丁仲禮院士：中國碳中和框架路線圖研究

大氣網(wǎng)訊:各位院士，針對“雙碳目標”（編者注：”雙碳目標“指碳達峰、碳中和），中國科學院學部設(shè)立了一個重大咨詢項目——“中國碳中和框架路線圖研究“，由張濤院士、高鴻鈞院士和我來牽頭，下面我簡單介紹一下這個項目要研究的主要內(nèi)容。

碳中和是什么？如何實現(xiàn)？

“雙碳行動”是應(yīng)對氣候變暖的國際行動的一部分。歐盟國家是“碳中和”的首倡者，他們提出要在2050年達到碳中和。我國去年9月承諾，2030年碳達峰，2060年達到碳中和。多年以來，美國由于黨派爭執(zhí)，對待氣候變化問題的態(tài)度一直搖擺不定，但是民主黨上臺以后，他們提出的目標還是非常激進的，尤其是提出2035年要達到無碳發(fā)電，2050年要達到碳中和。鑒于美國這么多年來的反復立場，其如何落實到實際行動上，還是要“走著瞧”。現(xiàn)在有不少國家都在制定碳中和計劃，但我們認為這是一個雄心勃勃但又極其艱難的目標。

圖1 不同大國碳排放現(xiàn)狀

圖1是一些典型國家1930年到2019年之間人均碳排放量的變化情況。我們能夠看到，美國自1930年以來，一直是人均碳排放量最高的國家。1970年代，美國人均碳排放量達到了最高峰，之后開始下降，英國和法國大概也是在上世紀七十年代到八十年代達到最高峰。經(jīng)常有人講，“從碳達峰到碳中和，美國有60年時間，而中國只有40年”，其實這個表述是不夠準確的，歐洲國家和美國從碳達峰到碳中和實際上是有70到80年的時間。

從人均角度來分析的話，美國、英國、法國的碳排放已經(jīng)處于下降階段，正在走向碳中和。印度的人均排放量增長剛剛“啟動”，大概相當于我國60年代的人均排放水平，尚未真正到達快速增長時期。我國基本上從2012、2013年開始就進入了碳排放的“平臺期”。世界上還有許多農(nóng)業(yè)國家尚未啟動工業(yè)化，所以還沒有”啟動“碳排放。

現(xiàn)在我們有兩個目標，一個是碳達峰，一個是碳中和。在碳達峰上，達到什么樣的高度，我們并沒有一個天花板，也沒有設(shè)定一個具體目標。理論上有兩種選擇，一種是把峰調(diào)高，以后的減排數(shù)據(jù)會好看一點；第二種是盡量把峰值壓低。我個人認為，出于改善空氣質(zhì)量的考慮，還是要追求盡量把峰值壓低。所以，碳達峰其實不需要太多研究，要研究的問題主要是如何實現(xiàn)碳中和。

圖2 主要國家人均二氧化碳排放比較

圖2顯示的是主要國家人均碳排放的對比。我國的生產(chǎn)端人均二氧化碳排放量是7.28噸/年，高于全球平均水平，不過比美國要低很多；從消費端來看，我們的人均排放量比英法美都低；最核心的是圖2最右邊圖中展示的人均累計排放，大家都知道，一個國家的發(fā)展，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是逐年累積的，這張從1900年算起的人均累計排放對比圖顯示，全球平均水平是209噸/人，我國才157噸/人，美國是1218噸/人，歐洲的法國、英國這些國家都比我國多得多。所以計算人均累計碳排放，我國遠遠低于全球平均，這個結(jié)論大家一定要記住。我國現(xiàn)在的碳排放總量比較高，這和我國經(jīng)濟發(fā)展比較快有關(guān)。從這個角度看，我國的碳中和應(yīng)該會比其他國家要困難，大家心里應(yīng)該有數(shù)。

碳中和的概念，就是人為排放的二氧化碳（化石燃料利用和土地利用），被人為努力（木材蓄積量、土壤有機碳、工程封存等）和自然過程（海洋吸收、侵蝕-沉積過程的碳埋藏、堿性土壤的固碳等）所吸收。目前全球每年排放的二氧化碳大約是400億噸，其中14%來自土地利用，86%來自化石燃料利用。排放出來的這些二氧化碳，大約46%留在大氣，23%被海洋吸收，31%被陸地吸收。這個數(shù)據(jù)可能不是特別準，但一百年以來碳循環(huán)基本上就是這么一個規(guī)律。

碳固定過程非常多，我在這里舉一個不被大家特別關(guān)注的例子——土壤。干旱、半干旱地區(qū)的堿性土壤中含有很多鈣離子，不像南方酸性土壤鈣離子很少，這些鈣離子和大氣中的二氧化碳結(jié)合，降水的時候就會淋溶形成碳酸鈣沉淀，這是一個非常強大的自然過程。做黃土研究的專家經(jīng)常說，黃土里面有料姜石，這就是碳酸鈣的結(jié)核，還有在溫暖時期沉淀下來的鈣板。我國有大面積的干旱半干旱地區(qū)，這個自然過程對碳的固定，是一個非常重要的過程。

接下來講未來碳中和的主要途徑。我們要考慮到，接近2060年的時候，因為人為排放下降了，二氧化碳分壓降低，海洋吸收可能也會相應(yīng)降低，但降低的幅度現(xiàn)在很難預(yù)測。陸地土壤沉積的固碳過程還是會存在，甚至有可能會加強。所以，不得不排放的二氧化碳，就要通過生態(tài)建設(shè)、工程封存等措施去除掉，這樣才能達到中和。

圖3 未來碳中和的主要途徑

需要特別說明的是，自然過程吸收二氧化碳的量，只能理解為自然界存在的一個基數(shù)，比如海洋吸收的碳就不能歸結(jié)為哪個國家的功勞。我們要考慮如何依靠人為努力，比如生態(tài)建設(shè)、工程封存、土壤固碳等措施來進行碳固定。也就是說，碳中和等于排放量同自然過程吸收、生態(tài)碳匯、工程封存等等抵消。

中國如何達到碳中和

我們這個學部咨詢項目是從排放端、固碳端、政策推動這幾個角度來考慮的。要特別說明，這個項目只是想把碳中和框架設(shè)計出來，把問題清單列出來，至于碳中和具體怎么做，還需要大家共同進行大量的研究。我們現(xiàn)在只是設(shè)計一個初步路線圖，供大家研討完善。這個咨詢項目設(shè)立了九個專題，我把每個專題簡單向大家報告一下。

專題一：未來能源消費總量預(yù)測

第一個專題由江億院士他們來負責。這個專題要解決的一個核心問題是，在不同時間節(jié)點（面向2060），我國居民生活、工業(yè)、建筑、交通等重點領(lǐng)域的能源需求以及全社會能源總需求。

這里有個主要的幾個邊界條件要明確：

一個是到2035年，我們GDP比目前還會翻一番，2060年還需要再翻一番，達到人均4萬美元，生活水平也要相應(yīng)地同發(fā)展階段相當，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從目前的中低端發(fā)展到中高端。

另外一個因素就是人口變動，少子、老齡化這些因素必須考慮進去，要建立一個預(yù)測的模型。但預(yù)測常常是不準的，2009年有部門預(yù)測2020年我國一次能源消費將達到44億噸標準煤，但實際上2020年我國一次能源消費達到50億噸標準煤。所以我們希望高中低都有預(yù)測，不要局限于某一種觀點。

專題二：非碳能源占比階段性提高途徑

這個專題要解決的核心問題是，我們需要一個什么樣的新型能源供應(yīng)系統(tǒng)，尤其是電力供應(yīng)系統(tǒng)，如何逐步增加非碳能源，特別是風、光、水、地熱、核等的比重。

其次，我們要重點回答，中國西部有豐富的風、光資源，如何從各種發(fā)電、儲能、轉(zhuǎn)化、輸電、消納等等環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)發(fā)力，讓這些資源得到有效充分利用。

尤其要解決的問題是，由于風、光資源的時空分布不平衡，如何保證穩(wěn)定輸出，需要一套什么樣的基礎(chǔ)設(shè)施來保證穩(wěn)定輸出，這是一個非常大的問題，也需要有一個框架。

圖4 目前我國一次能源消費比例

另外關(guān)于新型電力系統(tǒng)的能源供應(yīng)系統(tǒng)，我們需要列出一個技術(shù)清單，到底需要哪些技術(shù)，作為未來研究方向。圖4是我國2019年一次能源消費情況，可以看出，非碳能源實際上只占15%，另外85%是煤、油、氣，這是一個非常嚴峻的現(xiàn)實。我國現(xiàn)在大約排放100億噸二氧化碳。假如到2060年，我國還不得不排放20到25億噸二氧化碳，在這樣的情景之下，我們該怎么辦？

現(xiàn)在初步的認識是：非碳能源占比不會是線性提高的，主要靠技術(shù)組合和技術(shù)突破。煤炭作為主力能源，還會存在較長一段時期，因此煤炭清潔利用技術(shù)的進步仍需十分重視。另外一個是核能，我們不該追隨某些“棄核國家”的腳步，還要加強核能利用，甚至在內(nèi)陸地區(qū)建廠，把核能充分利用起來。尤其是西部干旱地區(qū)的風、光資源，是我們實現(xiàn)碳中和最大的底氣，我們要考慮如何來穩(wěn)定輸出。

專題三：不可替代化石能源預(yù)測

這個專題的核心問題是，不可替代的化石能源必然會轉(zhuǎn)化為不得不排放的二氧化碳，對于這部分排放要有一個預(yù)測，來自于何處、來自于什么行業(yè)、總量有多少。

我們現(xiàn)在講碳中和，首先要考慮替代，就是用電、熱、氫能等來替代，來減少二氧化碳排放。不同行業(yè)、不同領(lǐng)域的替代難度肯定是不一致的，我們能否從目前的情況來按照難易排序，這是非常關(guān)鍵的。

其次，我們能否確定不可替代的領(lǐng)域有哪些？在這些領(lǐng)域不得不排放二氧化碳，那就是碳中和需要中和掉的部分，我們就需要進行針對性預(yù)測?，F(xiàn)在初步認為：居民生活比較容易用電力、地熱、太陽能來替代，關(guān)鍵在于國家如何推動；交通領(lǐng)域，目前已經(jīng)在大力發(fā)展電動汽車，以后可能用氫能驅(qū)動船和飛機等，這個替代可能只是個時間問題；農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大部分也可以替代；比較難替代是工業(yè)領(lǐng)域，包括冶金、化工、建材、礦山等等如何替代，還需要特別研究。

另外，我們要克服風電、光電等輸出不穩(wěn)定性的問題。未來我們的電力系統(tǒng)如何保證穩(wěn)定輸出將是需要考慮解決的關(guān)鍵問題。美國提出來2035年就要實現(xiàn)無碳電力，中國什么時候?qū)崿F(xiàn)低碳電力或者無碳電力，這也需要認真研究。

目前有很多國家對氫能寄予了很大希望，我們的院士當中也有不同的聲音。氫能戰(zhàn)略也需要國家拿出方案。我國大約100億噸二氧化碳排放中，發(fā)電端占比約47%，消費端如工業(yè)過程、居民生活等等占了53%，要實現(xiàn)碳中和就需要在發(fā)電端用更多的非碳能源來發(fā)電、在消費端用電和氫能等來替代，構(gòu)建一個兩端共同發(fā)力的系統(tǒng)。

專題四：非碳能源技術(shù)研發(fā)迭代需求

非碳能源技術(shù)發(fā)展是個迭代的過程，需要逐漸進步，但具體分幾步來做是一個問題。大化所的劉中民院士他們提出來三步走，第一步是化石能源的清潔高效利用與耦合替代；第二步，可再生能源多能互補與規(guī)模應(yīng)用；第三步，低碳能源智能化多能融合。具體怎么做，還需要進一步探討。這個問題最后還要和第二個專題一起“收口”。

圖5 排放端專題分布及關(guān)系

前四個專題主要研究排放端。在固碳端，我們也列了四個專題。