实现碳中和目标的关键是科技创新

颖川

“世界经济正在从资源依赖型走向技术依赖型，‘产业竞争是实施‘碳达峰、碳中和的战略意义之一。”

在广东省环境保护产业协会召开的2021年会员代表大会暨双碳战略下广东省环保产业高质量发展大会上，清华大学环境学院教授、清华大学碳中和研究院院长、中国工程院院士贺克斌应邀线上参会，并作“双碳目标下环境科技的挑战与产业机遇”专题分享，解读“双碳”战略目标意义，剖析未来环境科技创新方向，碳减排路径选择等。

“双碳”战略意义非凡

截至2021年底，全球已有130多个国家提出了碳中和承诺。英国、日本、墨西哥、欧盟、韩国、菲律宾等国家和地区还通过了应对气候变化的专项法律。

其中，欧盟通过了《欧洲绿色新政》，提出旨在将欧盟转变为一个公平、繁荣的社会，富有竞争力的资源节约型现代经济体，到2050年，欧盟温室气体达到净零排放并实现经济增长与资源消耗脱钩。

我国也向世界作出庄严承诺：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。“‘碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，绝不是轻轻松松就能实现的。”贺克斌说。

在贺克斌看来，实施碳达峰、碳中和具有多层面战略意义，事关生态文明、美丽中国建设目标实现，事关气候履约承诺，产业绿色转型升级竞争等。

“碳中和目标与空气质量目标具有高度一致性，低碳能源转型对中国空气质量长期持续改善起到决定性作用。”贺克斌说，温室气体减排和大气污染治理措施具有显著的协同性，温室气体和污染物同根同源，主要来源于化石燃料利用;气候政策具有显著的空气质量和健康协同效益，我国清洁空气行动同样推动了二氧化碳减排。

我国能源转型取得显著进展。能耗强度持续下降，2020年单位国内生产总值能耗比2015年下降13.2%，2015—2020年全国煤炭消费占一次能源消费比重由63.8%下降至56.8%左右;天然气、水电、核电、风电、太阳能等清洁能源消费占一次能源比重从2015年的17.9%提高至2020年的24.3%左右。《大气污染防治行动计划》的实施有力推动了能源结构调整步伐。2013—2020年期间，全国淘汰小型燃煤锅炉30多万台，天然气消费量增加1600亿立方米，完成散煤治理2600万户。

据测算，碳中和情景下，能源转型对2060年中国PM2.5浓度改善的贡献可达到75%左右;在全球温控1.5度情景下这一贡献将进一步提升到80%左右。

贺克斌直言，当前空气污染最为严重的京津冀地区在未来依然是能源转型和污染减排难度最大的地区。未来生态环境保护、美丽中国建设工作要以“减污降碳协同增效”为总抓手，加快推动从末端治理向源头治理转变，通过应对气候变化降低碳排放，进而从根本上解决环境污染问题。

碳中和面临巨大挑战

考虑到现阶段的国情，贺克斌指出，我国实现碳中和面临巨大挑战。

“首先是我国的高碳能源结构，2019年主要国家的能源结构中，化石能源占比50～85%，我国约为85%，但欧美国家化石能源中煤炭占比仅为3～17%，我国却高达57%;二是我国的高碳产业结构，在全球产业链分工里，水泥、钢铁、石化这样高耗能的工业，在我们整个产业中的比例还比较高，实现碳中和，煤电二氧化碳排放要基本清零，非化石能源发电要达80%以上，低碳转型非常艰难。”贺克斌说。

同时，我国是世界上最大的发展中国家，还在中高速发展阶段，工业化、城镇化仍在推进之中。在这个过程中，减碳也不是可以轻松实现的。

此外，“我国承诺实现从碳达峰到碳中和的时间，远远短于发达国家所用时间。实现碳达峰、碳中和时间短、任务重，挑战非常大。”贺克斌直言。

“实现碳中和的关键是科技创新，将推动社会经济发展从资源依赖型走向技术依赖型。”贺克斌介绍，国际能源署（IEA）2021年发布的《2050年净零排放：全球能源行业路线图》指出，2050年实现净零排放的关键技术中，50%目前尚未成熟，这就需要对可再生能源发电、储能技术，与之匹配的技术等加大研发力度，形成国际竞争力。

贺克斌提到，对于未来产业技术的路径方向，需要把握人工智能、互联网、信息通讯技术创新发展的有利契机，将需求减量、智能制造、系统集成、循环链接等先进理念和技术融入生产、消费的全过程，从整体和系统的角度实现节能减排;应大力发展“发、供、用、储”的新型电力系统优化集成技术，支持快速向高比例可再生能源转变的智能电网技术，支持可再生能源并网、分布式及微电网的规模化储能集成技术;加强设备智能化、管理精细化、资源循环利用等提高终端用能综合效率的系统优化技术。

想要实现碳中和需要回答几个重大问题，包括如何建立减污降碳协同增效的时空协同机制、过程增效机制和区域联动机制;如何建立重点行业和关键领域脱碳路径优化与驱动机制;怎样明晰温室气体排放监测与减排评估方法。

“天空地一体化碳源碳汇监测技术，为‘碳达峰、碳中和监测评估提供科技支撑。”贺克斌介绍，目前碳监测依然存在如下问题：缺乏立体探测，垂直观测能力不足;动态、精细、不同背景下的碳观测能力不足;缺乏全球尺度的连续观测，尤其是海洋。

“五碳并举”攻难关

我们未来该怎么选择碳减排路径？贺克斌表示，我们可以通过“五碳并举”来攻克难关。

首先，资源增效减碳。我国的能源强度是世界平均水平的的1.3倍，远高于美英法德日等发达国家，是OECD（经济合作与发展组织）国家的2.7倍。通过节能与能效提升，达到同样的经济目标，但将能源需求降到最低，在当前消费水平下，能耗每降1%，可减排1亿多吨二氧化碳。

其次，能源结构降碳。以新能源和可再生能源为主体，大幅提升非化石能源比例。“我们要重新认识我国的能源资源禀赋，只讲‘富煤‘缺油‘少气不能全面准确表述我国能源资源禀赋，丰富的可再生能源资源是我国能源资源禀赋的重要组成部分。”贺克斌指出，在“双碳”战略目标下，到2050年我国非化石能源比例需超過85%，非化石电力在总电量中的比重需超过90%，届时风电、太阳能装机容量将超过60亿千瓦，约为2020年累计装机量的11倍。风电、光伏潜在年发电量将达77.9万亿千瓦时，约为2020年全社会用电量的10余倍，加之水电能和核能的开发利用，未来可再生（清洁）能源将能够支撑我国能源需求。

同时，我们要利用地质空间存碳，通过碳捕集利用和封存（CCUS技术）来解决一部分二氧化碳。“生态系统固碳也是实现碳中和的重要路径，通过各种生态建设手段，增强生态系统的碳汇能力。”贺克斌说，此外，市场机制融碳也可以发挥重要作用，碳市场会通过市场机制来推动各类技术更合理有效地应用。

贺克斌表示，“五碳并举”将带来政府行为、企业行为和个人行为的重大变化，这场经济社会系统性变革涉及观念重塑、价值重估和产业重构，会带来广泛影响。

价值重构包括新能源成本、地域价值和产业链价值。从新能源成本来看，目前风、光发电和火力发电的成本已经相近。但是如果加上系统成本，风、光发电目前和火电来比还比较高。碳市场的建立健全和逐步完善会使碳价在全国和全世界发挥作用，使新能源技术的竞争优势逐渐提升，新能源的并网成本会大大降低，其价值和竞争力会被重新认识。

从地域价值来看，未来风、光资源集中的中西部欠发达地区，会拥有新的发展机遇，这会使经济发展不平衡问题得到一定解决。比如，在宁夏的沙地，可以在光伏电池板下种植枸杞，由于有电池板的遮挡，保墒（保持土壤的一定水分，以利农作物生长发育）的时间更长，冲洗光伏电池板的水正好可以灌溉下面的枸杞，从而实现循环利用。这个模式可以把原来比较荒芜的沙地大幅度改变为能源利用地和新的经济作物生产地，为地区经济发展带来了全新的机遇。

从产业链来看，制造光伏电池的材料包括关键稀有元素如铟、碲等，伴随未来装机规模的迅速扩大，这些稀缺元素的累计需求量会大幅度增加，其价值也会不断提升。现在固体废物中的这些元素被视为有毒有害物，一旦其价值增加，也会推动相关提取技术研发和循环利用水平提升。

减碳控温事关人类命运。有部分专家提出，从具体路径来看，应坚持“3+3”的模式，即坚持集中发电端、增加新能源的消费端和固碳三端发力，统筹政府、民众和企业三方参与。实现双碳目标需要产业界和社会各界的协同行动，在产业链科学创新方面进行更大力度的协同创新。