碳中和体系解读

3 碳中和战略

3.1 欧盟绿色新政

欧盟委员会于2019年12月发布了《欧洲绿色新政》,旨在提振经济,改善人们的健康和生活质量,将欧盟转变为一个公平、繁荣的社会及富有竞争力的资源节约型现代经济体,到2050年使欧洲成为全球第1个温室气体净零排放的大陆,实现经济增长与资源消耗脱钩,做到不让任何地方和任何人掉队,使欧盟占据全球领导者地位。

《欧洲绿色新政》推出的重要起因是全球气候变化,落脚点是推动欧盟经济社会绿色可持续发展,核心目标是2050年实现碳中和。图10为《欧洲绿色新政》的要点[34],主要包括以下“七大行动”。

图10 《欧洲绿色新政》要点

Fig.10 Key points in European Green Deal

（1）构建清洁、可负担、安全的能源体系：能源活动温室气体排放占比75%以上,通过能效提升,发展以可再生能源为基础的电力系统,快速淘汰煤炭,天然气脱碳,能源数字化、智能化、绿色化及市场一体化等,确保2030年和2050年低碳目标的实现。

（2）构建清洁循环的工业体系：工业部门温室气体排放占比20%,以绿色循环经济和数字经济应对挑战。

（3）推动高能效和资源高效利用的建造和建筑升级改造：建筑能耗占比40%,以建造革新、建筑能效提升等手段应对挑战。

（4）发展智能可持续交通系统：交通运输温室气体排放占比25%,通过可持续与智慧出行等手段应对挑战。

（5）实施“农场到餐桌”的绿色食品体系：大幅减少化学杀虫剂、化肥、抗生素的使用量,推动农场到餐桌产业链循环经济发展。

（6）保护自然生态和生物多样性：制定2030年生物多样性战略和森林新战略,提高森林固碳能力,发展海洋蓝色经济。

（7）创建零污染、无毒生态环境。

为实现2030年气候与能源目标（2030年温室气体排放量比1990年的排放量下降50% [Math Processing Error]55%）,预计每年需2 600 亿欧元的额外投资,约占2018年欧盟国内生产总值（GDP）的1.5%。

3.2 英国绿色工业革命

2020年11月,英国政府公布了《绿色工业革命十点计划》,旨在使英国成为绿色技术和绿色金融的世界中心,并实现2050年前温室气体净零排放的目标。该计划包括以下内容。

（1）推进海上风电：充分利用成熟技术,支持创新,到2030年,实现风电装机容量翻2番,达到40 GW（包括1 GW的创新型海上浮动风能）。

（2）推动低碳氢增长：到2030年,实现5 GW低碳氢产能,为住宅、交通和工业提供清洁燃料和供暖;供给产业、交通、电力和住宅领域;10年内建成首个完全由氢能供能的示范城镇。

（3）输送新的先进核电：一方面发展大型核电,另一方面开发小型模块化堆（SMR）和先进模块化堆。

（4）加速向零排放交通工具转型：从2030年开始,停售汽/柴油车,所有交通工具均应具有显著的零排放能力;从2035年开始,所有交通工具均应达到100%零排放。

（5）绿色公共交通、骑行与步行。

（6）飞机零排放与绿色航运：推动可持续航空燃料的使用,研发零排放飞机和清洁海运技术,使英国成为绿色船只和绿色飞机的家园。

（7）更绿色的建筑：使建筑能效更高并脱离化石燃料的使用。2028年前每年安装60万台热泵,未来住宅比当前标准降低75% [Math Processing Error]80%的碳排放。

（8）投资CCUS：到2030年实现每年捕集10 Mt二氧化碳的能力,投入10亿英镑以支持在4个工业群中部署CCUS。

（9）保护自然环境：到2030年保护和改善30%陆地面积;投入52亿英镑,实施为期6年的防洪和沿海防御计划。

（10）绿色金融和创新：到2027年,总研发投资提高到GDP的2.4%;下一阶段绿色创新旨在降低净零转型的成本,培育更好的产品和新的商业模式并影响消费者行为[35]。

3.3 日本绿色增长战略

2020年12月,日本政府发布2050年实现碳中和的《绿色增长战略》,旨在促进产业结构和社会经济变革,创造“经济与环境良性循环”的产业政策,即绿色增长战略。为确保2050年碳中和目标的实现,该战略对14个产业领域分别设定了绿色增长实施计划和2021—2050年绿色增长路线图,其中14个产业领域的发展目标如下。

（1）海上风电产业：装机容量2030年达10 GW,2040年达30 [Math Processing Error]45 GW;成本2030—2035年削减至8 [Math Processing Error]9 日元/（kW·h）;国产化率2040年达60%。

（2）氨燃料产业：2030年火电厂掺烧20%的氨,2050年纯氨燃料发电;2030年氨供应价格目标为10 日元/m3（标态）。

（3）氢能产业：氢供应量2030年达3 Mt,2050年达20 Mt;力争在发电、交通、钢铁、化工等领域将氢能成本降到2030年30 日元/m3（标态）, 2050年20 日元/m3（标态）。

（4）核能产业：到2030年成为SMR全球主要供应商;研发高温气冷堆,到2050年核能制氢成本降至12 日元/m3（标态）;研发核聚变,2040—2050年实现实用化规模示范。

（5）汽车和蓄电池产业：未来10年加速电动汽车普及;力争2050年实现合成燃料成本低于汽油;研发下一代电池,增强蓄电池产业的全球竞争力。

（6）半导体和信息通信产业：通过数字化推动能效需求管理和碳减排（即数字化绿色）;支持数字设备和信息通信产业的节能和绿色化（即绿色数字化）;2030年所有新建数据中心节能30%,2040年实现该产业碳中和目标。

（7）船舶产业：2028年前实现零排放船舶的商用;2050年实现全部船舶的氢、氨等替代燃料转换。

（8）物流、人流和土木工程基础设施产业：全面建设碳中和港口;部署智能交通,推广绿色出行,实现低碳排放的交通运输社会;打造绿色物流,提高交通网络枢纽运输效率,推动低碳化;实现基础设施和城市空间零碳排放;通过推广智能建造和提高工效,施工现场到2030年实现每年减少32 000 t碳排放,到2050年实现碳中和目标。

（9）食品、农林和水产业：大力推广CH4和N2O等温室气体减排技术,推进农林业机械化、渔船电气化、氢能化,打造智慧农业、林业和水产业,发展农田、森林和海洋固碳技术,到2050年实现该产业碳中和。

（10）航空业：推动电气化、绿色化发展,约2030年进行混合动力系统电动飞机技术示范,稍晚进行氢动力飞机技术示范;2050年全面实现电气化,碳排放较2005年减少一半。

（11）碳循环产业：研发各种碳回收和资源化利用技术。生产成本目标：2030年碳制混凝土,30 日元/kg;2030年碳制藻类生物燃料,100 日元/L;2050年碳制塑料原料,100 日元/kg。碳分离及回收成本目标：2030年低压废气,2 000 日元/t CO2;高压废气,1 000 日元/t CO2;2050年直接空气捕集（DAC）,2 000 日元/t CO2。

（12）住宅和建筑业及下一代太阳能产业：利用大数据、人工智能（AI）和物联网等技术对电动汽车、空调等进行能量管理;推广全生命周期负碳住宅和零能耗建筑物及住宅,普及和扩大木结构建筑、高性能建材/设备的研发及应用,加快研发下一代太阳能电池（如钙钛矿电池等）;2030年增量住宅/建筑实现零能耗;2050年后存量住宅/建筑实现零能耗。

（13）资源循环相关产业：向循环经济转型（如普及和推广废弃物发电、热利用和沼气利用）;2050年将温室气体排放量降为零。

（14）生活方式相关产业：普及零排放建筑物和住宅,部署先进智慧能量管理系统,利用数字技术推动共享经济;2050年实现碳中和、弹性、舒适的生活方式。

实施绿色增长战略,预计到2030年、2050年会分别带来年均90万亿,190万亿日元的经济增长[36]。

3.4 中国碳达峰、碳中和战略

2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话中承诺：中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和[11]。2030年前碳达峰是实现2060年前碳中和的阶段性目标,制定2030年前碳排放达峰行动方案是2021年的重点任务。

在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,国家明确提出“实施可持续发展战略,完善生态文明领域统筹协调机制,构建生态文明体系,推动经济社会发展全面绿色转型”,在坚持公平、共同但有区别的责任及各自能力原则下,积极应对全球气候变化[37]。其要点包括以下几个方面。

（1）完善能源消费总量和强度双控制度,重点控制化石能源消费（到2025年,单位GDP能耗降低13.5%;到2030年,非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右）。

（2）实施以碳强度控制为主、碳排放总量控制为辅的制度,支持有条件的地方、行业、企业率先碳达峰（“十四五”时期,碳强度下降18%;到2030年,碳强度比2005年下降65%以上）。

（3）推动能源清洁低碳安全高效利用（到2030年,风电、太阳能发电总装机容量达到1 200 GW以上）,深入推进工业、建筑、交通等领域低碳转型。

（4）加大甲烷、氢氟碳化物、全氟化碳等其他温室气体的控制力度。

（5）提升生态系统碳汇能力（“十四五”时期,森林覆盖率提高到24.1%;到2030年,森林蓄积量将比2005年增加60 亿m3）。

（6）锚定努力争取2060年前实现碳中和,采取更加有力的政策和措施。

为实现碳中和,高盛公司预测需为清洁技术基础设施投资16 万亿美元[38],而国内机构预测需为能源基础设施投资约138 万亿元,超过每年GDP的2.5%[31]。

3.5 其他

美国政府于2021年2月重新加入《巴黎协定》后,2021年3月31日又公布了约2.3 万亿美元的《美国就业计划》,其目标之一是2050年实现碳中和。其中：计划为电力基础设施投入1 000 亿美元,以确保2035年电力率先实现碳中和（包括建立能效和清洁电力标准;建立更具韧性的输电系统,搭建清洁能源和可持续性加速器;投资电动车市场,启动大规模储能、CCS、氢能、先进核能、漂浮式海上风电、生物燃料/生物产品、量子计算、电动车等方面的示范项目等）。该计划尚待美国国会批准。

4 实现碳中和的关键方法或技术

实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,不仅涉及能源、采矿、制造、交通运输、建筑等行业,而且还涉及农林牧渔业及各类服务业,覆盖社会生活的方方面面。例如：全球2016年温室气体总排放约为75.0 Gt CO2e（基于20年GWP,包括CO2,CH4,SF6,氢氟碳化物,全氟化碳等温室气体）[39],主要排放源占比如图11所示;2016年全世界牛类（包括奶牛）所排放的温室气体量已达7.9 Gt CO2e （基于20年GWP）,比美国全国的温室气体排放量还多0.1 Gt CO2e[40]。

图11 全球温室气体分类排放源占比

Fig.11 Break-down of global GHG emission sources

实现碳中和的关键方法或技术如下。

（1）需求侧控制及资源循环：一是节约资源,二是资源的循环利用,即在生产、流通和消费等过程做到减量化、再利用、资源化,从而促进可持续发展。例如：在工业领域可通过设备再利用以及金属回收、塑料再生等再循环,降低对资源的需求;利用农林废弃物、生活垃圾发电;采取共享交通、绿色出行、少食牛肉等低碳生活方式等。

（2）能效：国际上通常认为能效是满足人类需求的第一能源,通过能效提升（如提高建筑保温性能或废热回收利用等）,可降低建筑物、工厂或基础设施的能源强度。能效对于实现碳中和目标至关重要,国际能源署（IEA）将能效与可再生能源、CCUS等除碳技术并列为三大碳中和手段。

（3）电气化与碳中和电源或低碳电源及新型电力系统：1）大力提高工业、交通、建筑、日常生活等用能终端的电气化水平（如将电力占终端能源消费比重由当前的25%提升到75%）;2）用碳中和电源或低碳电源（如风力发电、光伏/光热发电、地热发电、生物质能发电、海洋能发电或超临界CO2布雷顿循环发电等）逐渐取代化石燃料电源;3）采用一体化、新型输电/配电等构成新一代电力系统,以适应碳中和的新需求（如图12所示）。

图12 新一代电力系统示意

Fig.12 Schematic new-generation power system

（4）以碳中和氢/氨或低碳氢/氨为燃料或原料：用绿氢（可再生能源制氢）或蓝氢（化石燃料制氢+CCS）或绿氨（可再生及无碳制氨）替代碳密集型燃料或原料。当前采用绿氨可有效降低大规模输氢的难题。

（5）以生物质（包括固态生物质、液态生物质、气态生物质等）作为燃料或原料：用可再生的生物质（如生物质颗粒、沼气、生物甲烷、生物乙醇、生物柴油等）代替不可再生燃料或原料,如在化学品生产中采用生物基原料。

（6）储能：分为由电化学类（锂离子电池、钠流电池、电化学电容等）和机电类（抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮、重力等）等构成的双向电储能,由高温显热、相变、低温存储、热光伏、热化学等构成的储热,由氢、氨等化学载体构成的化学储能等。1）可解决风/光等可再生能源的间歇性、不可调度问题,增加其灵活性;2）可用于平抑电力系统功率波动、实现削峰填谷、改善电力品质;3）性价比、安全性等进一步提升,可解决电能难以大规模存储的难题。

（7）主要温室气体的捕集和储存或利用技术及其市场管控手段：1）利用技术手段,捕集生产过程中排放或泄漏的CO2,CH4等主要温室气体,也可以直接从大气捕集这些温室气体并加以储存或利用,以达到温室气体零排放甚至负排放的目的,如CCS,CCUS,BECCS,DACS等;2）参照国际标准化组织（ISO）制定的国际标准或国际惯例等,尽快建立全国范围内的主要温室气体测量、报告和核查（MRV）体系;3）通过碳税、碳配额制、绿证及碳排放权交易等市场手段,进行碳排放的管控。

（8）土地利用或农业、畜牧业方式的改良：改变土地使用或农业、畜牧业的习惯做法,以减少温室气体排放。如通过植树造林等绿化行动,提升生态碳汇能力,实现负排放;或改变牲畜饲料,减少牲畜的CO2及CH4排放量等。

（9）数字技术：AI、物联网（IoT）、大数据分析、区块链及其他新一代信息通信等数字技术的利用。数字技术赋能智慧交通、智能工厂等,可提高能效,减少资源消耗,降低废品率等;数字技术赋能需求侧响应、车辆到电网（V2G）、碳足迹监视及溯源等新场景;能源区块链在可再生能源监管、能源控制、充电桩共享等方面的应用。

（10）其他创新性、新兴/颠覆性低碳或零碳或负碳技术/工艺：创新工艺,如电化学生产工艺,采用非化石原料（水泥原料改变等）;新兴/颠覆性技术,如CO2转水晶、CO2转岩石、CO2转燃料、CO2转纤维等。

另外有3点需要说明：（1）对于中国等大型经济体,目前的成熟技术还难以支撑全面的碳中和,需通过深度投入研发、进一步科研创新、全面市场化等组合拳来确保碳中和目标按期实现（如N2O,CH4和氟类等温室气体,初期减排成本较低,但深度减排尚缺乏有效技术支撑,是实现碳中和目标的难点）;（2）在具体应用中,有时是多个方法或技术的综合应用,如采用生物质作为燃料（视为零排放）+CCS实现负排放（BECCS）;（3）需通过对技术成熟度、性价比、市场化程度等的综合研判,按照集中攻关一批、示范试验一批、应用推广一批的路径,分门别类因地制宜地应用,如近期应用能效、电气化、风/光/生物质等可再生能源,中期应用氨、氢、电动飞机等,远期应用核聚变等颠覆性去碳或深度碳利用技术等。

5 结束语

全球气候变化是人类社会面临的深层次危机,应对气候变化,在碳中和目标下的经济社会低碳或零碳转型是世界大势。

各级政府、行业及全社会,应响应习近平主席及党中央指示,提高应对气候变化的政治站位,坚定不移贯彻新发展理念,树立紧迫意识、竞争意识和责任担当意识,拿出抓铁有痕的劲头,积极部署和行动,确保如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。

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