碳达峰碳中和战略科学内涵、实现路径及挑战

摘要：2020年9月，中国提出了力争于2030年前碳达峰、到2060年实现碳中和的战略目标。“双碳”目标的提出是中国积极应对气候变化的庄严承诺，也是大国的担当和责任。“双碳”目标的推进是一个系统工程，涉及社会经济、能源、工业、交通、居民生活等方方面面，非一朝一夕可达。简要概述了“双碳”的科学内涵、发展现状、实现路径和面临的机遇与挑战，为其科学有序推进提供借鉴与启示。

自工业革命以来，化石燃料广泛使用、森林砍伐等人类活动导致大气中温室气体不断增加，大量CO2等温室气体在大气层的长时间聚集产生温室效应，导致全球变暖比工业化前水平高出约1.2℃。温室气体是气候变化的主要驱动因素，带来了干旱、火灾、洪水、冰川消融等严重的气候变化问题。气候变化是全世界共同面临的严峻挑战，对人类社会的发展和存亡构成严重威胁，应对气候变化已成为全球共识。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)自成立以来一直致力于全球气候变化治理，从1997年的《京都议定书》到2015年的《巴黎协定》，使得全世界在气候问题上取得共识和显著成效。2018年，联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的《Global Warming of 1.5℃》指出，如果地球温升超过1.5℃，会给自然系统和人类社会带来不可逆转的伤害，1.5℃和2℃的增温幅度所带来的影响迥然不同，强调了温升控制在1.5℃对全世界可持续发展的重要性，需要世界各国共同为之努力，特别是要对碳排放量进行严格的控制。中国作为全球第一大碳排放主体，应当积极履行并承担碳减排和气候变化的义务及责任。2020年9月22日，在第75届联合国大会一般性辩论上，国家主席习近平向全世界宣布，将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年，为了扎实推进碳达峰碳中和战略，国务院先后发布了《2030年前碳达峰行动方案》和《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书。近两年的中央经济工作会议高度关注碳达峰碳中和战略，提出实现碳达峰碳中和是推动高质量发展的内在要求，要坚定不移推进，坚持全国统筹、节约优先、双轮驱动、内外畅通、防范风险的原则，强调要稳妥安全地推进双碳工作。中国明确提出碳达峰碳中和双碳战略是积极应对全球气候变化，履行国际公约，推进《巴黎协定》确立的控制全球温升不超过2℃，并努力低于1.5℃目标的行动宣言，也彰显中国参与全球气候治理、构建人类命运共同体、人与自然生命共同体的责任和担当。在推动“双碳”目标进程中，需要深刻理解碳达峰碳中和的科学内涵、实现路径以及面临的机遇与挑战。本文简要概述了“双碳”目标的科学内涵、中国能源工业现状及生态碳汇以及实现路径，并对存在的机遇与挑战进行了简要论述。

1 科学内涵、发展现状

1.1 科学内涵

所谓“碳达峰”，是指CO2排放量达到历史峰值，然后经过平台期继而进入持续下降的过程，是CO2排放（简称“碳排放”）由增加向减少转变的历史拐点，标志着碳排放与经济发展脱钩，即经济增长不再以增加碳排放为代价。“碳中和”是指人为温室气体排放量和人为清除量之间的“收支相抵”，狭义上指CO2的净零排放，广义上它可指所有温室气体的净零排放，包括甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、 全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）和三氟化氮（NF3）等6种“非CO2温室气体”。对于“碳达峰”阶段和“碳中和”2个阶段，其实质都是减少人类活动中的碳减排，需要一个旨在减少和抵消温室气体排放的平衡混合战略。“碳中和”意味着生态系统、经济系统、政治系统共同的发展与演变，在推进“双碳”目标实现过程中，要兼顾国民经济系统正常运行、居民收入与就业等经济社会目标的实现。

1.2 发展现状

截至2021年6月，全球碳中和阵营已达到130余个国家的规模，占全球碳排放总量的70%以上。为了实现“双碳”目标，我国成立了专门的碳达峰碳中和工作领导小组，出台了一系列政策措施，采取了一系列行动。2021年10月24日和10月26日相继发布《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》，两部文件的发布宣告了碳达峰碳中和“1+N”政策体系的正式建立。碳排放方面，《Global Energy Review：CO2 Emissions in 2021》显示，2021年中国排放了119亿t CO2，占全球排放总量的33%。2010—2021年全球碳排放总量及中国占比详见表1。2021年全球CO2排放量363亿t CO2，达历史最高水平。在2020和2021年间，中国作为实现经济增长的主要经济体，碳排放量的增加抵消了同期世界其他地区排放总量的下降。中国排放量的增加主要是由于GDP的快速增长和能源供应服务的电气化对电力的需求急剧增加，而电力需求严重依赖于煤电。

2 实现路径

全球能源结构已形成石油、天然气、煤炭和新能源“四位一体”的新格局：以石油和天然气为主，石油开发迈入“稳定期”，天然气发展步入“鼎盛期”，煤炭作为补充能源进入“转型期”，新能源发展渐入“黄金期”。“双碳”目标的实现路径：一是减少“碳源”，即减少以CO2为主的温室气体的排放量；二是增加“碳汇”，利用各种手段技术增加CO2的吸收量。中国的基本国情和巨大的能源消费总量，决定了实现碳中和将是一个漫长的过程，要积极进行能源结构转型和优化调整，减少现有能源使用产生的碳排放量。大力发展可再生能源技术、生态碳汇技术和负排放技术，助力碳中和目标的实现。

2.1 能源低碳转型

工业革命以来，全球化石能源燃烧产生的CO2排放量占温室气体总排放量的70%以上，碳排放最主要的来源是能源消费。在能源消费总量方面，根据《中国统计年鉴2021》，2020年中国能源消费总量为49.8亿t标准煤，其中煤炭、石油、天然气、一次电力和其他能源消耗量为28.3亿t、9.4亿t、4.2亿t和7.9亿t，分别占能源消费总量的56.8%、18.9%、8.4%、15.9%，由此可见煤炭消费占比较大，短期内仍是我国能源主要来源。将能源系统低碳转型作为实现碳中和的首要路径，我国需从能源供给侧和能源消费端共同推进能源低碳转型。加快推进能源供给体系低碳化，逐步有计划地减少传统化石能源的使用，逐步降低化石能源在能源消费中的占比情况，化石能源结构调整的基本思路是将化石能源结构逐步调整为“减煤、控油、增气”。电气化是能源消费侧低碳转型的关键，应全面推进能源消费侧电气化，国家和企业应加快推进工业领域电气化，加大电能装备替代，加快推进城市交通领域电气化低碳出行。

2.2 可再生能源技术

化石能源的过度消耗加剧了能源短缺、气候和环境等问题，影响人类的可持续发展。可再生能源是一种清洁能源，是指非化石能源，如太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能、核能和氢能等。根据国家能源局公布的数据可知，2021年我国可再生能源装机规模突破10亿 kW，风电、光伏发电装机均突破3亿 kW，海上风电装机跃居世界第一。截至2021年底，我国可再生能源发电装机达到10.63亿 kW，占总发电装机容量的44.8%，其中，水电装机3.91亿 kW（其中抽水蓄能0.36亿 kW）、风电装机3.28亿 kW、光伏发电装机3.06亿 kW、生物质发电装机3798万 kW，分别占全国总发电装机容量的16.5%、13.8%、12.9%和1.6%，如表2所示。2021年我国可再生能源新增装机1.34亿 kW，占全国新增发电装机的76%。其中，水电新增2349万 kW、风电新增4757万 kW、光伏发电新增5488万 kW、生物质发电新增808万 kW，分别占全国新增装机的13.3%、27%、31.1%和4.6%，如表2所示。可再生能源被认为是实现碳中和的重要路径之一，因此可再生能源现在备受关注。可再生能源已经成为各国应对能源转型、气候变化以及环境问题的共同选择。我国可再生能源产业较其他国家起步较晚，存在着体系不完善、技术较落后、政策支撑不到位等诸多现实问题。中国应借鉴国际发展经验，制定适合本国国情的可再生能源发展道路，积极探索适合中国不同发展阶段的可再生能源政策和战略。

2.3 增强生态碳汇技术

海洋和陆地生态系统是最重要的碳汇。森林年固碳量约占整个陆地生态系统的2/3，是陆地生态系统的主体。联合国粮食及农业组织(FAO)的2020年《全球森林资源评估》显示:全球森林面积为40.6亿 hm2，约占全球陆地面积的31%。据《中国森林资源报告》，截至2018年，我国森林覆盖率22.96%，森林面积2.2亿 hm2，森林蓄积175.6亿 m3，碳总储量91.86亿 t。中国森林碳汇能力从1990年的185.5 GtCO2上升至2020年的321.4 GtCO2。海洋覆盖了地球表面的70%以上，海洋已经吸收了工业革命以来约30%人类排放的CO2。在碳汇时间尺度上，海洋碳汇储存周期可达千年之久，比陆地生态系统的碳汇储存周期长，并且海洋生态系统的碳固存效率远高于陆地生态系统。生态系统碳汇是实现“双碳”目标的重要路径之一，我国需要加强理论支撑，加速政策落实行动以及制定合适的行动方案。森林碳汇的增加要依靠改善经营管理水平、科技创新等，通过科学保护和管理来增加森林蓄积量和扩大森林碳汇能力。海洋生态系统需要加强保护和恢复沿海和开放水域生态系统的政策，还需要采取其他科学方法，以增加海洋生态系统中的碳汇。

2.4 碳捕集利用与封存(CCUS)技术

CO2捕集利用与封存（Carbon Capture Utilization and Storage，CCUS)技术包括CO2捕集、运输、利用与封存4个环节，它是一种将CO2从排放源或空气中捕集分离后，并在适宜的地点加以利用或封存以最终达到CO2减排的技术。CCUS技术被认为是应对全球气候变化最重要的工具之一，是实现化石能源净零排放的必要技术选择，CCUS耦合生物质能（BECCS）等负排放技术更是实现“双碳”目标的深层保障。它的发展及广泛应用对实现“双碳”目标具有关键性的作用。但是目前国内CCUS项目发展还不成熟，在关键环节仍存在安全性、技术性和经济性等难题，需要国家层面制定CCUS发展规划，针对CCUS各个环节开展核心技术攻关；探索制定CCUS标准体系以及推进CCUS技术逐步商业化进程；加强国际合作与交流，积累经验和技术数据。

2.5 碳交易

碳交易广义上是指按类别进行的温室气体排放权交易，使温室气体减排量成为可交易的无形商品，是一种以最具成本效益的方式减少碳排放的激励机制。2021年7月16日，中国碳排放权交易市场正式启动，2021年，碳排放配额累计交易规模达到1.79亿t，成为全球最大的温室气体排放量碳交易市场。但是，目前我国碳交易市场存在着相关法律和政策体系不完善和流动性严重不足等问题，要充分发挥法律法规对构建碳市场的重要职能，借鉴国外碳交易市场体系，逐步建立健全碳交易市场。

3 面临挑战

作为全球最大的碳排放国之一，我国提出“双碳”目标具有深远的意义，但现阶段我国在碳排放量、气候和环境治理等方面仍存在一些短板和困境需要突破。一是中国能源需求总量和CO2排放量会继续增加，并且中国将会在人均GDP相对较低的情况下实现碳达峰。二是相比于发达国家，中国以化石能源为主，在推进能源低碳转型过程中面临着更大的挑战，中国正在加速能源消费结构从化石能源向可再生能源的转变。三是绿色低碳技术水平亟待提升，中国技术创新还处在起步阶段，一些技术的关键和核心元技术还受制于发达国家。四是绿色低碳生活方式的形成还处于初级阶段，比如交通需求还呈现增长之势，处于机动化快速发展阶段，存在公共交通规划与城市规划融合不够等问题。最后一点，国家关于“双碳”目标的政策体系和体制机制还不够完善。

4 结论

全球气候变化是当前人类社会可持续发展面临的最大威胁，应对气候变化的挑战已在国际社会达成共识。应对气候变化的本质是减少人为温室气体的排放，推动能源体系和经济发展方式的低碳化转型。实现“双碳”目标是中国现阶段高质量发展的根本要求，要实现“双碳”目标，需要综合考虑国家、社会和个人层面，要立足我国国情，特别是能源结构与经济社会发展现状和现代化进程。碳中和的目标是长期而持久、稳定而有效的，我们需要走一条多元化的综合实施之路，打造经济、社会、能源、环境与气候共同治理的局面。走上绿色低碳循环发展之路，实现人与自然的和谐发展，要把减缓气候变化和保护生态环境的国家政策相结合，实现生态系统的综合化治理。“碳中和”是一场伟大而深刻的变革，它对于一个国家来讲既是机遇也是挑战，需要全社会乃至全人类的共同努力。