應對氣候變化與碳中和技術體系構建

中國21世紀議程管理中心主任

國家氣候變化專家委員會委員

實現碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，科技創新發揮著不可替代的重要作用。我國正處于經濟高質量發展的關鍵時期，比發達國家實現碳中和難度更大，構建碳中和技術體系更具緊迫性。

對氣候變化的科學性認識不斷深化

20世紀以來，隨著在大氣、海洋、地質等不同領域研究的深入，人們對氣候變化的認識逐漸從科學層面進入公眾關注視野。1979年，第一次世界氣候大會在瑞士日內瓦召開，與會科學家明確提出，大氣中二氧化碳濃度增加將導致地球升溫，氣候變化首次作為一個受到國際社會關注的問題被提上議事日程。自1988年聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）成立以來，該組織發布的各類研究成果為人類活動因素是導致氣候變化的主因問題提供了越來越多的科學證據。IPCC在2001年發布的第三次評估報告中提出，全球氣候變化“可能”由人類活動排放的溫室氣體引起，在2007年和2014年發布的第四次和第五次評估報告中，將這一描述分別調整為“很可能”和“極有可能”。2021年IPCC第六次評估報告第一工作組報告《氣候變化2021：自然科學基礎》中，以“毋庸置疑”的肯定語氣，指出氣候變化是由人類活動引起。

事實上，溫室氣體的存在所產生的溫室效應是地球上人類生存的重要生態條件之一，如果沒有溫室效應，地球表面的平均溫度將是-18℃而不是現在的15℃。但在人類活動造成的碳排放量持續增長的情況下，溫室效應正演變為日益嚴重的氣候風險，給人類生存的地球家園帶來威脅。隨著1992年《聯合國氣候變化框架公約》、1997年《京都議定書》以及2015年《巴黎協定》等國際性公約和文件的出臺，全球應對氣候變化的步伐不斷向前邁進。特別是《巴黎協定》確立了到本世紀末全球溫升幅度較工業化前水平控制在2℃以內并努力控制在1.5℃以內的目標，為全球應對氣候變化描繪了愿景，也推動了各國開展碳中和行動。截至目前，超過140個國家/地區已提出或正在考慮提出碳中和目標，覆蓋全球90%以上排放份額。但從近年的全球碳排放量來看，據IPCC第六次評估報告第三工作組報告，全球2010—2019年均排放量創歷史新高，2019年溫室氣體人為排放為527億～656億噸CO2當量。如果繼續保持現有排放水平，要將本世紀末的溫升目標控制在1.5℃或2℃，全球剩余碳預算分別僅為5000億噸和11500億噸CO2，將大約分別在10年和20年被耗盡。根據2021年《聯合國氣候變化框架公約》第26次締約方大會（COP26）前各國提交的國家自主貢獻（NDC）估算，到本世紀末全球溫升將達到2.1℃～3.4℃。

構建我國碳中和技術體系的思路與方案

科學技術在支撐我國碳中和目標實現進程中的作用十分關鍵。需要立足國情、統籌謀劃、精心設計，從當前碳排放現狀分析入手，緊密結合碳減排技術需求，提出構建我國碳中和技術體系的思路與方案。

一是從供給側和消費側的角度，科學分析碳排放的現狀特征。目前，我國溫室氣體年凈排放總量全球第一，而且我國仍處于經濟社會發展的上升期，碳排放總量和強度“雙高”的情況仍將持續。溫室氣體排放總量以及能源活動和工業過程二氧化碳排放強度等都面臨很大挑戰，不僅需要從能源供給側向新能源等方向主動調整，而且需要消費側向電氣化、低碳燃料等方向積極響應。

二是根據低碳、零碳、負碳技術不同特點，確定碳中和技術路徑。節能增效等低碳技術一直是我國應對氣候變化的重要舉措，在實現碳中和過程中將繼續發揮作用。但僅依靠低碳技術不足以支撐碳中和目標的實現，可再生能源發電及核電等零碳電力技術，以及氫能、氨能等零碳非電能源技術的需求將明顯增強，成為未來我國碳中和技術體系的重點部署方向。此外，為實現鋼鐵、水泥等難減排行業深度脫碳，還需要將碳捕集利用與封存（CCUS）、碳匯與負排放技術納入碳中和技術體系，形成碳中和目標實現的托底保障。

三是重視復雜性問題的系統解決方案，強化技術體系的協同增效。碳中和目標的實現是一項系統性工程，涉及電力、工業、建筑、交通等領域的各種低碳、零碳和負碳技術，共同構成了一個多維的復雜系統。為此需要從區域差異性、行業多元性、領域多樣性考慮碳中和技術推廣應用的不同場景，加強技術的集成耦合和系統優化，最大限度挖掘相應技術的減排潛力，統籌溫室氣體與污染物減排，實現“1+1>2”的協同效應。

八大類技術構建碳中和技術體系

根據上述思路，我們提出了由八大類技術構建的碳中和技術體系：節能提效低碳技術，零碳電力能源技術，零碳非電能源技術，燃料/原料替代技術，CCUS技術，碳匯技術，集成耦合與優化技術，非二氧化碳溫室氣體消減技術。每一類又可進一步分為子類、亞類、單一技術，不同技術既自成系統又相輔相成，共同構成覆蓋全面、互為補充的技術體系，共同支撐碳中和目標實現。這個體系涉及的技術種類及其分支既有共性也有各自的特點，在部署中對科學研究、技術研發以及示范應用方面需要分類考慮。

一是考慮到零碳能源類技術當前發展方向較為明確，未來重點應注重提高效率和降低成本。能源系統減排是碳中和目標實現的重點。從歐美日等發達國家和國際能源署（IEA）等權威機構發布的能源凈零排放技術選擇看，全球將以風電、光伏等為核心的零碳電力系統和以氫能為重點的零碳非電能源系統作為能源變革的主方向。鑒于可再生能源電力的間歇性和波動性等問題，需要建設儲能電站等配套設施，導致零碳電力的總成本與傳統火電相比仍不具備競爭力。以零碳電力為基礎的“綠氫”生產與傳統以化石能源為基礎的“灰氫”生產相比仍然成本高昂。為此，效率提高和成本下降成為全球零碳能源類技術發展的主要目標，如美國2021年宣布計劃未來10年內將綠氫生產成本、電網規模的長時儲能成本分別降低80%和90%，歐洲計劃通過擴大規模快速將氫氣成本降至1～2歐元/千克等。未來應大力推動大功率風電機組、新一代高效低成本光伏、高效電解水制氫設備以及規模化儲能、智能電網、虛擬電廠等技術研發，以降低成本并為促進商業化進程創造條件。

二是針對工藝流程再造和集成優化類技術當前多種路線并存的現狀，支持多類技術同步探索，逐步優化技術流程。工業領域和消費端的深度減排，特別是鋼鐵、水泥、化工等難減排行業是全球實現碳中和的難點。各國在積極探索通過原料替代、生物化工、資源循環利用等技術措施為深度脫碳提供解決方案，如鋼鐵行業基于氫冶金的長流程高爐-轉爐煉鋼技術、生物炭冶金技術、全氧氣高爐耦合CCUS技術、短流程電爐煉鋼技術、鋼鐵與化工聯合生產技術等都正在受到關注，歐盟、美國、日本、韓國都在同步開展相關技術研發與工程示范。鑒于各技術路線對減排的貢獻及可行性尚需要進一步明確，需要根據不同技術特征和服務對象分類施策，并行支持多類技術發展，強化不同技術單元集成耦合，使各類技術在特定場景下的組合實現最優減碳效果，逐步優化技術體系結構。

三是CCUS以及負排放技術等未來減排潛力可觀但仍存在不確定性，應重視超前部署，做好技術戰略儲備。CCUS及其他負排放技術是碳中和技術體系中的重要組成部分，為實現經濟社會系統最終碳中和發揮著托底保障作用。研究表明，未來全球碳中和目標的實現到2070年需要CCUS及直接空氣捕集（DAC）等負排放技術累積貢獻15%的減排量，我國碳中和目標實現需要CCUS技術到2060年貢獻5億～29億噸/年的減排量。近年來，全球CCUS技術創新活躍，DAC等負排放技術等受到歐美等發達國家的廣泛關注，但當前CCUS技術和DAC等負排放技術成熟度尚有待進一步提升，技術成本較高，無法與其他低碳、零碳技術競爭，全球對CCUS及負排放技術還有許多討論甚至爭論。雖然這類技術還存在不確定性，但是正因為這種不確定性我們更需要給予重視。科學技術發展史上顛覆性技術產生重大變革的例子不勝枚舉，我們有理由期待在碳減排壓力等因素的驅動下，CCUS以及碳移除等技術將會出現重大突破。