天然气＋生物沼气＋输入电力的适当组合为主。 以上两大领域去碳化的关键是政府与市场做好协调，并以合适节奏推广之。 目前，工业领域的钢铁、建材、化工、有色产业还没有用电力、氢能替代化石能源的成熟技术，虽然从理论上讲是可以实现的，但仍需技术层面变革性的突破和行业间的协调。事实上，国内外一些企业与研发单位在氢能＋电力＋煤炭的“混合型”炼铁（如氢冶金）上已有较为成功的先例。从工艺流程再造看，不同工业过程既可考虑先走低碳化的“混合型”再到无碳化的“清洁型”，也可考虑一步取代到位。 由此可见，能源消费端的“替代路线”亦需研发大量新技术并布局大量新产业。 需要说明的是，水泥一般用石灰石做原料，煅烧过程中不可能不产生二氧化碳，这部分如得不到捕集利用，当在“不得不排放”的二氧化碳之列。此外，煤、油、气作为资源来生产基础化学品、高端材料、航油等，其开采—加工—产品使用的全生命周期中也存在“不得不排放”的二氧化碳。 从以上两部分的分析看，无论是发电端还是能源消费端，到2060年都会有相当数量的碳排放存在，需要其他技术予以中和。 （三）“固碳端”之要在生态建设 学术界对固碳方式已有过很多研究，主要分六大类。第一类是通过对退化生态系统的修复、保育等措施，增强光合作用并将更多碳以有机物的形式固定在植物（尤其是森林）和土壤之中。这是最重要的固碳过程。2010—2020年间，我国陆地生态系统的净固碳能力约为每年10亿—13亿吨二氧化碳。第二类是从烟道中收集二氧化碳，制成各类化学品和燃料，或者用于藻类养殖，形成生物制品。第三类是收集二氧化碳气体，用于油田驱油、驱气过程。第四类是收集二氧化碳，制成碳化水泥。第五类是收集二氧化碳后，封存于地层之中。第六类是生物质燃料利用、采伐树木及秸秆等闷烧还田等。 由于生态建设是“国之大者”，而后面五类“碳固存技术”的应用均需额外耗能，且未必经济合算，因此，固碳端的工作当首先聚焦于生态建设。在2060年之前，对非生态碳固存技术先做深入研究和技术储备，力争掌握知识产权和工程技术，大幅度降低成本；临近2060年时，根据我国“不得不排放”的二氧化碳量和生态固碳贡献状况，再相机推动这些技术的应用。 在已有的经济社会发展逻辑之下，不管是由于技术上不具备还是经济上不合算，到本世纪中叶，一定会产生一部分“不得不人为排放”的二氧化碳。因此，我们在对标碳中和时，首先要搞清楚一个问题：我们减排到什么程度，即可达到碳中和？ 过去的全球碳循环数据表明，人为排放二氧化碳中的54%被陆地和海洋的自然过程所吸收，假定未来几十年碳循环方式基本不变，尤其是海洋吸收23%的比例不变，则各国排放的留在大气中的46%那部分应该是“中和对象”。但事实上，陆地吸收的31%，一部分是通过生态过程，一部分是通过其他过程，二者之间的比例目前尚未研究清楚。根据相关研究，2010—2020年间我国陆地生态系统每年的固碳量为10亿—13亿吨二氧化碳。一些专家根据这套数据采用多种模型综合分析后，预测2060年我国陆地生态系统固碳能力为10.72亿吨二氧化碳/年，如果增强生态系统管理，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。 根据以上分析，如果我国2060年排放25亿—30亿吨二氧化碳，则海洋可吸收5.75亿—6.9亿吨，生态建设吸收13亿吨，陆地总吸收的31%中，生态吸收以外的其他过程如果占比17%，则为4.25亿—5.1亿吨，那么吸收总数将在23亿—25亿吨之间；在此基础上，如果发展5亿吨规模的CCUS技术固碳，则大致能达到碳中和。 如果我们将2060年“不得不排放”的二氧化碳设定为25亿—30亿吨，则需要在目前100亿吨的基础上减排70%—75%，挑战性非常之大。这就需要制定分阶段减排规划。理论上讲，我国可考虑“四步走”的减排路径，从现在起用40年左右的时间达到碳中和目标。 第一步为“控碳阶段”，争取到2030年把二氧化碳排放总量控制在100亿吨之内，即“十四五”期间可比目前增一点，“十五五”期间再减回来。在这第一个十年中，交通领域争取大幅度增加电动汽车和氢能运输占比，建筑领域的低碳化改造争取完成半数左右，工业领域利用煤＋氢＋电取代煤炭的工艺过程完成大部分研发和示范。这十年间增长的电力需求应尽量少用火电满足，而应以风、光为主，内陆核电完成应用示范，制氢和用氢的体系完成示范并有所推广。 第二步为“减碳阶段”，争取到2040年把二氧化碳排放总量控制在85亿吨之内。在这个阶段，争取基本完成交通领域和建筑领域的低碳化改造，工业领域全面推广用煤/石油/天然气＋氢＋电取代煤炭的工艺过程，并在技术成熟领域推广无碳新工艺。这十年，火电装机总量争取淘汰15%的落后产能，用风、光资源制氢和用氢的体系完备并大幅度扩大产能。 第三步为“低碳阶段”，争取到2050年把二氧化碳排放总量控制在60亿吨之内。在此阶段，建筑领域和交通领域达到近无碳化，工业领域的低碳化改造基本完成。这十年，火电装机总量再削减25%，风、光发电及制氢作为能源主力，经济适用的储能技术基本成熟。据估计，我国对核废料的再生资源化利用技术在这个阶段将基本成熟，核电上网电价将有所下降，故用核电代替火电作为“稳定电源”的条件将基本具备。 第四步为“中和阶段”，力争到2060年把二氧化碳排放总量控制在25亿—30亿吨。在此阶段，智能化、低碳化的电力供应系统得以建立，火电装机只占目前总量的30%左右，并且一部分火电用天然气替代煤炭，火电排放二氧化碳力争控制在每年10亿吨，火电只作为应急电力和承担一部分地区的“基础负荷”，电力供应主力为光、风、核、水。除交通和建筑领域外，工业领域也全面实现低碳化。尚有15亿吨的二氧化碳排放空间主要分配给水泥生产、化工、某些原材料生产和工业过程、边远地区的生活用能等“不得不排放”领域。其余5亿吨的二氧化碳排放空间机动分配。 “四步走”路线图只是一个粗略表述，由于技术的进步具有非线性，所谓十年一时期也只是为表述方便而划分。 2060年实现碳中和，对我国固然是一个非常严峻的挑战，但我们也应看到，这中间蕴含着巨大的机遇。 首先，我国尽管煤炭资源相当丰富，但油气资源不足，大量进口油气资源又面临地缘政治上的风险，而煤炭作为一种十分宝贵的资源，当作燃料用于发电、供热，确实是“大材小用”，况且煤炭燃烧时所排放的硫化物、硝化物和粉尘对大气环境有明显破坏作用。我国如能够大规模利用可再生能源而逐渐摆脱对煤炭的依赖，将在资源和环境两大方面收获实实在在的好处。 其次，我国的风、光资源相当丰富，有专家曾做过测算，如果能把鄂尔多斯高原、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覆盖上太阳能电池板，就能够满足全国的能源需求。实践证明，太阳能电池板安装以后，对干旱区的生态恢复大有帮助。也就是说，在干旱区建太阳能发电站，将在清洁能源和生态恢复两方面获得效益。 再次，我国在非碳能源领域的技术相对先进，包括太阳能发电技术、核能技术、储能技术、特高压输电技术等。举个例子，一些国家对我国的太阳能电池板设置100%的关税，一方面说明他们实施贸易保护主义，违反WTO规则；另一方面则说明了我们在这个领域中的绝对领先地位。在全世界的绿色转型大潮中，我们的绿色技术将支撑新兴产业的发展，成为经济增长的新动能，并为我国的民族复兴大业提供强大助力。 因此，实现碳中和，并不全是国际社会强加于我们的事情，也是我国经济社会发展到一定程度之后的内在要求。当然，在这样广泛而深远的绿色转型中，我们一定要自己掌握自己的节奏，不能引起能源短缺危机；同时，也要使能源的价格保持在相对低廉的水平，既给老百姓的生活带来真真切切的便利，又能使我们的制造业继续在世界上保持足够竞争力。 碳中和要求经济社会大转型，涉及广阔的领域，需要在党和政府的坚强领导下，发挥出全国一盘棋的体制性优势。其中，有三个方面需要做好协调。 一是统筹全国的研发力量，形成一个完整的、有足够竞争力的研发体系。从前面的介绍即可看出，碳中和说到底是技术为王，只有靠先进的技术才能获得产业的竞争力。我国有一支庞大的围绕绿色产业的科技研发队伍，各个领域都有专门人才和研究团队。未来我们需要进一步协调和优化的工作是在国家规划目标的引领下，把这些团队和人才组织起来，把不足的研发短板补齐，形成一个以目标为导向的研发网络或责任体系，从而支撑与碳中和相关的产业健康有序发展。 二是在向碳中和目标挺进的过程中，政府和市场要做好协调，扮演好各自的角色，从而做到“两只手”均发挥出最大效能。据估计，我国实现碳中和，需要百万亿人民币数量级的投资，绝非政府一家能够单独提供，投资主体还是应该来自市场。但在引导投资过程中，政府可在法律、行政法规、税收、补贴、产业政策、碳配额投放、绿色金融政策等方面发挥十分有力的作用。回想十几年前，我国政府以《可再生能源促进法》为依据，推动光伏发电、风力发电、储能技术、电动汽车等产业的迭代进步，现在已收到十分明显的成效。以光伏发电为例，十年前尚需对上网电价提供高额补贴，现在已经可以竞争平价上网。这是政府和市场形成合力的典型案例，也是我们未来必须坚持发挥的体制优势。 三是在构建人类命运共同体的旗帜下，做好国际合作。技术、产业都需要开放的环境，都需要在交流的过程中发展进步，因此在政府的推动下，做好科技界和产业界的国际合作工作，是我国实现碳中和的重要保证。 两年一度的两院院士大会上周刚刚落下帷幕。5月30日，在随后举行的中国科学院学部第七届学术年会上，中科院院士丁仲礼作了题为《中国“碳中和”框架路线图研究》的学术报告。该报告是对中科院学部设立的重大咨询项目“中国碳中和框架路线图研究”的最新研究汇总。2030年的碳达峰目标迫在眉睫，但长期来看，中国是否能真正实现低碳转型，更大的挑战指向了2060年的“碳中和”目标。 就在院士大会开幕两天前，碳达峰碳中和工作领导小组第一次全体会议在北京召开，中共中央政治局常委、国务院副总理韩正在会上强调，推进碳达峰、碳中和工作，要坚持问题导向，深入研究重大问题，研究提出有针对性和可操作性的政策举措。 丁仲礼是中科院学部的“碳中和路线图”项目牵头人之一，他在学部年会上指出，“碳中和”过程既是挑战又是机遇，将会是一场涉及广泛领域的大变革。应该设计怎样的路线图才能让中国更好、更快地走向“碳中和”？如何真正实现能源结构转型？政府应该在这个过程中扮演什么角色？疫情后新增的火电项目何去何从？针对这些问题，《中国新闻周刊》日前专访了丁仲礼。 中国新闻周刊：“碳中和”框架路线图项目分解成九个专题展开研究，分别是：未来能源消费总量预测、非碳能源占比阶段性提高途径、不可替代化石能源预测、非碳能源技术研发迭代需求、陆地生态系统固碳现状测算、陆地生态系统未来固碳潜力分析、碳捕集利用封存技术评估、青藏高原率先达标示范区建议，以及政策技术分析研究。分成这9个专题的主要考量是什么？ 丁仲礼：这九个专题的设定，主要是围绕“三端发力”。首先是发电端，核心在于增加非碳能源和减少火电，这是“碳中和”路线图中最重要的一条主线，也就是能源结构转型，最终要回答一个问题：我们应该如何走向低碳、甚至无碳的电力系统。 第二是消费端，逐渐实现电力替代、氢能替代，涉及到居民生活、交通、农业、工业等各领域。2019年，我国化石能源利用排放的二氧化碳是98.26亿吨，其中发电端排放占了47%，消费端排放占了53%。发电和消费这两端必须共同“发力”，才能真正实现降碳。 第三是固碳端，因为即使到了2060年，我们也不可能完全不排放二氧化碳，所以必须要考虑如何把这些不得不排放的二氧化碳固定下来，包括如何通过生态建设让陆地生态系统增加碳汇，如何实现工程封存固碳等。这是一个很大的系统工程。 中国新闻周刊：具体到发电端和消费端，在提升非碳能源占比的过程中，中国当下面临的主要挑战和制约性因素都有什么？ 丁仲礼：在发电端，主要存在两个问题。首先是如何进一步发展核电。核电输出稳定、清洁、高效，是非常好的基荷电源。2019年，核电以2.42%的装机总量供应了全国4.88%的电力，未来还有很大的发展潜力。核电发展最大的制约因素之一，是老百姓十分担心邻近核电站的安全问题。但据我了解，目前全世界一共只发生过三次严重的核电站事故，都是人为原因造成的，这些事故其实都是可以避免的。如果能解决老百姓“恐核心理”及乏燃料再利用等问题，核电将会在我国未来“碳中和”过程中发挥非常重要的作用，我们必须大力发展核电，尤其是在内陆地区发展核电。 另一个问题，是如何利用西部丰富的风、光资源更稳定地输出电力。为何各地频频出现大面积“弃风弃光”，就是因为风电、光电输出功率不稳定，风电、光电大比例上网会严重影响既有电网的稳定性。事实上，西部的风、光资源将是我们未来实现“碳中和”的最大底气，但前提是要解决稳定输出问题，涉及到发电、储能、转化、输电、消纳等各个环节，其中，最为关键的是要在储能技术上实现突破。 在消费端，尤其在工业领域，像冶金、化工、建材、矿山这些用能大户，电力替代的潜力很大。然而，很多替代技术目前还没有研发出来，这就涉及到一个工艺再造的过程，我们在这方面必须要尽快地进行系统布局，分析此类技术的发展路线图。因此，技术为王，这是一个大前提。不能在工艺再造还未完成、企业能耗成本还未降到足够低的时候就去“一刀切”，马上都去脱碳、去退出，这样的结果只会把企业、行业引向死亡。所以，我一直强调，非碳能源占比的提升不是一个线性过程，根本上还是要由技术进步所驱动。煤炭作为主力能源，还将在我国能源结构中主导较长的一段时期。 中国新闻周刊：说到煤电何时会全面退出，业界目前对于“十四五”期间是否还要继续新增煤电项目的讨论比较多。我们也观察到，疫情之后，为了拉动地方经济，很多省份都上马了一批新的煤电项目，而电力行业是“双碳目标”的主战场。对于这些新增的装机，你如何看？ 丁仲礼：我相信以后新增的煤电项目会比较有限。在碳达峰、碳中和的大背景下，更多上马的项目宜以太阳能、风能以及核能等非碳能源为主。当然，火电以后也会越来越“干净”，对大气的污染会越来越小。 事实上，在“碳中和”的实现路径上，理论上有两种选择，一种是把碳达峰的峰值调高，但之后“削峰”的压力就会很大；另一种是尽量把峰值压低，但这会对发展需要的新增能源供给造成很大压力。我认为，从环境角度考虑，最好采取第二种路径，虽然难以预测达峰时的排放总量，但考虑到这些年为治理空气污染付出的巨大努力和取得的显著成效，如果现在盲目上马高耗能项目，很可能造成环境污染反弹。在这方面，我们要有前瞻性眼光，“两高”（高耗能、高污染）项目能不上就尽量不上。 当然，出于现实发展的能源需求，确实该上马的还是要上马。因为我们要明确一点，我们现在的工业化、城市化过程还没有完成，未来人民的生活水平要进一步提高，对能源的需求必然会增加，虽然说2030年要碳达峰，但不意味着现在就不能新增任何煤炭项目。在经济社会发展的用能需求上，一定要实事求是，不应该为了追求某些指标好看或者为了达标而去搞“一刀切”。 中国新闻周刊：目前，国家对于新增煤炭项目虽然没有明确的“划线”，但据悉准备研究制定二氧化碳排放总量控制制度，未来可能会实施国家对地方二氧化碳排放总量的预算管理，明确各地区2021~2035年二氧化碳排放总量的控制目标，并且每年动态更新，以此来对地方形成倒逼。对于在排放上可能设定“天花板”这件事，你怎么看？ 丁仲礼：其实，政府早就开始做全国能源消耗总量和能源消耗强度的控制工作了，相信大家对“双控目标”这个词不陌生。我认为，要想实现真正的低碳转型，所需的资金将会是天文数字，不可能全部依靠政府强力政策推动或者财政补贴来满足。 从市场的角度来看，如果煤炭发电变得很贵，或者风、光的稳定输出问题解决了，太阳能、风能发电的成本进一步降低，传统的高耗能企业自然而然就会退出，非碳能源企业会相应地跟上。但如果技术没有完成迭代，煤炭还有很大的市场竞争力，传统用能企业就仍会在市场中存在较长的时间。在光伏产业的发展上，我们是有深刻教训的，前期以补贴为主，后来停止补贴引起了很大的问题。直到现在，这个问题也没能得到有效解决。因此，相对于设定二氧化碳排放总量的天花板，政府的更优解应该是坚持市场机制和政策调控两手抓，即在市场机制充分发挥自身作用的基础上，再加以政策引导，通过四步走的策略，去促进社会生产生活各领域的减碳、无碳化。 首先，政府把财政资金主要投入在发电端非碳能源技术研发体系的建设，和消费端用能工艺再造上，有针对性地进行特殊支持，发挥社会主义集中力量办大事的优势，把大学、研发机构和企业三方力量统筹起来，列出技术需求清单，完成系统化研发布局，这是实现“碳中和”的第一步。 第二步，是要投入适量财政资金，构建产业化示范体系。第三步，在这个示范的过程中，引导相关技术不断迭代，促进成本降低，那时候各项新技术自然就会逐渐显示出竞争力，就能够顺应市场需求，逐步挤压传统化石能源技术的生存空间。第四步，才是政府来推动整个行业的转型发展，进行产业的总体规划，比如计划多少年内把哪些传统化石能源全部替代掉。 这里需要注意的是，在“碳中和”大转型中，行业整体的协调共进极为重要，如果某一行业不同企业间不能协调共进，势必会使“不作为企业”节约了成本，从而出现“劣币驱逐良币”现象。因此，必须要由政府设计好分行业的“碳中和”路线图并出台有效的激励/约束制度，督促行业整体推进。 这四个步骤不能调换顺序，更不能大而化之，“一刀切”地要求企业马上就实施非碳能源替代。部分地方政府觉得只需要强力政策推动，不需要这个循序渐进的过程，这就犯了唯心主义的错误。在碳排放问题上，我们一定要实事求是。没有技术迭代作为前提，“碳中和”就是无源之水，无本之木，企业也将无所适从。所以，国家首先要把技术体系建起来，不要急急忙忙去下达比较激进的指标，否则指标一下，地方政府若没有完成的能力，要么造假，要么“拉闸限电”，事与愿违。任何政策都有一个酝酿期和适应期，如果立马以雷霆万钧之力往下压，一定会带来问题。 我建议国家有关部门在确定“碳中和”路线图的问题上可考虑先经历一段“百家争鸣”时期，不要急于“收口”。等大家经过充分研讨形成共识后，再转化成操作层面的具体措施，这样可以少走弯路。 中国新闻周刊：中国和西方国家相比，从“碳达峰”到“碳中和”的时间要短得多，难度也更大。所以未来很长一段时间，中国如何在减排和发展之间实现更科学、理性的平衡？ 丁仲礼：如果我们看1930年到2017年各国的人均碳排放的变化，就会发现美国、英国和法国都是在1970年代左右达到了高峰，此后开始缓慢下降，也就是说，到欧美国家承诺的2050年“碳中和”，他们有70～80年的时间；而中国承诺2030年“碳达峰”、2060年“碳中和”，中间只有30年。再从1900～2019年的人均累计碳排放来看，中国是157.39吨，比全球平均水平209.62吨还低。从主要发达国家的发展历史来看，一个国家的发展程度是同人均累计碳排放密切相关的，中国的人均碳排放虽已超过全球平均水平，但人均累计排放还远远不及，这也意味着，和西方国家相比，我国的“碳中和”会更加困难。 我们现在的排放总量比较高，与我国人口总量、所处的发展阶段和我国以煤炭为主的能源结构有关。我们的工业化、城市化过程还没有完成，经济仍处在上升期，所以未来一段时间，对能源的需求一定是会继续上升的。以2019年为例，我国一次能源消费总量中，煤炭仍然占57.7%，而非化石能源只占15.3%。特别要强调的一点是，以后的数字社会一定是个高能耗社会，比如5G、大数据中心等，这些都是高耗能的行业。所以，我们未来的减碳任务会非常艰巨。 中国新闻周刊：在气候变化问题上，西方有一种观点，那就是不接受中国将自己定位为发展中国家，而是将中国视为发达国家，要求中国承担更多的责任。对此，你如何看？ 丁仲礼：早在2010年我就说过，西方发达国家以各种理由限制发展中国家碳排放，以各种借口把减排责任推卸到发展中国家头上，企图限制发展中国家的发展权利，把贫富差距固定化，这在道德上是邪恶的。二氧化碳的排放不是一天的事，其对气候的影响也是不断累积的。只要算一算人均累计碳排放，就能发现到底谁排放的更多，对气候变化的责任更大，应负的减排义务更多，这是显而易见的。中国的人均累计排放至今仍然低于世界平均水平。在排放权的问题上，谈减排责任、谈公平，必须坚持一条，那就是要讲历史、讲人均，根据人均累计排放来评估，不谈这一条，照目前的网络语言讲，就是“耍流氓”。 在全世界共同走向“碳中和”的过程中，对各国的碳排放势必会建立一套核验标准体系。针对我国的碳收支状况，我们必须要尽早建立一套自己的监测、计算、报告和核验的标准体系，以保证话语权在我，而不是由别人说了算。 另外，针对“未来排放权要如何分配”“共同但有区别的责任要如何体现”“中国如何应对国际上的抹黑舆论”等问题，以及我国当下的很多减排政策，比如排放“天花板”的设定等，我们应该更多地从地缘政治的基本逻辑出发去考量，跳出发达国家设好的“思维陷阱”，作出正确的判断，从而制定出有利于我国长远发展的应对策略。
