中國國家主席習近平于2020年9月22日在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上向世界莊嚴宣布：“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(xiàn)碳中和。”其后，習主席又在多個國際場合對此作出承諾，表明中國政府和中國人民言必信、行必果的決心，為國際社會合作應對全球氣候變暖提供了十分強大的助力。  

眾所周知，化石燃料是工業(yè)革命以來人類得以發(fā)展進步的重要物質基礎。在未來的發(fā)展進程中，如何逐步擺脫對化石燃料的依賴，真正向低碳社會轉型，將是一項十分嚴峻的挑戰(zhàn)。對中國來講，更是如此。因為中國是工業(yè)化過程的后來者，并沒有像一些發(fā)達國家那樣，進入能源消耗已呈下降趨勢的后工業(yè)化時期。為此，中國科學院學部組織百余位院士專家，從技術和產(chǎn)業(yè)層面對我國如何實現(xiàn)碳中和作了較為系統(tǒng)的研究，獲得了對碳中和路線圖的框架性認識。本文擬對此作一簡介。

文/丁仲禮  

中國科學院院士，十三屆全國人大常委會副委員長，  

民盟中央主席，歐美同學會會長

一、中國的二氧化碳排放歷史和現(xiàn)狀  

人類大量利用化石燃料，向大氣排放二氧化碳，是工業(yè)革命以后的事，但大氣中二氧化碳濃度有實質性增加，則主要是近100年來出現(xiàn)的現(xiàn)象。中國從19世紀后半葉開始發(fā)展工業(yè)，但由于社會動蕩不安，工業(yè)化進程十分緩慢，一直到新中國成立以后，才開始系統(tǒng)性工業(yè)化。二氧化碳排放開始進入快速增長時期，則要到1978年改革開放尤其是2001年加入世界貿易組織（WTO）以后。  

我們來看國際權威數(shù)據(jù)庫提供的基本信息：從1850年到2019年，全球共排放了16100億噸二氧化碳，其中中國為2200億噸，占13.7%，遠低于我國人口在全球的占比；而美國同期則排放了4100億噸，占比高達25%以上；七國集團（G7）國家整體上的排放量為7340億噸，占比高達45.6%，而其人口在全球占比則不到10%。通過計算，我們可獲得1850—2019年人均累計二氧化碳排放量（每年的人均排放之加和）：美國2174噸、G7國家1397噸、全球386噸，而中國是182噸——只是美國的8.4%、G7國家的13.0%、全球平均的47.2%。  

由此可見，中國對全球大氣二氧化碳濃度增加的貢獻并不高。何況中國自加入WTO以來，一直承擔著“世界工廠”的角色，相當一部分的排放是用于生產(chǎn)出口產(chǎn)品。因此，中國絕不像一些西方報刊所描繪的那樣，是“全球最大的排放國”。即使以國家作為比較單位，美國對大氣二氧化碳濃度增高的歷史貢獻也遠大于中國。如果以人均累計排放量作為評價指標，中國則遠低于全球平均，而這其實是最為合理的評價指標，因為不同國家的工業(yè)化起步時間有早晚，一個國家的工業(yè)化程度、城市化程度、人民生活水平、基礎設施水平等，都需要消耗化石能源來提升，都需要時間來建設，都同人口數(shù)量相關。脫離了人口、歷史這兩個因子，比較國與國之間的排放是毫無意義的。  

但是，我們不得不承認，目前全世界每年總共排放約400億噸二氧化碳，中國大約占四分之一，即100億噸左右，年度人均排放已經(jīng)超過全球人均水平。中國從加入WTO以來，二氧化碳排放量的快速增長，是同我國的壓縮式發(fā)展分不開的。要發(fā)展就得增加能源消耗，在非碳能源技術尚未成熟的背景下，這就意味著排放增加。  

中國目前的人均國內生產(chǎn)總值（GDP）剛超過1萬美元大關。從發(fā)達國家走過的歷程看，在人均GDP達到1萬美元之前，人均能耗的增長非常強勁；從1萬美元到4萬美元，人均能耗還會緩慢增長；達到4萬美元之后，人均能耗將處于逐漸下降階段，當然這也可能同發(fā)達國家將高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)轉移到發(fā)展中國家去有關。中國力爭在2060年達到碳中和，而從現(xiàn)在到2060年我國正處于人均GDP從1萬美元到4萬美元的奮斗過程中，人均能源消耗的繼續(xù)增長是不可避免的。一些發(fā)達國家在上世紀80年代即達到人均能耗高峰，并且從碳達峰到碳中和至少要用70年時間。和他們不同，中國要從2030年碳達峰后，用30年時間完成碳中和，挑戰(zhàn)無疑是巨大的。  

那么，中國目前每年約100億噸二氧化碳的排放主要來自何處？了解這一點對如何實現(xiàn)碳中和至關重要，這也是碳中和路線圖的邏輯起點。根據(jù)國家相關統(tǒng)計，中國目前的一次能源消費總量約為每年50億噸標準煤（編者注：一次能源是指自然界中以原有形式存在的、未經(jīng)加工轉換的能量資源，又稱天然能源），其中煤炭、石油、天然氣的占比分別為57.7%、18.9%、8.1%，非碳能源的占比僅為15.3%。100億噸二氧化碳的排放，發(fā)電（供熱）占比45%，建筑占比5%，交通占比10%，工業(yè)占比39%，農業(yè)占比1%。發(fā)電（供熱）的主要終端消費者為工業(yè)（64.6%）和建筑（28%）。從以上數(shù)據(jù)可以看出，二氧化碳的終端排放源主要為工業(yè)（約占68.1%）、建筑（約占17.6%）和交通（約占10.2%）。因此，實現(xiàn)碳中和工作的著力點也應該集中在這些領域。  

二、碳中和的基本邏輯和技術支撐  

碳中和的概念等同于“凈零排放”，而不是二氧化碳“零排放”。凈零排放的概念就是人類可以排放一定數(shù)量的二氧化碳，但這個排放量中的一部分被自然過程吸收而固定，余下部分則通過人為努力而固定（比如通過生態(tài)系統(tǒng)建設吸收二氧化碳，或把二氧化碳收集后轉為工業(yè)品或封存于地下），排放量與固碳量相等，則為碳中和。評價一個國家、一個地區(qū)甚至一家企業(yè)碳中和與否或碳中和程度，看的就是其排放量和固碳量之比。  

根據(jù)國際上過去幾十年來的觀測統(tǒng)計，人類排放的所有二氧化碳中有54%被自然過程吸收（其中陸地吸收31%，海洋吸收23%），另外的46%留在大氣中，成為大氣二氧化碳濃度升高的主要貢獻者。海洋吸收主要通過無機過程形成碳酸鈣沉積和微體生物合成碳酸鈣，陸地吸收則主要通過生態(tài)系統(tǒng)固存有機碳和土壤/地下水吸收形成無機碳酸鹽，以及在河道、河口中沉積埋藏有機碳。盡管陸地吸收總量是已知的，但到目前為止，各種陸地吸收過程的相對比例并不清楚。根據(jù)中國科學院“碳收支”專項研究成果，我國通過自然保護和生態(tài)工程建設等，2010—2020年間的陸地生態(tài)系統(tǒng)凈固碳能力為每年10億—13億噸二氧化碳。  

根據(jù)前面介紹的排放來源和吸收過程的數(shù)據(jù)，我們可以得出結論：碳中和是一個“三端共同發(fā)力”的體系，即“發(fā)電端”用風、光、水、核等非碳能源替代煤、油、氣，“能源消費端”通過工藝流程再造，用綠電、綠氫、地熱等替代煤、油、氣，“固碳端”用生態(tài)建設、碳捕捉—利用—封存（CCUS）等碳固存技術，將碳人為地固定在地表、產(chǎn)品或地層中。這就是碳中和的基本邏輯。  

一國無論是技術原因，還是市場原因，其“不得不排放”的二氧化碳總量等同于自然吸收量與人為固碳量之和，即可視為“凈零排放”，實現(xiàn)了該國的碳中和。由此可見，有先進并廉價的技術可供這“三端”所用，是實現(xiàn)碳中和的前提條件。也就是說，“技術為王”將在碳中和過程中得以充分體現(xiàn)。下面，我們來對這“三端”體系分別作簡單介紹。  

（一）“發(fā)電端”之要在構建新型電力系統(tǒng)  

我國目前的發(fā)電裝機容量約為22億千瓦，未來假定：（1）能源消費端要實現(xiàn)電力替代、氫能替代（氫氣也主要產(chǎn)自電力）；（2）為實現(xiàn)人均GDP從1萬美元增到3萬—4萬美元，所需的能源明顯增長；（3）風、光發(fā)電利用小時數(shù)難以明顯提高，那么估計我國實現(xiàn)碳中和之時，總的電力裝機容量會在60億—80億千瓦之間。因此，未來新型電力系統(tǒng)的第一個特點是電力裝機容量巨大。  

第二個特點是我國十分豐富的風、光資源將逐步轉變?yōu)橹髁Πl(fā)電和供能資源，這既包括西部的風、光資源，也包括沿海大陸架風力資源，更包括各地分散式（尤其是農村）的光熱等資源（如屋頂和零星空地）。  

第三個特點是“穩(wěn)定電源”應從目前火電為主逐步轉化為以核電、水電和綜合互補的清潔能源為主。  

第四個特點是必須利用能量的存儲、轉化及調節(jié)等技術，克服風、光資源波動性大的天然缺陷。  

第五個特點是火電（為減少二氧化碳排放，應逐步用天然氣取代煤炭發(fā)電）只作為應急電源或一部分調節(jié)電源。  

第六個特點是在現(xiàn)有基礎上，成倍擴大輸電基礎設施，平衡區(qū)域資源差異；并加強配電基礎建設，增強對分布式資源的消納能力。  

為實現(xiàn)碳中和，我國擬以裝機總量60億—80億千瓦，風力發(fā)電、光伏發(fā)電共占比70%，“穩(wěn)定電源”占比30%為目標，規(guī)劃新型電力系統(tǒng)。在40年內，大致以每十年為一期，順次走控碳電力、降碳電力、低碳電力最后到近無碳電力之路，并完成超大規(guī)模的輸變電基礎設施建設。  

要建立這樣的新型電力系統(tǒng)，無論是發(fā)電，還是儲能、轉化、消納、輸出等，技術上都有大量需要攻克的關鍵環(huán)節(jié)，這將成為實現(xiàn)碳中和目標工作的重中之重。  

（二）“能源消費端”之要在電力替代、氫能替代以及工藝重構  

用非碳能源發(fā)電、制氫，再用電力、氫能替代煤、油、氣用于工業(yè)、交通、建筑等領域，從而實現(xiàn)消費端的低碳化甚至非碳化，這是實現(xiàn)碳中和的核心內容。在電力供應充足和廉價的前提下，消費端的低碳化主要通過各種生產(chǎn)工藝流程的再造來完成。  

消費端的排放大戶是工業(yè)、交通、建筑三個領域，工業(yè)領域的排放大戶是鋼鐵、建材、化工、有色四個產(chǎn)業(yè)。  

從現(xiàn)有技術分析，交通的低碳化甚至非碳化較易實現(xiàn)，即軌道交通和私家車可用電力替代，船舶、卡車、航空可部分用氫能替代。這里關鍵處是建設私家車的充電體系，建設從制氫到輸運再到加氫站的完整體系，當然還有如何保證經(jīng)濟、安全運行等問題。  

建筑領域的低碳化技術亦基本具備，大致可考慮以下途徑：城市以全面電氣化為主，加上條件具備的小區(qū)以電動熱泵（地源熱泵、空氣源或者長程余熱）為補充，少部分情況特殊者可部分利用天然氣；農村則以屋頂光伏+電動熱泵+天然氣+生物沼氣+輸入電力的適當組合為主。  

以上兩大領域去碳化的關鍵是政府與市場做好協(xié)調，并以合適節(jié)奏推廣之。  

目前，工業(yè)領域的鋼鐵、建材、化工、有色產(chǎn)業(yè)還沒有用電力、氫能替代化石能源的成熟技術，雖然從理論上講是可以實現(xiàn)的，但仍需技術層面變革性的突破和行業(yè)間的協(xié)調。事實上，國內外一些企業(yè)與研發(fā)單位在氫能+電力+煤炭的“混合型”煉鐵（如氫冶金）上已有較為成功的先例。從工藝流程再造看，不同工業(yè)過程既可考慮先走低碳化的“混合型”再到無碳化的“清潔型”，也可考慮一步取代到位。  

由此可見，能源消費端的“替代路線”亦需研發(fā)大量新技術并布局大量新產(chǎn)業(yè)。  

需要說明的是，水泥一般用石灰石做原料，煅燒過程中不可能不產(chǎn)生二氧化碳，這部分如得不到捕集利用，當在“不得不排放”的二氧化碳之列。此外，煤、油、氣作為資源來生產(chǎn)基礎化學品、高端材料、航油等，其開采—加工—產(chǎn)品使用的全生命周期中也存在“不得不排放”的二氧化碳。  

從以上兩部分的分析看，無論是發(fā)電端還是能源消費端，到2060年都會有相當數(shù)量的碳排放存在，需要其他技術予以中和。  

（三）“固碳端”之要在生態(tài)建設  

學術界對固碳方式已有過很多研究，主要分六大類。第一類是通過對退化生態(tài)系統(tǒng)的修復、保育等措施，增強光合作用并將更多碳以有機物的形式固定在植物（尤其是森林）和土壤之中。這是最重要的固碳過程。2010—2020年間，我國陸地生態(tài)系統(tǒng)的凈固碳能力約為每年10億—13億噸二氧化碳。第二類是從煙道中收集二氧化碳，制成各類化學品和燃料，或者用于藻類養(yǎng)殖，形成生物制品。第三類是收集二氧化碳氣體，用于油田驅油、驅氣過程。第四類是收集二氧化碳，制成碳化水泥。第五類是收集二氧化碳后，封存于地層之中。第六類是生物質燃料利用、采伐樹木及秸稈等悶燒還田等。  

由于生態(tài)建設是“國之大者”，而后面五類“碳固存技術”的應用均需額外耗能，且未必經(jīng)濟合算，因此，固碳端的工作當首先聚焦于生態(tài)建設。在2060年之前，對非生態(tài)碳固存技術先做深入研究和技術儲備，力爭掌握知識產(chǎn)權和工程技術，大幅度降低成本；臨近2060年時，根據(jù)我國“不得不排放”的二氧化碳量和生態(tài)固碳貢獻狀況，再相機推動這些技術的應用。  

三、中國碳中和需制定分階段實施方案  

在已有的經(jīng)濟社會發(fā)展邏輯之下，不管是由于技術上不具備還是經(jīng)濟上不合算，到本世紀中葉，一定會產(chǎn)生一部分“不得不人為排放”的二氧化碳。因此，我們在對標碳中和時，首先要搞清楚一個問題：我們減排到什么程度，即可達到碳中和？  

過去的全球碳循環(huán)數(shù)據(jù)表明，人為排放二氧化碳中的54%被陸地和海洋的自然過程所吸收，假定未來幾十年碳循環(huán)方式基本不變，尤其是海洋吸收23%的比例不變，則各國排放的留在大氣中的46%那部分應該是“中和對象”。但事實上，陸地吸收的31%，一部分是通過生態(tài)過程，一部分是通過其他過程，二者之間的比例目前尚未研究清楚。根據(jù)相關研究，2010—2020年間我國陸地生態(tài)系統(tǒng)每年的固碳量為10億—13億噸二氧化碳。一些專家根據(jù)這套數(shù)據(jù)采用多種模型綜合分析后，預測2060年我國陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳能力為10.72億噸二氧化碳/年，如果增強生態(tài)系統(tǒng)管理，還可新增固碳量2.46億噸二氧化碳/年，即2060年我國陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力總量為13.18億噸二氧化碳/年。  

根據(jù)以上分析，如果我國2060年排放25億—30億噸二氧化碳，則海洋可吸收5.75億—6.9億噸，生態(tài)建設吸收13億噸，陸地總吸收的31%中，生態(tài)吸收以外的其他過程如果占比17%，則為4.25億—5.1億噸，那么吸收總數(shù)將在23億—25億噸之間；在此基礎上，如果發(fā)展5億噸規(guī)模的CCUS技術固碳，則大致能達到碳中和。  

如果我們將2060年“不得不排放”的二氧化碳設定為25億—30億噸，則需要在目前100億噸的基礎上減排70%—75%，挑戰(zhàn)性非常之大。這就需要制定分階段減排規(guī)劃。理論上講，我國可考慮“四步走”的減排路徑，從現(xiàn)在起用40年左右的時間達到碳中和目標。  

第一步為“控碳階段”，爭取到2030年把二氧化碳排放總量控制在100億噸之內，即“十四五”期間可比目前增一點，“十五五”期間再減回來。在這第一個十年中，交通領域爭取大幅度增加電動汽車和氫能運輸占比，建筑領域的低碳化改造爭取完成半數(shù)左右，工業(yè)領域利用煤+氫+電取代煤炭的工藝過程完成大部分研發(fā)和示范。這十年間增長的電力需求應盡量少用火電滿足，而應以風、光為主，內陸核電完成應用示范，制氫和用氫的體系完成示范并有所推廣。  

第二步為“減碳階段”，爭取到2040年把二氧化碳排放總量控制在85億噸之內。在這個階段，爭取基本完成交通領域和建筑領域的低碳化改造，工業(yè)領域全面推廣用煤/石油/天然氣+氫+電取代煤炭的工藝過程，并在技術成熟領域推廣無碳新工藝。這十年，火電裝機總量爭取淘汰15%的落后產(chǎn)能，用風、光資源制氫和用氫的體系完備并大幅度擴大產(chǎn)能。  

第三步為“低碳階段”，爭取到2050年把二氧化碳排放總量控制在60億噸之內。在此階段，建筑領域和交通領域達到近無碳化，工業(yè)領域的低碳化改造基本完成。這十年，火電裝機總量再削減25%，風、光發(fā)電及制氫作為能源主力，經(jīng)濟適用的儲能技術基本成熟。據(jù)估計，我國對核廢料的再生資源化利用技術在這個階段將基本成熟，核電上網(wǎng)電價將有所下降，故用核電代替火電作為“穩(wěn)定電源”的條件將基本具備。  

第四步為“中和階段”，力爭到2060年把二氧化碳排放總量控制在25億—30億噸。在此階段，智能化、低碳化的電力供應系統(tǒng)得以建立，火電裝機只占目前總量的30%左右，并且一部分火電用天然氣替代煤炭，火電排放二氧化碳力爭控制在每年10億噸，火電只作為應急電力和承擔一部分地區(qū)的“基礎負荷”，電力供應主力為光、風、核、水。除交通和建筑領域外，工業(yè)領域也全面實現(xiàn)低碳化。尚有15億噸的二氧化碳排放空間主要分配給水泥生產(chǎn)、化工、某些原材料生產(chǎn)和工業(yè)過程、邊遠地區(qū)的生活用能等“不得不排放”領域。其余5億噸的二氧化碳排放空間機動分配。  

“四步走”路線圖只是一個粗略表述，由于技術的進步具有非線性，所謂十年一時期也只是為表述方便而劃分。  

內蒙古草原上風力渦輪機和太陽能電池板內蒙古草原上風力渦輪機和太陽能電池板  

四、實現(xiàn)碳中和需發(fā)揮我國的制度優(yōu)勢  

2060年實現(xiàn)碳中和，對我國固然是一個非常嚴峻的挑戰(zhàn)，但我們也應看到，這中間蘊含著巨大的機遇。  

首先，我國盡管煤炭資源相當豐富，但油氣資源不足，大量進口油氣資源又面臨地緣政治上的風險，而煤炭作為一種十分寶貴的資源，當作燃料用于發(fā)電、供熱，確實是“大材小用”，況且煤炭燃燒時所排放的硫化物、硝化物和粉塵對大氣環(huán)境有明顯破壞作用。我國如能夠大規(guī)模利用可再生能源而逐漸擺脫對煤炭的依賴，將在資源和環(huán)境兩大方面收獲實實在在的好處。  

其次，我國的風、光資源相當豐富，有專家曾做過測算，如果能把鄂爾多斯高原、阿拉善高原、柴達木盆地這60多萬平方千米的干旱區(qū)的一半?yún)^(qū)域覆蓋上太陽能電池板，就能夠滿足全國的能源需求。實踐證明，太陽能電池板安裝以后，對干旱區(qū)的生態(tài)恢復大有幫助。也就是說，在干旱區(qū)建太陽能發(fā)電站，將在清潔能源和生態(tài)恢復兩方面獲得效益。  

再次，我國在非碳能源領域的技術相對先進，包括太陽能發(fā)電技術、核能技術、儲能技術、特高壓輸電技術等。舉個例子，一些國家對我國的太陽能電池板設置100%的關稅，一方面說明他們實施貿易保護主義，違反WTO規(guī)則；另一方面則說明了我們在這個領域中的絕對領先地位。在全世界的綠色轉型大潮中，我們的綠色技術將支撐新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成為經(jīng)濟增長的新動能，并為我國的民族復興大業(yè)提供強大助力。  

因此，實現(xiàn)碳中和，并不全是國際社會強加于我們的事情，也是我國經(jīng)濟社會發(fā)展到一定程度之后的內在要求。當然，在這樣廣泛而深遠的綠色轉型中，我們一定要自己掌握自己的節(jié)奏，不能引起能源短缺危機；同時，也要使能源的價格保持在相對低廉的水平，既給老百姓的生活帶來真真切切的便利，又能使我們的制造業(yè)繼續(xù)在世界上保持足夠競爭力。  

碳中和要求經(jīng)濟社會大轉型，涉及廣闊的領域，需要在黨和政府的堅強領導下，發(fā)揮出全國一盤棋的體制性優(yōu)勢。其中，有三個方面需要做好協(xié)調。  

一是統(tǒng)籌全國的研發(fā)力量，形成一個完整的、有足夠競爭力的研發(fā)體系。從前面的介紹即可看出，碳中和說到底是技術為王，只有靠先進的技術才能獲得產(chǎn)業(yè)的競爭力。我國有一支龐大的圍繞綠色產(chǎn)業(yè)的科技研發(fā)隊伍，各個領域都有專門人才和研究團隊。未來我們需要進一步協(xié)調和優(yōu)化的工作是在國家規(guī)劃目標的引領下，把這些團隊和人才組織起來，把不足的研發(fā)短板補齊，形成一個以目標為導向的研發(fā)網(wǎng)絡或責任體系，從而支撐與碳中和相關的產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。  

二是在向碳中和目標挺進的過程中，政府和市場要做好協(xié)調，扮演好各自的角色，從而做到“兩只手”均發(fā)揮出最大效能。據(jù)估計，我國實現(xiàn)碳中和，需要百萬億數(shù)量級的投資，絕非政府一家能夠單獨提供，投資主體還是應該來自市場。但在引導投資過程中，政府可在法律、行政法規(guī)、稅收、補貼、產(chǎn)業(yè)政策、碳配額投放、綠色金融政策等方面發(fā)揮十分有力的作用?；叵胧畮啄昵?，我國政府以《可再生能源促進法》為依據(jù)，推動光伏發(fā)電、風力發(fā)電、儲能技術、電動汽車等產(chǎn)業(yè)的迭代進步，現(xiàn)在已收到十分明顯的成效。以光伏發(fā)電為例，十年前尚需對上網(wǎng)電價提供高額補貼，現(xiàn)在已經(jīng)可以競爭平價上網(wǎng)。這是政府和市場形成合力的典型案例，也是我們未來必須堅持發(fā)揮的體制優(yōu)勢。  

三是在構建人類命運共同體的旗幟下，做好國際合作。技術、產(chǎn)業(yè)都需要開放的環(huán)境，都需要在交流的過程中發(fā)展進步，因此在政府的推動下，做好科技界和產(chǎn)業(yè)界的國際合作工作，是我國實現(xiàn)碳中和的重要保證。