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當前，碳中和已成為人類發展的共識。中國科學院院士鄒才能認為，新能源已經成為第3次能源轉換的主角，未來將成為碳中和的主導。針對中國具體情況，鄒院士為實現碳中和提出7項實施建議。

鄒才能，工學(xue)(xue)(xue)(xue)博士，中國科學(xue)(xue)(xue)(xue)院(yuan)院(yuan)士，石油(you)(you)天然(ran)氣(qi)地質學(xue)(xue)(xue)(xue)家，非常規油(you)(you)氣(qi)地質學(xue)(xue)(xue)(xue)理(li)論奠基人與能源戰(zhan)略研究(jiu)科學(xue)(xue)(xue)(xue)家。現任(ren)(ren)中國石油(you)(you)勘探開(kai)發研究(jiu)院(yuan)副院(yuan)長(chang)、國家油(you)(you)氣(qi)戰(zhan)略研究(jiu)中心(xin)(xin)常務副主(zhu)任(ren)(ren)、國家能源頁巖(yan)氣(qi)研發（實驗(yan)）中心(xin)(xin)主(zhu)任(ren)(ren)、頁巖(yan)氣(qi)勘探開(kai)發國家地方聯合工程中心(xin)(xin)學(xue)(xue)(xue)(xue)術委員(yuan)會主(zhu)任(ren)(ren)等。

主要從事油(you)氣(qi)(qi)地(di)質理論研究(jiu)與勘探實踐。創(chuang)(chuang)建了非常規油(you)氣(qi)(qi)地(di)質學(xue)理論，第一個發(fa)現北(bei)美以外更古老的(de)頁巖氣(qi)(qi)層(ceng)系和具(ju)工業價值的(de)納米孔隙，首創(chuang)(chuang)“人工油(you)氣(qi)(qi)藏”開發(fa)概念(nian)。論證了巖性地(di)層(ceng)油(you)氣(qi)(qi)成藏機(ji)理，建立湖(hu)盆中心(xin)砂質碎(sui)屑流(liu)等沉積模式。

闡明(ming)了古老(lao)碳酸(suan)鹽巖大(da)氣田形成分布規律(lv)，推動(dong)了我國油氣勘探戰略轉變與重(zhong)大(da)發現(xian)。研判世(shi)界能源發展大(da)勢，提出了“氫能中國”、中國“能源獨立”等戰略認(ren)識。向國家提出天然氣生產與安全(quan)建(jian)議，得到高度(du)重(zhong)視。

出版《非(fei)常(chang)規油氣地(di)質(zhi)(zhi)學》《新能源》等(deng)(deng)第一著(zhu)者中英文(wen)專著(zhu)7部，發表(biao)學術論(lun)文(wen)200余(yu)(yu)篇(pian)(pian)（SCI收錄94篇(pian)(pian)，5篇(pian)(pian)論(lun)文(wen)獲(huo)中國(guo)百(bai)篇(pian)(pian)最具影響(xiang)國(guo)內學術論(lun)文(wen)）。2019年入選愛思(si)維爾2018年中國(guo)高(gao)被引學者榜單。獲(huo)批4個國(guo)家標準，獲(huo)國(guo)家科技進步獎(jiang)(jiang)一等(deng)(deng)獎(jiang)(jiang)1項與二等(deng)(deng)獎(jiang)(jiang)1項、省部級獎(jiang)(jiang)10余(yu)(yu)項、李四光地(di)質(zhi)(zhi)科學獎(jiang)(jiang)等(deng)(deng)。

摘要：

二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)是全球碳(tan)(tan)循環的(de)重(zhong)要介質，具有實現生態系統有機(ji)物的(de)轉換和造成(cheng)溫室效(xiao)應(ying)的(de)雙(shuang)重(zhong)屬性。將大氣(qi)圈中被固(gu)(gu)定(ding)或(huo)可利用的(de)二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)定(ding)義(yi)為“灰(hui)碳(tan)(tan)”；無法(fa)被固(gu)(gu)定(ding)或(huo)利用，并留存在大氣(qi)圈中的(de)二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)定(ding)義(yi)為“黑碳(tan)(tan)”。

碳(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)和是(shi)(shi)人類(lei)發展的(de)共識，但在實施過程中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)面臨著政治(zhi)、資源、技術(shu)、市場(chang)、能源結(jie)構等諸多(duo)挑戰(zhan)。提出碳(tan)替代(dai)、碳(tan)減排(pai)、碳(tan)封存、碳(tan)循環是(shi)(shi)實現碳(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)和的(de)4種主要途徑，其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)替代(dai)將是(shi)(shi)碳(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)和的(de)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)堅力量。

新能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)已經成(cheng)為第(di)3次(ci)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)轉(zhuan)換(huan)的(de)主(zhu)角，未來(lai)將成(cheng)為碳(tan)中和(he)的(de)主(zhu)導。目前(qian)，太陽能(neng)(neng)、風能(neng)(neng)、水能(neng)(neng)、核能(neng)(neng)、氫能(neng)(neng)等是新能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)主(zhu)力軍，助(zhu)力電(dian)力部門實(shi)現低(di)碳(tan)排放(fang)；“綠(lv)氫”是新能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)后備(bei)軍，助(zhu)力工業與交(jiao)通等領域進一(yi)步(bu)降低(di)碳(tan)排放(fang)；人(ren)工碳(tan)轉(zhuan)化(hua)技術(shu)是連接(jie)新能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)與化(hua)石能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)橋梁，有(you)效降低(di)化(hua)石能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)碳(tan)排放(fang)。

預(yu)測(ce)2030年(nian)中(zhong)國碳達峰(feng)的峰(feng)值約110′108 t。按照高、中(zhong)、低3種情(qing)景預(yu)測(ce)2060年(nian)中(zhong)國碳排放將分別(bie)降(jiang)至22′108，33′108，44′108 t。針對(dui)中(zhong)國實(shi)現碳中(zhong)和提出7項實(shi)施建議。構(gou)建中(zhong)國新的“三小一大”能源結構(gou)，推(tui)動實(shi)現中(zhong)國能源“獨立自主”戰(zhan)略。

引言

能(neng)(neng)(neng)源(yuan)是自然界中能(neng)(neng)(neng)為人(ren)類生(sheng)存及社會進步提供的能(neng)(neng)(neng)力資源(yuan)。人(ren)類自第1次拿起火種(zhong)之后(hou)，能(neng)(neng)(neng)源(yuan)與水(shui)、糧食(shi)就構(gou)成了人(ren)類賴以生(sheng)存的3大(da)要素。科技進步、社會文明(ming)兩(liang)大(da)動力驅動了能(neng)(neng)(neng)源(yuan)發展。

世界能源(yuan)結(jie)構已經發生兩次(ci)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)，第1次(ci)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)實(shi)現了(le)薪柴向(xiang)煤(mei)炭的(de)(de)能源(yuan)革命，第2次(ci)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)實(shi)現了(le)煤(mei)炭向(xiang)石油、天然(ran)氣的(de)(de)能源(yuan)革命，當前正在經歷傳統化石能源(yuan)向(xiang)新(xin)能源(yuan)的(de)(de)第3次(ci)重大轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)。

按照能源發(fa)展規律，能源形態從(cong)固體（薪柴與(yu)煤炭）、液態（石油）向氣態（天然氣）轉換(huan)、能源中碳(tan)(tan)(tan)(tan)的數量從(cong)高碳(tan)(tan)(tan)(tan)（薪柴與(yu)煤炭）、中低碳(tan)(tan)(tan)(tan)（石油與(yu)天然氣）向無碳(tan)(tan)(tan)(tan)（新能源）轉換(huan)，未來沿著資源類型減(jian)碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)、生產技術密集化(hua)、利用方式多樣(yang)化(hua)3大趨勢(shi)發(fa)展。

目前，世界能(neng)源正(zheng)(zheng)在(zai)進行化石能(neng)源低(di)碳化革(ge)命(ming)(ming)(ming)、新能(neng)源規模化革(ge)命(ming)(ming)(ming)、能(neng)源管理智能(neng)化革(ge)命(ming)(ming)(ming)，3場(chang)能(neng)源革(ge)命(ming)(ming)(ming)正(zheng)(zheng)在(zai)同步進行，加快形成“新煤(mei)炭”、“新油(you)氣”、“新電網”。

人(ren)(ren)類生活(huo)在(zai)同一(yi)個地(di)球、同一(yi)個天空(kong)，但呼吸著(zhu)不(bu)同二(er)氧化(hua)碳含量(liang)(liang)的(de)(de)“空(kong)氣(qi)(qi)”。人(ren)(ren)類進(jin)入工業化(hua)以來，二(er)氧化(hua)碳排放量(liang)(liang)不(bu)斷(duan)增加，導致(zhi)全球氣(qi)(qi)溫(wen)升高、冰川融(rong)化(hua)、海平面上升等諸(zhu)多環境問題，人(ren)(ren)類賴以生存的(de)(de)環境面臨著(zhu)前所未有的(de)(de)威(wei)脅與(yu)挑戰。

據統計自1850年(nian)以來(lai)(lai)，大氣(qi)(qi)(qi)中二氧化碳的(de)濃度從280′10-6上升(sheng)至450′10-6，全球氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)上升(sheng)了(le)0.9～1.2℃，海平(ping)(ping)面上升(sheng)了(le)20 cm[1-3]。特別(bie)是近30年(nian)來(lai)(lai)，全球氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)、海平(ping)(ping)面上升(sheng)速(su)度加快(kuai)，氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)升(sheng)高速(su)度達(da)到(dao)每(mei)10年(nian)上升(sheng)0.2℃，海平(ping)(ping)面上升(sheng)速(su)度達(da)到(dao)0.32 cm/a[4-6]。

到本世(shi)紀末(mo)，如果(guo)全球氣(qi)候升(sheng)溫達到2℃，海平面升(sheng)高將達到36～87 cm，99%的(de)(de)珊瑚礁將消失(shi)，陸(lu)地上約13%的(de)(de)生態(tai)系統將遭到破壞，許多植物和動物面臨著滅絕的(de)(de)風險[7]。

因此，減少二(er)氧化碳(tan)等溫室氣體排放，限制全球(qiu)氣溫上升已經成為全人類共同的目標。2018年10月(yue)，聯合國政府(fu)間氣候變化專門委員會(hui)（Intergovernmental Panel on Climate Change，簡稱IPCC）提出了“碳(tan)中和”的目標，到本(ben)世(shi)紀末將全球(qiu)氣溫升高(gao)控制在(zai)1.5℃。

人類活動導致的二(er)氧化碳排放(fang)(fang)主要來源(yuan)(yuan)(yuan)于化石(shi)(shi)燃料(liao)消費。發展新能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)，實(shi)現能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)轉型，降低(di)化石(shi)(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)消費，構(gou)建綠(lv)色低(di)碳的能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)體系，是(shi)降低(di)二(er)氧化碳排放(fang)(fang)，實(shi)現全球碳中和的重要舉措(cuo)之一。

本(ben)文總結主要(yao)國家應對(dui)(dui)碳(tan)(tan)(tan)中和的主要(yao)經(jing)驗(yan)和做法，分析(xi)全球(qiu)二氧化碳(tan)(tan)(tan)排放的分布情況(kuang)，提出全球(qiu)實(shi)現(xian)碳(tan)(tan)(tan)中和所(suo)面臨的挑戰和應對(dui)(dui)措施。新能源已是第3次能源轉換的主角，將(jiang)在實(shi)現(xian)碳(tan)(tan)(tan)中和發揮(hui)主導作用。

針對中(zhong)(zhong)國(guo)碳中(zhong)(zhong)和面臨(lin)的挑戰與機(ji)遇(yu)，提(ti)出中(zhong)(zhong)國(guo)實現碳中(zhong)(zhong)和的路(lu)線圖與實施路(lu)徑，為2060年順利實現碳中(zhong)(zhong)和目標(biao)提(ti)供參(can)考依(yi)據。

一、全球碳中和概況

1、“碳”的類型

碳(tan)是生命(ming)物(wu)質(zhi)中的(de)主要元素之一，是有機質(zhi)的(de)重要組(zu)成部(bu)分，并以二(er)氧化碳(tan)、有機物(wu)和無(wu)機物(wu)的(de)形(xing)式貯(zhu)存于地(di)(di)球的(de)大氣(qi)圈(quan)(quan)、陸地(di)(di)生態(tai)圈(quan)(quan)、海洋(yang)圈(quan)(quan)和巖石圈(quan)(quan)中。碳(tan)元素通(tong)過(guo)碳(tan)固定和碳(tan)釋放的(de)方(fang)式，在(zai)地(di)(di)球的(de)大氣(qi)圈(quan)(quan)、陸地(di)(di)生態(tai)圈(quan)(quan)、海洋(yang)圈(quan)(quan)和巖石圈(quan)(quan)中進行循環[8]。

碳(tan)(tan)固定(ding)是指植物的光合作用吸收二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)、海水溶(rong)解大氣中(zhong)的二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)、干旱(han)區鹽(yan)堿(jian)土(tu)吸收二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)、含碳(tan)(tan)元素(su)巖石的形成(cheng)，以及利用人工技術將二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)轉化(hua)為(wei)化(hua)學品或燃料等。

碳(tan)釋放(fang)主要來(lai)自于植物和動物的(de)呼吸作(zuo)用、化(hua)(hua)石(shi)燃料的(de)消耗、巖石(shi)圈(quan)(quan)中(zhong)含碳(tan)元素(su)巖石(shi)的(de)分(fen)解等。本(ben)文將大(da)氣(qi)圈(quan)(quan)中(zhong)被(bei)固定(ding)或可利用的(de)二氧化(hua)(hua)碳(tan)定(ding)義(yi)為“灰碳(tan)”；將無法被(bei)固定(ding)或利用，并留存在大(da)氣(qi)圈(quan)(quan)中(zhong)的(de)二氧化(hua)(hua)碳(tan)定(ding)義(yi)為“黑碳(tan)”。

人類進入工(gong)業化(hua)以來，化(hua)石燃料消耗急劇增加，巖石圈中(zhong)化(hua)石能源的碳(tan)被釋(shi)放(fang)到大(da)氣(qi)圈中(zhong)，導致大(da)氣(qi)圈中(zhong)二(er)氧化(hua)碳(tan)的濃度不斷(duan)增加，地(di)球(qiu)的碳(tan)循(xun)環平衡(heng)被破壞，造成了大(da)氣(qi)圈中(zhong)“黑碳(tan)”含量不斷(duan)增加。

因此，碳(tan)(tan)中(zhong)和主要目的是(shi)減(jian)少大氣圈中(zhong)“黑碳(tan)(tan)”含量，逐步恢(hui)復綠色地(di)球碳(tan)(tan)循環平衡，保(bao)護(hu)人類賴以生存的生態環境，建設宜(yi)居地(di)球。

2、碳中和的內涵及意義

IPCC發布的(de)《全(quan)球升溫1.5℃特別報(bao)告》指(zhi)出，碳(tan)中和（Carbon-neutral）是指(zhi)1個組織(zhi)在1年內的(de)二氧(yang)化碳(tan)排(pai)放(fang)通(tong)過二氧(yang)化碳(tan)消除技術達到平(ping)衡(heng)，或稱為凈零二氧(yang)化碳(tan)排(pai)放(fang)（net zero CO2 emissions）[7]。

碳(tan)中和目標(biao)是到(dao)(dao)2030年全球二氧化(hua)碳(tan)排(pai)放量比2010年下降約45%，到(dao)(dao)2050年實(shi)現(xian)凈零二氧化(hua)碳(tan)排(pai)放。

碳中(zhong)和的(de)首要任務是(shi)(shi)到本世紀末(mo)將全球氣(qi)(qi)候變(bian)暖控制在1.5℃。碳中(zhong)和不僅控制氣(qi)(qi)候變(bian)化，也是(shi)(shi)人類保(bao)護(hu)生態環(huan)境的(de)根本措施，有助于保(bao)護(hu)生物多樣性和生態系統，避(bi)免更多的(de)物種(zhong)滅絕。

碳中和加速了能(neng)源(yuan)系統的(de)低碳綠色轉型，為(wei)(wei)全球帶來(lai)新的(de)經濟增(zeng)長點。根據國際可再生能(neng)源(yuan)機構(gou)（IRENA）發布的(de)《能(neng)源(yuan)轉型2050》報告顯示，碳中和為(wei)(wei)全球帶來(lai)2.4%的(de)GDP額(e)(e)外增(zeng)長，額(e)(e)外增(zeng)加7′106個能(neng)源(yuan)行業就業崗位(wei)等[9]。

3、碳中和的進展與做法

截(jie)至2021年1月，根據英國能源(yuan)與氣(qi)候智(zhi)庫（Energy&Climate Intelligence Unit）統計顯示[10]，全(quan)球已有28個國家實現或承諾碳中和(he)目(mu)標（見表1）。

其中(zhong)，蘇里南共和國(guo)(guo)和不丹已經實(shi)現碳中(zhong)和，瑞(rui)典、英(ying)國(guo)(guo)、法國(guo)(guo)等(deng)6個國(guo)(guo)家(jia)通過立法承(cheng)諾碳中(zhong)和，歐(ou)盟、加拿大、韓(han)國(guo)(guo)等(deng)6個國(guo)(guo)家(jia)及地區正(zheng)在制定相關(guan)法律，中(zhong)國(guo)(guo)、澳(ao)大利亞、日本、德國(guo)(guo)等(deng)14個國(guo)(guo)家(jia)承(cheng)諾實(shi)現碳中(zhong)和。

2050年是全球(qiu)實(shi)現碳中和(he)的主要時間節點，除2個已(yi)經實(shi)現碳中和(he)的國(guo)家(jia)外，芬(fen)蘭承諾最(zui)早（2035年）實(shi)現碳中和(he)。另有99個國(guo)家(jia)正在討(tao)論碳中和(he)目(mu)標(biao)，其中烏拉圭擬將(jiang)目(mu)標(biao)定(ding)于2030年，其余國(guo)家(jia)均將(jiang)目(mu)標(biao)擬定(ding)于2050年。

已經實(shi)現碳(tan)中和(he)(he)的2個國(guo)家具有國(guo)土面積小、森(sen)林覆(fu)(fu)蓋率(lv)(lv)極高等特點，其中蘇里南共和(he)(he)國(guo)的森(sen)林覆(fu)(fu)蓋率(lv)(lv)達80%，不(bu)丹(dan)的森(sen)林覆(fu)(fu)蓋率(lv)(lv)為(wei)72%。碳(tan)中和(he)(he)進程(cheng)中，歐盟最為(wei)積極，欲建設首個碳(tan)中和(he)(he)大陸。

2019年(nian)(nian)12月(yue)，歐(ou)盟(meng)委員會正式發布《歐(ou)洲綠色(se)協議》，提出(chu)到(dao)2030年(nian)(nian)溫室氣體排(pai)放量(liang)在1990年(nian)(nian)基(ji)礎上減少50%～55%，到(dao)2050年(nian)(nian)實現碳中和目標。

2020年12月，日本政府推出《綠色增(zeng)長戰略》，被視為日本2050年實現碳(tan)中和目標的(de)(de)進(jin)度表(biao)。從目前已經(jing)承諾碳(tan)中和的(de)(de)國家(jia)來看，除了歐盟(meng)和日本發(fa)布(bu)了碳(tan)中和具體的(de)(de)路線圖外，其余國家(jia)的(de)(de)碳(tan)中和路線尚在進(jin)一步制定中。

本文分析總結主要(yao)國(guo)家和地區(qu)碳中和的做法有如下(xia)幾點：

①逐步退出煤(mei)發(fa)電計劃。除德國(guo)(guo)外，已承諾碳中(zhong)和的(de)歐盟國(guo)(guo)家煤(mei)炭資源較(jiao)少(shao)，國(guo)(guo)土面積(ji)較(jiao)小，已經全部(bu)退出煤(mei)發(fa)電。德國(guo)(guo)宣布將于2040年前全部(bu)退出煤(mei)發(fa)電。煤(mei)炭資源豐(feng)富或者煤(mei)發(fa)電消(xiao)費占(zhan)比較(jiao)高的(de)國(guo)(guo)家（如澳大利亞等(deng)），尚(shang)未確定退出煤(mei)發(fa)電計劃。

②加快太陽能(neng)、風(feng)(feng)能(neng)、氫能(neng)等(deng)新能(neng)源(yuan)產(chan)業應用與推廣。光伏發電(dian)將(jiang)成為歐(ou)盟、日(ri)本(ben)的第一(yi)大電(dian)力(li)來源(yuan)，海(hai)上(shang)風(feng)(feng)電(dian)迎來爆(bao)發式增長(chang)(chang)。預計到2050年，歐(ou)盟、日(ri)本(ben)海(hai)上(shang)風(feng)(feng)電(dian)將(jiang)增長(chang)(chang)25倍以上(shang)。氫能(neng)方面，歐(ou)盟注(zhu)重綠氫制備，日(ri)本(ben)全面發展氫能(neng)產(chan)業鏈(lian)，韓國已(yi)就氫能(neng)立法，將(jiang)氫能(neng)應用拓(tuo)展至交通運輸、冶金、發電(dian)等(deng)領域。

③發展碳(tan)(tan)(tan)封存與碳(tan)(tan)(tan)轉(zhuan)(zhuan)化技術。德國(guo)將重(zhong)啟二氧化碳(tan)(tan)(tan)捕(bu)集及封存項(xiang)目(mu)，同時利用(yong)豐富的天然氣管網設施，大(da)力發展電轉(zhuan)(zhuan)氣技術，將二氧化碳(tan)(tan)(tan)轉(zhuan)(zhuan)化為甲烷(wan)進行管網運(yun)輸(shu)。日本(ben)發展碳(tan)(tan)(tan)回收和資源(yuan)化利用(yong)技術，到2030年(nian)(nian)實現二氧化碳(tan)(tan)(tan)回收制(zhi)燃料的價格與傳統噴(pen)氣燃料相當(dang)，到2050年(nian)(nian)二氧化碳(tan)(tan)(tan)制(zhi)塑料實現與現有的塑料制(zhi)品(pin)價格相當(dang)。

④出臺碳(tan)(tan)定(ding)價機(ji)制(zhi)，增加碳(tan)(tan)排(pai)(pai)放成(cheng)本。2005年，歐盟開(kai)始實施(shi)排(pai)(pai)放交(jiao)(jiao)易體(ti)系(xi)（EU ETS），是世界上(shang)第(di)1個多(duo)國參與(yu)的碳(tan)(tan)排(pai)(pai)放交(jiao)(jiao)易體(ti)系(xi)。該交(jiao)(jiao)易體(ti)系(xi)采(cai)用“總(zong)量(liang)(liang)管制(zhi)和交(jiao)(jiao)易”規則，在限制(zhi)溫室氣體(ti)排(pai)(pai)放總(zong)量(liang)(liang)的基礎上(shang)，通過(guo)買賣(mai)行政許可的方式進行碳(tan)(tan)排(pai)(pai)放交(jiao)(jiao)易。該體(ti)系(xi)還通過(guo)限量(liang)(liang)和設(she)定(ding)交(jiao)(jiao)易計(ji)劃，對各(ge)成(cheng)員國設(she)置限額(e)，將減排(pai)(pai)目標分解(jie)到企(qi)業(ye)，明確減排(pai)(pai)上(shang)限強制(zhi)減排(pai)(pai)。

二、碳中和面臨的主要挑戰與對策

1、全球碳排放現狀

據國(guo)(guo)際能源署（IEA）統計，2019年全球與能源相關的二氧化(hua)碳排(pai)放量與2018年持平（為(wei)333108 t），前5名碳排(pai)放量國(guo)(guo)家分別為(wei)中(zhong)國(guo)(guo)、美國(guo)(guo)、印度(du)、俄羅斯(si)、日本(ben)，碳排(pai)放量分別為(wei)98108，48108，23108，15108，11108 t（見(jian)圖1）[11-12]。

亞(ya)洲的(de)碳(tan)排放主(zhu)要(yao)來自(zi)(zi)(zi)中國(guo)(guo)、印度和(he)日本(ben)，美洲的(de)碳(tan)排放主(zhu)要(yao)來自(zi)(zi)(zi)美國(guo)(guo)、加拿大和(he)巴西，歐洲的(de)碳(tan)排放主(zhu)要(yao)來自(zi)(zi)(zi)俄羅斯、德(de)國(guo)(guo)和(he)英國(guo)(guo)，非洲的(de)碳(tan)排放主(zhu)要(yao)來自(zi)(zi)(zi)南非、埃及(ji)和(he)阿爾及(ji)利亞(ya)，大洋洲的(de)碳(tan)排放主(zhu)要(yao)來自(zi)(zi)(zi)澳大利亞(ya)。

圖(tu)1 2000—2019年全球(qiu)能源(yuan)相關主要大洲

（a）及主要國家

（b）二氧化碳排放量(liang)統計

化石燃(ran)料消費是二(er)氧化碳排(pai)放增加的主(zhu)要來源。2003年(nian)以來，煤(mei)炭消費一直是二(er)氧化碳排(pai)放的第(di)1大來源（見圖(tu)2）。

2019年煤炭、石油(you)、天然氣消費所排(pai)放的(de)(de)(de)二氧化碳(tan)量分(fen)別占(zhan)總排(pai)量的(de)(de)(de)45%、43%、22%。電力行(xing)業(ye)是最大的(de)(de)(de)碳(tan)排(pai)放行(xing)業(ye)，占(zhan)總排(pai)量的(de)(de)(de)38%，其次(ci)為交(jiao)通(tong)、工(gong)業(ye)和(he)建筑等行(xing)業(ye)，分(fen)別占(zhan)總排(pai)量的(de)(de)(de)24%、23%和(he)9%[12]。

圖2 2000—2019年全球能源相關的二氧(yang)化碳(tan)排(pai)放量(liang)統計(ji)

2、碳中和面臨的主要問題

碳中和應對(dui)全球氣候變化已成為(wei)全球共(gong)識，但在實施過程中還面(mian)臨政治(zhi)、資(zi)源、技術、市場、能源結構等多方面(mian)挑戰(zhan)。

（1）政治層面

實現碳(tan)中和(he)(he)是(shi)全(quan)球性(xing)目(mu)(mu)標，需要世(shi)界各(ge)國(guo)合(he)作應(ying)對，聯合(he)國(guo)常任(ren)理事(shi)國(guo)應(ying)率(lv)先在碳(tan)中和(he)(he)目(mu)(mu)標上(shang)做出(chu)表率(lv)，但是(shi)美國(guo)和(he)(he)俄(e)羅斯兩個常任(ren)理事(shi)國(guo)尚未承(cheng)諾實現碳(tan)中和(he)(he)。全(quan)球碳(tan)排放前5名國(guo)家中的印度還沒有(you)承(cheng)諾實現碳(tan)中和(he)(he)時間。

安(an)哥(ge)拉、伊(yi)朗、伊(yi)拉克、南蘇(su)丹(dan)、土耳(er)其、也門(men)等國最(zui)初簽署了《巴(ba)黎氣候協定》，但(dan)還沒有正(zheng)(zheng)式立法(fa)批準。另有99個(ge)國家正(zheng)(zheng)在(zai)討論碳(tan)中和(he)目標，能否(fou)通過碳(tan)中和(he)目標尚未(wei)定論[9]。

（2）資源層面

新能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)替代(dai)化石燃料(liao)是實(shi)現碳中和(he)的根本措施。全(quan)球(qiu)太陽能(neng)(neng)(neng)、風能(neng)(neng)(neng)等(deng)新能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)分布存在時空差(cha)異性，為(wei)新能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)規模發(fa)展帶來挑戰。全(quan)球(qiu)太陽能(neng)(neng)(neng)資(zi)源(yuan)(yuan)主要(yao)集中在赤(chi)道附近南北(bei)回歸線之間，以非洲北(bei)部(bu)撒(sa)哈拉地區最為(wei)豐富(fu)，非洲大陸東側及南部(bu)、澳大利亞(ya)和(he)中國西北(bei)地區也是太陽能(neng)(neng)(neng)資(zi)源(yuan)(yuan)豐富(fu)區。

風能資(zi)源主要分布在東(dong)亞(ya)(ya)、東(dong)南亞(ya)(ya)、中(zhong)亞(ya)(ya)、美洲(zhou)30S—30N地區(qu)，以及中(zhong)國北部和東(dong)部、蒙古、澳大利亞(ya)(ya)東(dong)北部、非洲(zhou)撒哈(ha)拉沙漠以南等地區(qu)。全球(qiu)陸地太(tai)陽能和風能資(zi)源存在明(ming)顯(xian)的(de)地區(qu)性(xing)(xing)與(yu)季節性(xing)(xing)差異[13]。

（3）技術層面

新(xin)能(neng)源(yuan)技術(shu)成熟度決定(ding)了(le)碳中和(he)進程的快慢(man)。太陽能(neng)、風能(neng)等新(xin)能(neng)源(yuan)發電(dian)總(zong)體(ti)價(jia)格仍較煤(mei)發電(dian)高，峰谷穩定(ding)性差(cha)，調峰技術(shu)有待進一步創新(xin)。重工業和(he)長途運輸等領域難(nan)以實現電(dian)氣化，氫燃(ran)料電(dian)池是最優選(xuan)擇，但部分關鍵技術(shu)仍處于示范或原(yuan)型階段(duan)，尚未大規模(mo)推廣和(he)工業化應用。

與傳統化石能源(yuan)制氫(qing)（即“灰氫(qing)”）相比，可再生能源(yuan)制氫(qing)（即“綠氫(qing)”）的(de)成(cheng)本較高，配套的(de)二氧化碳(tan)(tan)捕集與封存技(ji)術(shu)(shu)尚處于示范階段(duan)。雖然低(di)碳(tan)(tan)技(ji)術(shu)(shu)轉移具有顯(xian)著的(de)減排和(he)升溫控制效果，但發達國家(jia)承諾(nuo)對發展中(zhong)國家(jia)提供資金和(he)低(di)碳(tan)(tan)技(ji)術(shu)(shu)援助尚未兌現。

（4）市場層面

碳(tan)中和進程(cheng)中，新能(neng)源(yuan)(yuan)的推(tui)廣與應用(yong)取(qu)決于(yu)成(cheng)本(ben)優勢和應用(yong)便利程(cheng)度。目前(qian)，新能(neng)源(yuan)(yuan)成(cheng)本(ben)逐年下(xia)降，但相對(dui)于(yu)化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)仍缺乏(fa)競爭力。

特別是2020年全(quan)球原(yuan)油價格暴跌(die)，化石能源(yuan)的成本優勢對新(xin)(xin)能源(yuan)轉型產生不利影響[14]。新(xin)(xin)能源(yuan)配套設備(bei)不完善，應用不便(bian)利，如充電(dian)樁尚未(wei)普及、加氫站數(shu)量少(shao)等問題推高了新(xin)(xin)能源(yuan)汽(qi)車的使用成本。

（5）能源結構層面

全球能源(yuan)(yuan)消(xiao)費結構仍(reng)然以(yi)化(hua)石能源(yuan)(yuan)為主，新(xin)能源(yuan)(yuan)占比偏低。2019年全球能源(yuan)(yuan)消(xiao)費144108 t油當量，其中煤炭占27%、石油占33%、天(tian)然氣占24%、新(xin)能源(yuan)(yuan)占16%[15]。

碳中和(he)進程中，要大(da)幅度降(jiang)低(di)煤(mei)炭(tan)、石(shi)油等高(gao)碳化石(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)消(xiao)費(fei)占比，提(ti)高(gao)新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)占比。目前，化石(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)消(xiao)費(fei)占比仍然偏(pian)高(gao)，為(wei)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)轉型帶來了挑戰。

3、實現碳中和的對策

減(jian)少碳(tan)(tan)排放，實(shi)現碳(tan)(tan)中和的(de)對策可(ke)以分(fen)為碳(tan)(tan)替代、碳(tan)(tan)減(jian)排、碳(tan)(tan)封存、碳(tan)(tan)循環4種主(zhu)要途徑。

碳替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)主要包括用(yong)(yong)(yong)電(dian)替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)、用(yong)(yong)(yong)熱替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)和用(yong)(yong)(yong)氫替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)等。用(yong)(yong)(yong)電(dian)替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)是利用(yong)(yong)(yong)水電(dian)、光(guang)電(dian)、風電(dian)等“綠電(dian)”替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)火電(dian)，用(yong)(yong)(yong)熱替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)是指利用(yong)(yong)(yong)光(guang)熱、地熱等替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)化石燃料供熱，用(yong)(yong)(yong)氫替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)是指用(yong)(yong)(yong)“綠氫”替(ti)(ti)代(dai)(dai)(dai)“灰(hui)氫”。

碳(tan)減(jian)(jian)排(pai)主要(yao)包括(kuo)節(jie)約能源和提(ti)高(gao)能效(xiao)。在建筑行業主要(yao)以提(ti)高(gao)電器(qi)和設備能效(xiao)、房屋外加(jia)太陽能光伏等為(wei)主，開發(fa)新型(xing)的水(shui)泥和鋼(gang)材等材料、減(jian)(jian)少水(shui)泥和鋼(gang)材的隱含(han)碳(tan)排(pai)放量等；在交通行業主要(yao)以使用更(geng)高(gao)效(xiao)的動力系統和更(geng)輕(qing)的材料等為(wei)主。從源頭(tou)減(jian)(jian)少“黑碳(tan)”的排(pai)放量。

碳(tan)封(feng)存(cun)是指(zhi)將(jiang)大(da)型(xing)火力發(fa)電、煉(lian)鋼廠(chang)、化工廠(chang)等(deng)產生的(de)(de)二氧化碳(tan)收集后(hou)，運輸至合適場所，利用技術(shu)(shu)手段(duan)長時間(jian)與(yu)大(da)氣(qi)(qi)隔離(li)封(feng)存(cun)。地(di)(di)質封(feng)存(cun)是碳(tan)封(feng)存(cun)的(de)(de)主要(yao)形式，封(feng)存(cun)場所主要(yao)為油氣(qi)(qi)藏、地(di)(di)下深部咸(xian)水層和廢棄煤礦等(deng)。未(wei)來油田、氣(qi)(qi)田采(cai)完(wan)后(hou)，應用已有地(di)(di)面與(yu)地(di)(di)下設施，進(jin)行二氧化碳(tan)庫封(feng)存(cun)，可能是主要(yao)舉措。通過(guo)技術(shu)(shu)減少(shao)大(da)氣(qi)(qi)圈中的(de)(de)“黑碳(tan)”數量。

碳(tan)(tan)循環包括人(ren)工(gong)碳(tan)(tan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)和森林碳(tan)(tan)匯(hui)。人(ren)工(gong)碳(tan)(tan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)是指利用(yong)化(hua)(hua)(hua)學(xue)或(huo)生物手段將二(er)(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)為(wei)有用(yong)的化(hua)(hua)(hua)學(xue)品或(huo)燃料(liao)，包括二(er)(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)合成甲醇、二(er)(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)電(dian)催化(hua)(hua)(hua)還原(yuan)制備(bei)CO或(huo)輕烴產品（C1—C3）等。森林碳(tan)(tan)匯(hui)是指植物通過光(guang)合作(zuo)用(yong)將大氣(qi)中(zhong)的二(er)(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)吸收并固(gu)定在植被與土壤中(zhong)，減少大氣(qi)中(zhong)二(er)(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)濃度。發揮(hui)“灰碳(tan)(tan)”可再(zai)利用(yong)的作(zuo)用(yong)。

針對(dui)(dui)碳(tan)替代、碳(tan)減(jian)排、碳(tan)封存、碳(tan)循環4種(zhong)主要碳(tan)中和對(dui)(dui)策，依(yi)據技術(shu)成熟度(du)或與常規化石能源價格的(de)競爭性，預測2020—2050年全球碳(tan)中和目標(biao)下二氧化碳(tan)減(jian)排趨勢（見(jian)圖3）。

2020—2030年，二氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)減排速(su)度(du)相(xiang)對較慢，主要原因是(shi)新能(neng)源(yuan)(yuan)的價格優勢(shi)尚未(wei)顯現，未(wei)能(neng)實現大規模應(ying)用，且碳(tan)(tan)封存技術(shu)尚未(wei)成(cheng)熟。2030—2050年，隨(sui)著相(xiang)關技術(shu)的成(cheng)熟，新能(neng)源(yuan)(yuan)成(cheng)本可與化(hua)(hua)石能(neng)源(yuan)(yuan)競爭，新能(neng)源(yuan)(yuan)項目(mu)快(kuai)速(su)推廣(guang)落地(di)，二氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)排放大幅度(du)下降。

碳封(feng)存(cun)技術達到(dao)推廣應用要求，為碳中(zhong)和(he)做(zuo)出主要貢獻。總(zong)體看，碳替代將成為碳中(zhong)和(he)進程中(zhong)的中(zhong)堅力量，預(yu)測到(dao)2050年，貢獻率(lv)占全球碳中(zhong)和(he)的47%，碳減排、碳封(feng)存(cun)和(he)碳循環貢獻率(lv)分別占21%、15%和(he)17%。

圖3 2020—2050年4種途徑對(dui)全(quan)球碳中和(he)的貢獻

三、新能源在碳中和進程中的重要地位

新(xin)能(neng)(neng)源是指在新(xin)技術基(ji)礎(chu)上加以開發利(li)用(yong)，接替(ti)傳統能(neng)(neng)源的(de)非化(hua)石無碳、可再生清潔能(neng)(neng)源，主(zhu)要類(lei)型有太陽能(neng)(neng)、風(feng)能(neng)(neng)、生物質能(neng)(neng)、氫能(neng)(neng)、地(di)熱能(neng)(neng)、海洋能(neng)(neng)、核能(neng)(neng)、新(xin)材(cai)料(liao)儲能(neng)(neng)等[16]。

與(yu)煤炭(tan)、石油、天然氣等傳統含碳化石能(neng)(neng)源相比(bi)，在理論技(ji)術(shu)、利用成本、環境影(ying)響(xiang)、管理方式等方面(mian)有顯(xian)著不同。隨著新(xin)能(neng)(neng)源技(ji)術(shu)快速(su)發展和(he)互聯網+、人工智(zhi)能(neng)(neng)、新(xin)材料等技(ji)術(shu)不斷進步，新(xin)能(neng)(neng)源產業處于突(tu)破(po)期，逐漸進入黃金發展期。

發展(zhan)新(xin)能(neng)(neng)源，推動(dong)(dong)能(neng)(neng)源結構轉型(xing)是實現碳中(zhong)(zhong)和的關鍵。新(xin)能(neng)(neng)源開發利用步(bu)伐(fa)加快(kuai)，已成為全球能(neng)(neng)源增長新(xin)動(dong)(dong)力，并將逐步(bu)替代化石能(neng)(neng)源，在碳中(zhong)(zhong)和進(jin)程(cheng)中(zhong)(zhong)發揮關鍵作用。

1、新能源(yuan)(yuan)是第3次能源(yuan)(yuan)轉(zhuan)換的主角

從世界能(neng)源(yuan)發展(zhan)歷程看，人類能(neng)源(yuan)利(li)用史經(jing)歷了從薪柴到(dao)(dao)煤炭、從煤炭到(dao)(dao)油(you)氣的(de)兩次轉型，正在經(jing)歷從化石能(neng)源(yuan)到(dao)(dao)新能(neng)源(yuan)的(de)第3次轉型。新能(neng)源(yuan)具有清潔、低碳(tan)(tan)的(de)特點，符合碳(tan)(tan)中(zhong)和(he)發展(zhan)需(xu)求，將在第3次能(neng)源(yuan)轉換(huan)中(zhong)成為(wei)主角。

1925年以來，全(quan)球(qiu)能(neng)(neng)源變得更加(jia)(jia)清潔，除生物質(zhi)能(neng)(neng)外的(de)(de)新能(neng)(neng)源呈現加(jia)(jia)速(su)發展態勢。1925—2019年全(quan)球(qiu)能(neng)(neng)源的(de)(de)需求(qiu)量(liang)從14′108 t油(you)當量(liang)增加(jia)(jia)至144′108 t油(you)當量(liang)，增長了(le)10倍，但新能(neng)(neng)源在全(quan)球(qiu)能(neng)(neng)源中的(de)(de)占比從0.6%增加(jia)(jia)至15.1%，增幅達到24倍[17]（見圖4）。

圖4 1925—2019年全球能源結(jie)構(gou)變(bian)化趨勢圖

近10年來(lai)，全球能源技術變革顯著加快，光伏(fu)發電(dian)(dian)、風(feng)電(dian)(dian)等成本大幅下降，加速推動了能源系統綠色轉型(xing)。據IRENA報(bao)告(gao)，自(zi)2010年以來(lai)，2019年光伏(fu)發電(dian)(dian)（PV）、光熱發電(dian)(dian)（CSP）、陸上風(feng)電(dian)(dian)和海上風(feng)電(dian)(dian)的平準化度電(dian)(dian)成本分別下降82%、47%、39%和29%[18]。

2019年(nian)，新(xin)投產并網的大(da)規模新(xin)能源發電(dian)(dian)裝機(ji)容量(liang)(liang)中(zhong)，56%可實(shi)現成本低于最便宜的化石(shi)燃(ran)料發電(dian)(dian)。2010—2019年(nian)光(guang)伏(fu)發電(dian)(dian)量(liang)(liang)從32 TW·h增(zeng)至699 TW·h，年(nian)增(zeng)幅(fu)達到240%；風(feng)力發電(dian)(dian)量(liang)(liang)從342 TW·h增(zeng)至1 404 TW·h，年(nian)增(zeng)幅(fu)達到45%（見圖5）。

2、新能(neng)源是碳(tan)中和的(de)主導(dao)

從能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)生產和消(xiao)費結(jie)構看，世界(jie)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)已形成(cheng)煤、油、氣、新能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)“四分天下(xia)”的(de)格(ge)局。研究預測(ce)，到2030年將是新能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的(de)轉折年，多種新能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)成(cheng)本(ben)下(xia)降至可與化(hua)石能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)競爭(zheng)，能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)去碳化(hua)趨勢持續加強。

預計2030年，全球一(yi)次能(neng)源(yuan)量將達到(dao)峰值156′108 t油(you)當量，年均增(zeng)長1.2%，其中煤炭占(zhan)19%、石油(you)占(zhan)28%、天然氣占(zhan)26%、新能(neng)源(yuan)占(zhan)27%（見圖6）[15]。

預計2025年石油需求增速放緩，到2030年石油需求進入平(ping)臺期，天然氣(qi)由于其低碳(tan)屬性，或將(jiang)成為唯一有望保持(chi)增長的化石能源(yuan)。

圖5 2010—2019年全球(qiu)光伏發電與(yu)風力發電量

圖6 2019—2050年全球能源結構變(bian)化(hua)趨勢

預計2030年后(hou)，新能源(yuan)成本基本低于化(hua)石能源(yuan)。預計2030—2050年，世界一次能源(yuan)消費總(zong)量將維持在較為平穩的水平。

到2050年，世界(jie)一次能源消費(fei)(fei)量(liang)基本與2030年持平，其中(zhong)煤(mei)炭占(zhan)4%、石油占(zhan)14%、天(tian)(tian)然(ran)氣占(zhan)22%、新能源占(zhan)60%，世界(jie)能源消費(fei)(fei)結構(gou)發生根本性變化，新能源將超過(guo)煤(mei)炭、石油、天(tian)(tian)然(ran)氣，成為(wei)主(zhu)體能源。

3、新能源在碳中(zhong)和進程中(zhong)的(de)作用

太陽(yang)能(neng)、風能(neng)、水能(neng)、核(he)能(neng)、氫能(neng)等(deng)是新能(neng)源的主力(li)(li)軍，助力(li)(li)電(dian)(dian)力(li)(li)部門實現低(di)碳排放。2019年以來，新能(neng)源平均發(fa)(fa)電(dian)(dian)成本(ben)已實現低(di)于燃氣發(fa)(fa)電(dian)(dian)成本(ben)，但(dan)總(zong)體水平較煤發(fa)(fa)電(dian)(dian)仍高(gao)出(chu)16%[19]。

預計到2030年(nian)左右(you)，大(da)部分新(xin)建光伏(fu)發電(dian)(dian)、風(feng)(feng)電(dian)(dian)項目平均投資水平將低于(yu)新(xin)建煤發電(dian)(dian)廠(chang)，幾(ji)乎所有(you)亞太(tai)市場可實現光伏(fu)、風(feng)(feng)能發電(dian)(dian)成本低于(yu)煤發電(dian)(dian)[20]。

預計(ji)到2050年，新能源發(fa)(fa)電(dian)可滿足全(quan)球電(dian)力需求的80%，其中光伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)和風力發(fa)(fa)電(dian)量累計(ji)占總發(fa)(fa)電(dian)量的一半以上[9]。

“綠(lv)氫(qing)”是新能源的后備軍，助(zhu)力工業與交(jiao)通等領域進一步降(jiang)低碳排(pai)放(fang)。電價(jia)占電解(jie)水制氫(qing)成(cheng)本的60%～70%，隨著電價(jia)大幅度下(xia)降(jiang)，“綠(lv)氫(qing)”成(cheng)本將快速下(xia)降(jiang)。到2030年左(zuo)右，“綠(lv)氫(qing)”有(you)望比化石燃(ran)料制氫(qing)更具(ju)成(cheng)本優勢[19]。

到(dao)2050年，全球(qiu)氫(qing)能占終端能源消費(fei)比(bi)重有望達到(dao)18%，“綠氫(qing)”技術完全成熟(shu)，大規模用(yong)于難(nan)以(yi)通(tong)過電氣化(hua)實(shi)現零排放的領(ling)域[21-23]，主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)鋼鐵、煉油、合成氨等(deng)工(gong)業用(yong)氫(qing)，以(yi)及(ji)重卡、船舶等(deng)長距離交(jiao)通(tong)運輸領(ling)域。

人工(gong)碳轉化技(ji)術是連接新能(neng)(neng)源(yuan)與化石能(neng)(neng)源(yuan)的橋梁，有效降(jiang)低化石能(neng)(neng)源(yuan)碳排(pai)放，將過剩(sheng)電量轉化為化工(gong)產品(pin)或燃料進行儲存，對新能(neng)(neng)源(yuan)電網起到削峰填(tian)谷作用。

電轉(zhuan)(zhuan)氣是(shi)人工碳轉(zhuan)(zhuan)化的主要形式，可(ke)以將二氧(yang)化碳重整制(zhi)甲烷，被視為是(shi)歐(ou)(ou)洲實現能(neng)(neng)源(yuan)轉(zhuan)(zhuan)型(xing)的關鍵。預(yu)計(ji)到2050年，歐(ou)(ou)盟工業部(bu)門10%～65%的能(neng)(neng)源(yuan)消耗來自(zi)電轉(zhuan)(zhuan)氣，供熱行業和交通運輸行業30%～65%的能(neng)(neng)源(yuan)來自(zi)于電轉(zhuan)(zhuan)氣[23-24]。

四、中國碳中和實施路徑

1、中國碳中和(he)目標與(yu)路線圖

中(zhong)國政府承(cheng)諾實現(xian)碳(tan)中(zhong)和(he)，制定政策(ce)積(ji)極(ji)推(tui)進碳(tan)中(zhong)和(he)進程(cheng)。

2020年9月，習(xi)近平在(zai)聯合國大會(hui)上表示“中國將提高(gao)國家自主貢(gong)獻(xian)力(li)(li)度，采取(qu)(qu)更加(jia)有力(li)(li)的(de)政策和措施，二(er)氧化碳排放力(li)(li)爭(zheng)于2030年前(qian)達到(dao)峰值，努力(li)(li)爭(zheng)取(qu)(qu)2060年前(qian)實(shi)現碳中和”[25]。

同年12月(yue)，發(fa)布《新時(shi)代的中國能源(yuan)發(fa)展》白皮(pi)書，全面闡述了新時(shi)代新階段中國能源(yuan)安全發(fa)展戰略(lve)的主(zhu)要政(zheng)策和(he)重(zhong)大舉措。

《中(zhong)國長期低碳發(fa)展戰(zhan)略與(yu)轉型路(lu)徑研究》報(bao)告指出，預(yu)計到(dao)2025年(nian)前后，中(zhong)國二(er)氧化(hua)(hua)碳排放進入(ru)峰(feng)值(zhi)(zhi)平臺期，力爭2030年(nian)前可實現穩定達峰(feng)，化(hua)(hua)石能源(yuan)消(xiao)費的二(er)氧化(hua)(hua)碳峰(feng)值(zhi)(zhi)排放量(liang)控(kong)制在110108 t之(zhi)內，到(dao)2035年(nian)二(er)氧化(hua)(hua)碳排放量(liang)將比峰(feng)值(zhi)(zhi)年(nian)份顯著下降[26]。

按(an)照二(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)放峰(feng)(feng)值(zhi)的(de)減(jian)排(pai)(pai)(pai)程度，本文分低、中、高3種情(qing)景(jing)預(yu)測中國2060年碳(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)放量（見圖7）。低情(qing)景(jing)下(xia)，二(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)減(jian)排(pai)(pai)(pai)至(zhi)峰(feng)(feng)值(zhi)的(de)40%，排(pai)(pai)(pai)放量降低至(zhi)44108 t；中情(qing)景(jing)下(xia)，二(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)減(jian)排(pai)(pai)(pai)至(zhi)峰(feng)(feng)值(zhi)的(de)30%，排(pai)(pai)(pai)放量降低至(zhi)33108 t；高情(qing)景(jing)下(xia)，二(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)減(jian)排(pai)(pai)(pai)至(zhi)峰(feng)(feng)值(zhi)的(de)20%，排(pai)(pai)(pai)放量降低至(zhi)22108 t。

剩余(yu)排放量主要通過二(er)氧化碳(tan)封(feng)存及(ji)利(li)用(yong)、人工(gong)碳(tan)轉化、森林(lin)碳(tan)匯等方(fang)式消(xiao)納。中、高(gao)情景(jing)下(xia)對二(er)氧化碳(tan)封(feng)存及(ji)利(li)用(yong)、人工(gong)碳(tan)轉化、森林(lin)碳(tan)匯等碳(tan)中和技術需求較(jiao)大(da)，應該加強這(zhe)些領域的投入。

圖7中國碳排放量(liang)趨(qu)勢預測圖

2、中(zhong)國碳中(zhong)和實施路徑

與其他國家(jia)相比，中(zhong)(zhong)(zhong)國在實現碳(tan)(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)和道路上將面臨碳(tan)(tan)排(pai)放量(liang)大(da)(da)、能源消費以化石能源為主、碳(tan)(tan)達(da)峰到碳(tan)(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)和緩沖時間短(duan)等諸多(duo)挑戰。中(zhong)(zhong)(zhong)國是(shi)全球(qiu)最大(da)(da)的二氧(yang)化碳(tan)(tan)排(pai)放國，2019年二氧(yang)化碳(tan)(tan)排(pai)放量(liang)占(zhan)全球(qiu)總排(pai)放量(liang)的29.4%，比美(mei)國（14.4%）、印(yin)度（6.9%）和俄羅斯（4.5%）的總和還(huan)要多(duo)。

目前，中國能源消費仍然(ran)以(yi)煤炭(tan)(tan)、石(shi)油、天然(ran)氣等化(hua)石(shi)能源為(wei)(wei)主(zhu)，特別是煤炭(tan)(tan)比重占一半以(yi)上。2019年，中國能源消費總量為(wei)(wei)70.8 108 t油當量，煤炭(tan)(tan)占58%，石(shi)油占19%[18]。

中(zhong)(zhong)國從(cong)碳(tan)(tan)(tan)達峰(feng)到碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)和(he)經(jing)歷(li)只有(you)短(duan)短(duan)30年(nian)，即碳(tan)(tan)(tan)達峰(feng)后需(xu)要(yao)快速(su)下(xia)降，走向(xiang)碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)和(he)。歐盟(meng)承諾的碳(tan)(tan)(tan)達峰(feng)到碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)和(he)時間為60～70年(nian)，緩沖時間是中(zhong)(zhong)國的2倍。針對中(zhong)(zhong)國國情，不能復制(zhi)國外碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)和(he)模式，需(xu)要(yao)制(zhi)定符合中(zhong)(zhong)國資源稟(bing)賦及國情的碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)和(he)實施路線。

在實現碳中和的(de)道路上，中國(guo)需要在電力、工(gong)業、建筑、農業等領域共同(tong)努力，減少“黑碳”的(de)排放量和發揮(hui)“灰碳”的(de)可(ke)利(li)用性（見表2）。

（1）推(tui)進煤炭高效清潔化利用

中國煤炭(tan)(tan)資(zi)源(yuan)豐富(fu)，是主體能源(yuan)類型和(he)重要工業原(yuan)料。大力(li)推進煤炭(tan)(tan)高效(xiao)清潔化(hua)利用既可(ke)有效(xiao)控制二氧化(hua)碳排放，還能發揮煤炭(tan)(tan)保障國家能源(yuan)安全的主力(li)作用。

煤炭高效清潔利用包括煤的(de)安(an)全、高效、綠色(se)開采，煤燃燒(shao)(shao)中的(de)污(wu)染控制與(yu)凈化，新型清潔煤燃燒(shao)(shao)，先進燃煤發電和煤潔凈高效轉(zhuan)化等。

煤炭(tan)(tan)地下氣(qi)化(hua)是清(qing)潔利用的(de)重要途徑，可從根本上(shang)改變中深(shen)層煤炭(tan)(tan)開采利用模式，減少煤炭(tan)(tan)在(zai)開采和應用中造成(cheng)的(de)環境(jing)負面(mian)影響。

要(yao)力爭實現中國(guo)陸(lu)上(shang)埋深1 000～3 000 m煤(mei)炭資源氣(qi)(qi)(qi)(qi)化利用，預估(gu)這部分煤(mei)炭資源氣(qi)(qi)(qi)(qi)化開采(cai)可產甲(jia)烷、氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)等氣(qi)(qi)(qi)(qi)體（272～332）1012 m3[27]。

中國(guo)約50%的(de)煤(mei)(mei)炭(tan)消費(fei)總量用(yong)于(yu)發電，解決燃(ran)煤(mei)(mei)發電的(de)清潔(jie)高效(xiao)(xiao)問題是煤(mei)(mei)炭(tan)高效(xiao)(xiao)清潔(jie)利用(yong)的(de)重(zhong)中之重(zhong)。現代煤(mei)(mei)化工(gong)主要以(yi)潔(jie)凈能(neng)源(yuan)和精細(xi)化學(xue)品為主，包括煤(mei)(mei)制(zhi)氣、煤(mei)(mei)制(zhi)油、煤(mei)(mei)制(zhi)化工(gong)品等(deng)。

（2）加快(kuai)清潔用能替代

加快實施清(qing)潔(jie)用能(neng)替代，優化能(neng)源結構(gou)，構(gou)建清(qing)潔(jie)低碳、安全(quan)高效的能(neng)源體(ti)系是(shi)中國實現碳中和的重要舉措。

依靠技術創新，進(jin)一步降低太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)、風能(neng)(neng)(neng)發電(dian)成(cheng)本，利用風電(dian)-光電(dian)-儲能(neng)(neng)(neng)耦(ou)合模式(shi)替代火電(dian)，發揮(hui)儲能(neng)(neng)(neng)技術快速(su)響應、雙向調節、能(neng)(neng)(neng)量緩沖優勢(shi)，提高新能(neng)(neng)(neng)源系統調節能(neng)(neng)(neng)力和上網(wang)穩定性。

利用(yong)光熱(re)(re)-地熱(re)(re)耦合模式替(ti)代(dai)燃煤供熱(re)(re)用(yong)能(neng)(neng)，發揮太陽能(neng)(neng)光熱(re)(re)和地熱(re)(re)的(de)各自優(you)勢(shi)，形成互補供熱(re)(re)用(yong)能(neng)(neng)。

（3）提升天然氣(qi)在(zai)低碳轉型中(zhong)的最佳伙(huo)伴到最后橋(qiao)梁作用

天(tian)然氣(qi)是低碳(tan)清(qing)潔能源(yuan)，是能源(yuan)從(cong)高碳(tan)到零(ling)碳(tan)過渡(du)的最(zui)佳(jia)伙伴與最(zui)后橋梁作用(yong)，對實現碳(tan)中(zhong)和起到積(ji)極促進(jin)作用(yong)。在(zai)碳(tan)中(zhong)和背景下(xia)，中(zhong)國天(tian)然氣(qi)需(xu)求(qiu)(qiu)增長(chang)強勁，預計到2035年，需(xu)求(qiu)(qiu)量將可能快速增長(chang)至（6 500～7 000）108 m3。

以四川盆地(di)、鄂(e)爾多斯盆地(di)、塔里木盆地(di)為重點，建(jian)成(cheng)多個百億(yi)立方米級天然氣(qi)(qi)生產(chan)基(ji)地(di)，促進(jin)常(chang)規天然氣(qi)(qi)增產(chan)。重點突破非常(chang)規天然氣(qi)(qi)勘探開(kai)發，完善產(chan)業政(zheng)策體系(xi)，促進(jin)頁巖氣(qi)(qi)、煤層氣(qi)(qi)等開(kai)發利(li)用。

（4）大力發(fa)展“綠氫”工業(ye)及其(qi)產業(ye)鏈

中國需要像煤炭、油氣等工業(ye)一樣，加快構建(jian)氫(qing)(qing)(qing)能工業(ye)，推動實施“氫(qing)(qing)(qing)能中國”戰略。中國氫(qing)(qing)(qing)能需求(qiu)旺盛，但(dan)仍以化石能源(yuan)制氫(qing)(qing)(qing)（即“灰(hui)氫(qing)(qing)(qing)”）為主。利用“綠(lv)氫(qing)(qing)(qing)”替(ti)代“灰(hui)氫(qing)(qing)(qing)”可有效降低二氧化碳(tan)排放(fang)。

據中國(guo)(guo)氫(qing)能聯盟預(yu)測，2030年中國(guo)(guo)將處于(yu)氫(qing)能市(shi)場(chang)發展中期(qi)，氫(qing)氣年均需(xu)求(qiu)(qiu)量(liang)達3 500104 t，在終端能源(yuan)消(xiao)費中占5%；2050年氫(qing)氣年均需(xu)求(qiu)(qiu)量(liang)達6 000104 t，“綠(lv)氫(qing)”占氫(qing)氣來源(yuan)的70%，在終端能源(yuan)消(xiao)費中占比(bi)至少到10%[28]，可減排(pai)二氧化(hua)碳(tan)約(yue)7108 t。

此外，加(jia)(jia)快推(tui)進(jin)(jin)儲氫(qing)、運氫(qing)、氫(qing)燃料(liao)電(dian)池及加(jia)(jia)氫(qing)站(zhan)等(deng)產(chan)業鏈整(zheng)體(ti)發展，與油氣(qi)工(gong)(gong)業深入融合，利用(yong)現有天然氣(qi)管網和加(jia)(jia)油氣(qi)站(zhan)等(deng)基礎設(she)施，在產(chan)氫(qing)、加(jia)(jia)氫(qing)等(deng)產(chan)業鏈節點發揮油氣(qi)公司先天優(you)勢，實(shi)現“油、氣(qi)、氫(qing)、電(dian)”四站(zhan)合建，推(tui)進(jin)(jin)氫(qing)工(gong)(gong)業體(ti)系高質量發展。

（5）加大二氧(yang)化碳埋藏及(ji)封存應用與推廣(guang)

二氧化(hua)(hua)碳埋藏與(yu)封存(cun)能(neng)夠實(shi)現二氧化(hua)(hua)碳大規模減排(pai)，是化(hua)(hua)石(shi)能(neng)源清潔(jie)化(hua)(hua)利(li)用(yong)的(de)配套技術(shu)。中國以煤炭為主的(de)資(zi)源稟(bing)賦(fu)決定，必(bi)須(xu)加(jia)大二氧化(hua)(hua)碳的(de)埋藏及封存(cun)應用(yong)與(yu)推廣，發揮其(qi)在碳中和進程中的(de)作用(yong)，推動煤炭高效清潔(jie)化(hua)(hua)利(li)用(yong)。

未(wei)來可利(li)用開采油氣(qi)后的枯(ku)竭油田、氣(qi)田和地下“水田”，形成埋藏(zang)及封存二氧化碳的“人工二氧化碳氣(qi)田”（見圖8、圖9）。

目前(qian)，中國(guo)石(shi)油(you)(you)已在吉林油(you)(you)田(tian)、新疆油(you)(you)田(tian)、大慶油(you)(you)田(tian)開展二氧化碳驅(qu)油(you)(you)等技(ji)術(shu)攻關，形成年產(chan)(chan)超(chao)100104 t驅(qu)油(you)(you)產(chan)(chan)量，二氧化碳驅(qu)油(you)(you)技(ji)術(shu)取得新的突破。

圖(tu)8二(er)氧化碳地下埋藏與封存地質模式圖(tu)

圖9二氧化(hua)碳(tan)地(di)下(xia)埋藏(zang)與封存模型

中國近海(hai)二氧(yang)化(hua)碳(tan)海(hai)底地(di)質封(feng)存潛(qian)力大(da)，封(feng)存總容量約為(wei)2.51012 t[29]。初步(bu)預測鄂爾多斯盆地(di)深(shen)部咸水(shui)層(ceng)和(he)油藏的(de)二氧(yang)化(hua)碳(tan)有效封(feng)存量分別為(wei)133108 t和(he)

19.1108 t，吐哈盆地油氣(qi)藏、深部咸(xian)水(shui)層和煤(mei)層二(er)氧化碳(tan)有效封存(cun)量(liang)為44108 t。預測沁水(shui)盆地煤(mei)層二(er)氧化碳(tan)的吸附(fu)和封存(cun)量(liang)可達1 280108 t，其中吸附(fu)量(liang)占96%以上[30-32]。此(ci)外，二(er)氧化碳(tan)驅油、驅氣(qi)不僅可以實現二(er)氧化碳(tan)埋存(cun)，還可以提高油氣(qi)采收(shou)率[33]。

未(wei)來，可在松遼、渤海灣(wan)、鄂爾多斯、大(da)慶等大(da)型油氣區(qu)，將采完(wan)的油田(tian)、氣田(tian)建設成為“人工二(er)氧(yang)化(hua)碳氣田(tian)”埋藏與(yu)封存示范(fan)基(ji)地。

（6）發展碳(tan)轉化及森林碳(tan)匯

發展碳(tan)轉化(hua)(hua)，將(jiang)二(er)(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)轉化(hua)(hua)為(wei)化(hua)(hua)工(gong)產(chan)品或燃料，實(shi)現“變廢為(wei)寶”。中國科學院大(da)連化(hua)(hua)學與(yu)物理研究所提出(chu)的“液態陽(yang)光”技術，將(jiang)“綠氫”與(yu)二(er)(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)反應制(zhi)成甲醇(chun)，生產(chan)1 t甲醇(chun)可(ke)(ke)固定(ding)1.375 t二(er)(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)。中國甲醇(chun)產(chan)能(neng)是(shi)8 000104 t左右，主要(yao)從天然氣和煤中制(zhi)取，如果全部采用“液態陽(yang)光”技術生產(chan)甲醇(chun)，可(ke)(ke)固定(ding)上億噸二(er)(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)[34]。

大力發展森林碳(tan)匯，中(zhong)國(guo)西(xi)南、東北等重要林區的碳(tan)匯能(neng)力很大。2010—2016年，中(zhong)國(guo)陸(lu)地植被年均固碳(tan)能(neng)力約11108 t，約等于在(zai)此期間中(zhong)國(guo)每年排放(fang)量的45%[35]。植樹(shu)造(zao)林可在(zai)碳(tan)中(zhong)和(he)的進程中(zhong)發揮(hui)有利作(zuo)用。

（7）建立市場(chang)機制控制碳(tan)排放(fang)

建立健全全國碳(tan)排放交易(yi)市(shi)場(chang)，利(li)用市(shi)場(chang)機制(zhi)控(kong)制(zhi)碳(tan)排放。建立碳(tan)市(shi)場(chang)，增加化(hua)石碳(tan)類利(li)用成本，有利(li)于(yu)從源頭減少化(hua)石能源消費，降(jiang)低二氧化(hua)碳(tan)和(he)大(da)氣污染物排放。

中國(guo)當前碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)(fang)交易(yi)市(shi)場(chang)(chang)尚處于構(gou)建(jian)初(chu)期，要(yao)進(jin)一(yi)步完(wan)善(shan)碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)(fang)交易(yi)市(shi)場(chang)(chang)配(pei)套細則，實施(shi)相關(guan)基(ji)礎設施(shi)建(jian)設，明晰(xi)碳(tan)(tan)交易(yi)相關(guan)方(fang)的行為標準與規(gui)范，健全(quan)國(guo)家(jia)碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)(fang)交市(shi)場(chang)(chang)體系。

五、結語

當今世(shi)界正(zheng)經(jing)歷百年未有之(zhi)大變(bian)局。生態環境事關人(ren)(ren)類(lei)生存和(he)永續發展，需要各國團(tuan)結合作(zuo)，共同(tong)應(ying)對(dui)挑戰。碳中(zhong)和(he)是人(ren)(ren)類(lei)應(ying)對(dui)全球氣候變(bian)化達成的(de)共識，世(shi)界各國積極承諾實現碳中(zhong)和(he)目標。

碳(tan)替(ti)代、碳(tan)減排、碳(tan)封存(cun)、碳(tan)循環是實現碳(tan)中(zhong)和的(de)(de)4種主要途(tu)徑(jing)，碳(tan)替(ti)代是實現碳(tan)中(zhong)和的(de)(de)中(zhong)堅(jian)力量，預(yu)計到2050年將貢獻47%的(de)(de)二氧化碳(tan)減排量。

碳中和進程加速了(le)全球能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)從化石能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)向新(xin)(xin)(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)轉(zhuan)型，新(xin)(xin)(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)已成(cheng)為第(di)3次能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)轉(zhuan)換主角，未來將在(zai)碳中和發揮(hui)主導作用(yong)(yong)。預計2030年是新(xin)(xin)(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)發展的(de)轉(zhuan)折年，新(xin)(xin)(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)成(cheng)本下降至(zhi)可與化石能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)相(xiang)競爭；2030—2050年新(xin)(xin)(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)將大規模(mo)推廣應用(yong)(yong)，碳排放下降趨勢加快。

2050年(nian)全球大(da)部分(fen)地區(qu)和國家將(jiang)實現碳中(zhong)和，新(xin)能源走上能源舞臺(tai)中(zhong)央成為主體能源。預(yu)計到2100年(nian)以前(qian)，能源消費結(jie)構(gou)由現階(jie)段的“四(si)分(fen)天下”轉變為“一大(da)三小”新(xin)格局（“一大(da)”為新(xin)能源，“三小”為煤炭、石油、天然氣）。

未來中國(guo)也將(jiang)逐步向世界能源消費結構新(xin)(xin)趨勢靠攏發展，實現從(cong)現階段“一(yi)大(da)(da)(da)三小(xiao)”（“一(yi)大(da)(da)(da)”為(wei)煤(mei)炭(tan)，“三小(xiao)”為(wei)石(shi)油(you)(you)、天(tian)然氣(qi)、新(xin)(xin)能源）向“三小(xiao)一(yi)大(da)(da)(da)”（“三小(xiao)”為(wei)煤(mei)炭(tan)、石(shi)油(you)(you)、天(tian)然氣(qi)，“一(yi)大(da)(da)(da)”為(wei)新(xin)(xin)能源）跨越。

加快(kuai)氫能(neng)、新材料儲(chu)能(neng)、可控核聚變等顛覆性(xing)技術攻關及工業(ye)化(hua)，以新能(neng)源為(wei)主(zhu)實(shi)現中國“能(neng)源獨立”戰略，為(wei)宜(yi)居地球、綠(lv)色地球作(zuo)出貢獻。本(ben)文(wen)觀點是目前階(jie)段性(xing)認識，未來不同時期(qi)，隨著(zhu)科技與(yu)世(shi)界格局變化(hua)，碳(tan)中和的認識將不斷革(ge)新和發展。