實現碳中和目標的關鍵是科技創新

穎川

“世界經濟正在從資源依賴型走向技術依賴型，‘產業競爭是實施‘碳達峰、碳中和的戰略意義之一。”

在廣東省環境保護產業協會召開的2021年會員代表大會暨雙碳戰略下廣東省環保產業高質量發展大會上，清華大學環境學院教授、清華大學碳中和研究院院長、中國工程院院士賀克斌應邀線上參會，并作“雙碳目標下環境科技的挑戰與產業機遇”專題分享，解讀“雙碳”戰略目標意義，剖析未來環境科技創新方向，碳減排路徑選擇等。

“雙碳”戰略意義非凡

截至2021年底，全球已有130多個國家提出了碳中和承諾。英國、日本、墨西哥、歐盟、韓國、菲律賓等國家和地區還通過了應對氣候變化的專項法律。

其中，歐盟通過了《歐洲綠色新政》，提出旨在將歐盟轉變為一個公平、繁榮的社會，富有競爭力的資源節約型現代經濟體，到2050年，歐盟溫室氣體達到凈零排放并實現經濟增長與資源消耗脫鉤。

我國也向世界作出莊嚴承諾：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。“‘碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，絕不是輕輕松松就能實現的。”賀克斌說。

在賀克斌看來，實施碳達峰、碳中和具有多層面戰略意義，事關生態文明、美麗中國建設目標實現，事關氣候履約承諾，產業綠色轉型升級競爭等。

“碳中和目標與空氣質量目標具有高度一致性，低碳能源轉型對中國空氣質量長期持續改善起到決定性作用。”賀克斌說，溫室氣體減排和大氣污染治理措施具有顯著的協同性，溫室氣體和污染物同根同源，主要來源于化石燃料利用;氣候政策具有顯著的空氣質量和健康協同效益，我國清潔空氣行動同樣推動了二氧化碳減排。

我國能源轉型取得顯著進展。能耗強度持續下降，2020年單位國內生產總值能耗比2015年下降13.2%，2015—2020年全國煤炭消費占一次能源消費比重由63.8%下降至56.8%左右;天然氣、水電、核電、風電、太陽能等清潔能源消費占一次能源比重從2015年的17.9%提高至2020年的24.3%左右。《大氣污染防治行動計劃》的實施有力推動了能源結構調整步伐。2013—2020年期間，全國淘汰小型燃煤鍋爐30多萬臺，天然氣消費量增加1600億立方米，完成散煤治理2600萬戶。

據測算，碳中和情景下，能源轉型對2060年中國PM2.5濃度改善的貢獻可達到75%左右;在全球溫控1.5度情景下這一貢獻將進一步提升到80%左右。

賀克斌直言，當前空氣污染最為嚴重的京津冀地區在未來依然是能源轉型和污染減排難度最大的地區。未來生態環境保護、美麗中國建設工作要以“減污降碳協同增效”為總抓手，加快推動從末端治理向源頭治理轉變，通過應對氣候變化降低碳排放，進而從根本上解決環境污染問題。

碳中和面臨巨大挑戰

考慮到現階段的國情，賀克斌指出，我國實現碳中和面臨巨大挑戰。

“首先是我國的高碳能源結構，2019年主要國家的能源結構中，化石能源占比50～85%，我國約為85%，但歐美國家化石能源中煤炭占比僅為3～17%，我國卻高達57%;二是我國的高碳產業結構，在全球產業鏈分工里，水泥、鋼鐵、石化這樣高耗能的工業，在我們整個產業中的比例還比較高，實現碳中和，煤電二氧化碳排放要基本清零，非化石能源發電要達80%以上，低碳轉型非常艱難。”賀克斌說。

同時，我國是世界上最大的發展中國家，還在中高速發展階段，工業化、城鎮化仍在推進之中。在這個過程中，減碳也不是可以輕松實現的。

此外，“我國承諾實現從碳達峰到碳中和的時間，遠遠短于發達國家所用時間。實現碳達峰、碳中和時間短、任務重，挑戰非常大。”賀克斌直言。

“實現碳中和的關鍵是科技創新，將推動社會經濟發展從資源依賴型走向技術依賴型。”賀克斌介紹，國際能源署（IEA）2021年發布的《2050年凈零排放：全球能源行業路線圖》指出，2050年實現凈零排放的關鍵技術中，50%目前尚未成熟，這就需要對可再生能源發電、儲能技術，與之匹配的技術等加大研發力度，形成國際競爭力。

賀克斌提到，對于未來產業技術的路徑方向，需要把握人工智能、互聯網、信息通訊技術創新發展的有利契機，將需求減量、智能制造、系統集成、循環鏈接等先進理念和技術融入生產、消費的全過程，從整體和系統的角度實現節能減排;應大力發展“發、供、用、儲”的新型電力系統優化集成技術，支持快速向高比例可再生能源轉變的智能電網技術，支持可再生能源并網、分布式及微電網的規模化儲能集成技術;加強設備智能化、管理精細化、資源循環利用等提高終端用能綜合效率的系統優化技術。

想要實現碳中和需要回答幾個重大問題，包括如何建立減污降碳協同增效的時空協同機制、過程增效機制和區域聯動機制;如何建立重點行業和關鍵領域脫碳路徑優化與驅動機制;怎樣明晰溫室氣體排放監測與減排評估方法。

“天空地一體化碳源碳匯監測技術，為‘碳達峰、碳中和監測評估提供科技支撐。”賀克斌介紹，目前碳監測依然存在如下問題：缺乏立體探測，垂直觀測能力不足;動態、精細、不同背景下的碳觀測能力不足;缺乏全球尺度的連續觀測，尤其是海洋。

“五碳并舉”攻難關

我們未來該怎么選擇碳減排路徑？賀克斌表示，我們可以通過“五碳并舉”來攻克難關。

首先，資源增效減碳。我國的能源強度是世界平均水平的的1.3倍，遠高于美英法德日等發達國家，是OECD（經濟合作與發展組織）國家的2.7倍。通過節能與能效提升，達到同樣的經濟目標，但將能源需求降到最低，在當前消費水平下，能耗每降1%，可減排1億多噸二氧化碳。

其次，能源結構降碳。以新能源和可再生能源為主體，大幅提升非化石能源比例。“我們要重新認識我國的能源資源稟賦，只講‘富煤‘缺油‘少氣不能全面準確表述我國能源資源稟賦，豐富的可再生能源資源是我國能源資源稟賦的重要組成部分。”賀克斌指出，在“雙碳”戰略目標下，到2050年我國非化石能源比例需超過85%，非化石電力在總電量中的比重需超過90%，屆時風電、太陽能裝機容量將超過60億千瓦，約為2020年累計裝機量的11倍。風電、光伏潛在年發電量將達77.9萬億千瓦時，約為2020年全社會用電量的10余倍，加之水電能和核能的開發利用，未來可再生（清潔）能源將能夠支撐我國能源需求。

同時，我們要利用地質空間存碳，通過碳捕集利用和封存（CCUS技術）來解決一部分二氧化碳。“生態系統固碳也是實現碳中和的重要路徑，通過各種生態建設手段，增強生態系統的碳匯能力。”賀克斌說，此外，市場機制融碳也可以發揮重要作用，碳市場會通過市場機制來推動各類技術更合理有效地應用。

賀克斌表示，“五碳并舉”將帶來政府行為、企業行為和個人行為的重大變化，這場經濟社會系統性變革涉及觀念重塑、價值重估和產業重構，會帶來廣泛影響。

價值重構包括新能源成本、地域價值和產業鏈價值。從新能源成本來看，目前風、光發電和火力發電的成本已經相近。但是如果加上系統成本，風、光發電目前和火電來比還比較高。碳市場的建立健全和逐步完善會使碳價在全國和全世界發揮作用，使新能源技術的競爭優勢逐漸提升，新能源的并網成本會大大降低，其價值和競爭力會被重新認識。

從地域價值來看，未來風、光資源集中的中西部欠發達地區，會擁有新的發展機遇，這會使經濟發展不平衡問題得到一定解決。比如，在寧夏的沙地，可以在光伏電池板下種植枸杞，由于有電池板的遮擋，保墑（保持土壤的一定水分，以利農作物生長發育）的時間更長，沖洗光伏電池板的水正好可以灌溉下面的枸杞，從而實現循環利用。這個模式可以把原來比較荒蕪的沙地大幅度改變為能源利用地和新的經濟作物生產地，為地區經濟發展帶來了全新的機遇。

從產業鏈來看，制造光伏電池的材料包括關鍵稀有元素如銦、碲等，伴隨未來裝機規模的迅速擴大，這些稀缺元素的累計需求量會大幅度增加，其價值也會不斷提升。現在固體廢物中的這些元素被視為有毒有害物，一旦其價值增加，也會推動相關提取技術研發和循環利用水平提升。

減碳控溫事關人類命運。有部分專家提出，從具體路徑來看，應堅持“3+3”的模式，即堅持集中發電端、增加新能源的消費端和固碳三端發力，統籌政府、民眾和企業三方參與。實現雙碳目標需要產業界和社會各界的協同行動，在產業鏈科學創新方面進行更大力度的協同創新。