碳中和碳达峰
碳中和怎么实现，专家设计了一份路线图
来源： 财经国家周刊时间： 2021-08-04
碳中和是什么？如何实现？
“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，但万象城awc认为这是一个雄心勃勃但又极其艰难的目标。
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。
现在万象城awc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，万象城awc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。
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），被人为努力（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。万象城awc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。万象城awc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。
中国如何达到碳中和
万象城awc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。万象城awc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
第一个专题由江亿院士他们来负责。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，万象城awcGDP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。所以万象城awc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，万象城awc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，万象城awc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，万象城awc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，万象城awc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，万象城awc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，是万象城awc实现碳中和最大的底气，万象城awc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。
万象城awc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，万象城awc能否从目前的情况来按照难易排序，这是非常关键的。
其次，万象城awc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，万象城awc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，万象城awc要克服风电、光电等输出不稳定性的问题。未来万象城awc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，万象城awc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，万象城awc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，万象城awc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。
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。万象城awc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。万象城awc谈到的负排放技术目前有图7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，万象城awc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，所以万象城awc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。
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，万象城awc必须要积极地看待这个问题。
第二，万象城awc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，但是万象城awc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，所以万象城awc还是要有一个研究目标。
总之，科技界任重道远。