金涌：碳中和藍圖如何實現(xiàn)

自工業(yè)革命以來，煤炭、石油等化石燃料就成為人類生產(chǎn)生活最主要的能源。大量使用化石能源在推動生產(chǎn)力迅速發(fā)展的同時，也導(dǎo)致溫室氣體大量排放，加劇全球變暖。隨著碳排放總量逐年增長，氣候變化已引起世界各國高度重視，“碳中和”概念繼而被提出。

碳中和指凈碳足跡為零，即實現(xiàn)二氧化碳、甲烷等溫室氣體凈零排放。由于溫室氣體中二氧化碳比重最高、溫室效應(yīng)最顯著，因此二氧化碳減排成為實現(xiàn)碳中和目標的關(guān)鍵。

2015年的《巴黎協(xié)定》提出在21世紀中葉實現(xiàn)全球碳中和，中國政府在第七十五屆聯(lián)合國大會上承諾，將提高國家自主貢獻力度，碳排放力爭于2030年前達峰，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和，充分體現(xiàn)了大國擔(dān)當。

我國距離碳中和目標僅剩40年，從碳達峰到碳中和更是只有短短30年時間，實現(xiàn)碳中和必將是一個巨大挑戰(zhàn)。

能耗減自何方

據(jù)估算，我國2060年人口總量與現(xiàn)階段基本持平，約為14.6億，屆時人均GDP將突破5萬美元大關(guān)，達到現(xiàn)階段發(fā)達國家水平，而萬元GDP能耗將低于目前發(fā)達國家水平，有望減少至0.05~0.1噸標煤，全年能源消費總量為23.73億~47.46億噸標煤。中國社會2019年能源消費總量為48.6億噸標煤，可見我國社會2060年總能耗相較于現(xiàn)階段將有所下降，在最樂觀的情景下，能耗總量將下降一半以上。

工業(yè)、建筑、交通是化石能源消費最主要來源，也是降低能耗的重點對象。

工業(yè)是最主要的能耗來源，其中，又以鋼鐵、建材、石化、化工、有色、電力等六大產(chǎn)業(yè)耗能最大、排放最多，且對煤、石油等化石能源的依賴度高，是我國節(jié)能減排的重中之重。

工業(yè)節(jié)能需從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與技術(shù)兩方面下手。一方面推動傳統(tǒng)資源密集型低端產(chǎn)業(yè)、重工業(yè)向高端制造業(yè)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，減緩對鋼鐵、水泥等高能耗產(chǎn)品的需求，刺激對高端工業(yè)品、服務(wù)和綠色環(huán)境的需求增長。另一方面以技術(shù)進步推動能源效率提高，如發(fā)電效率提升有望減少10%的火電碳排放，能源效率提升可使噸鋼能耗、單位水泥綜合能耗等進一步下降，使工業(yè)能耗大幅減少。

建筑的運行能耗包含采暖、空調(diào)、照明、炊事、洗衣等能耗，其中，采暖與空調(diào)能耗占50%~70%，是建筑節(jié)能的重要指標。我國2017年建筑總面積643億m²，平均建筑運行能耗為119.9kWhm2a，單位面積能耗大。參照目前最先進的德國微能耗建筑，我國建筑單位面積能耗具有約90%的下降潛能，技術(shù)關(guān)鍵在于對建筑本身作優(yōu)化設(shè)計，利用保溫層做好墻體、屋頂和窗戶保溫，采用相變蓄熱砂漿打造建筑內(nèi)墻，利用地?zé)崮?、風(fēng)能、太陽能等可再生能源使建筑實現(xiàn)能量自給。預(yù)計我國2060年單位面積建筑能耗達到現(xiàn)階段國際先進水平，約為10kWhm2a，實現(xiàn)建筑運行總能耗相較于2017年下降約90%。

我國交通主要分為鐵路、公路、水路、民航等形式，目前交通對于節(jié)能減排的響應(yīng)主要集中體現(xiàn)在公路運輸中。部分發(fā)達國家已發(fā)布禁售燃油車的相關(guān)規(guī)定，我國減少燃油車、推進新能源車發(fā)展的有關(guān)政策也正逐步完善。2019年，我國汽車保有量為2.6億輛，其中新能源車為381萬輛。隨著智能、共享、公共交通的完善和政策的鼓勵，私家車需求必將減少，預(yù)計2060年，我國將全部為新能源車，保有量約為1.5億輛。對新能源車的龐大需求將為新能源、電池儲能等產(chǎn)業(yè)帶來巨大發(fā)展與挑戰(zhàn)。此外，隨著儲電技術(shù)的快速發(fā)展，航空、鐵路、航海電氣化也將逐步實現(xiàn)，2060年有望實現(xiàn)全部電氣化的零碳交通。

零碳電力將成供能主體

實現(xiàn)碳中和不僅要依靠能耗總量的下降，更要依靠能源結(jié)構(gòu)的改良，去煤化是我國能源結(jié)構(gòu)改良的關(guān)鍵。電力是人類社會最佳的二次能源，隨著清潔能源和儲能技術(shù)不斷發(fā)展、智能電網(wǎng)不斷完善，零碳電力必將逐步替代煤炭，成為未來能量供應(yīng)主體。

2019年，我國人均用電0.51萬千瓦時，而根據(jù)前文預(yù)測，2060年，我國能源消費總量約為23.73億~47.46億噸標煤，若全由電力供能，則折合用電量19.3萬億~38.6萬億千瓦時，人均用電1.3萬~2.6萬千瓦時，是現(xiàn)在的2.5~5倍。而2019年美國人均用電1.35萬千瓦時，2060年我國人均用電量為現(xiàn)階段美國水平的1~2倍，實現(xiàn)以電力為主導(dǎo)可以期待。

新能源開發(fā)作為零碳電力系統(tǒng)的重中之重，發(fā)展非常迅速，過去10年可再生能源發(fā)電成本急劇下降，2019年，并網(wǎng)大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電成本降至0.068美元千瓦時，陸上和海上風(fēng)電成本分別降至0.053美元千瓦時和0.115美元千瓦時。同年火電平均發(fā)電成本約為0.05美元千瓦時。為解決其波動性、不穩(wěn)定性等問題，首先需要大力克服大規(guī)模儲能問題。

我國2019年清潔能源消費占比為23.4%，其中可再生能源占15.3%，而根據(jù)國際可再生能源署的估計，2050年，世界平均可再生能源消費占比將達66%，預(yù)示著2060年，我國基本實現(xiàn)零碳電力供能。未來分布式能源與分布式儲能的結(jié)合將成為解決人類能源問題的最終方案，以天然氣等化石燃料為能源的火電廠仍將保有少量規(guī)模，以滿足調(diào)峰與應(yīng)急需求。

資源化利用勢在必行

化石資源化利用是指諸如煤炭、石油、天然氣等不再作為能源，而是作為原料或材料投入使用，并經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為非能源產(chǎn)品?；Y源化利用可使碳元素以化合物的形式轉(zhuǎn)向下游產(chǎn)品而非排入大氣環(huán)境，化石資源得以從能源結(jié)構(gòu)中脫離，與碳排放解綁。

已大幅減少的二氧化碳則可通過植樹造林、CCUS（碳捕獲、利用與封存）技術(shù)加以回收。在未來充沛能源的支撐下，資源化利用是回收二氧化碳、實現(xiàn)碳中和最為理想的可行途徑。二氧化碳資源化利用方式主要包括光合作用、礦化處理、化學(xué)品合成等方面。

通過對我國未來40年綠色低碳循環(huán)發(fā)展路徑的系統(tǒng)性展望，我們繪制出一幅中國2060年碳中和藍圖。該藍圖的構(gòu)建和實現(xiàn)遵循以人為本、科技支撐、經(jīng)濟可行、節(jié)奏合理四項原則。

2060年碳中和目標對我國既是挑戰(zhàn)也是機遇。在推進碳中和的進程中，我國將徹底擺脫資源、能源對社會發(fā)展的制約，告別化石能源時代，邁入新能源時代、化石資源時代、循環(huán)經(jīng)濟時代。

（作者單位：清華大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟研究院）