張晉賓，周四維

（電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京100120）

0 引言

工業(yè)革命以來，人類行為帶來了大量的溫室氣體排放，大幅增加了大氣中溫室氣體的體積分?jǐn)?shù)，增強(qiáng)了地球自然溫室效應(yīng)，由此而導(dǎo)致的全球氣候變化造成全球干旱、熱浪、暴雨、滑坡等惡劣氣候現(xiàn)象頻發(fā)，同時(shí)也引起了海平面上升、海洋酸化和生物多樣性喪失。氣候變化是當(dāng)代人類社會(huì)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，限制全球氣溫上升，碳達(dá)峰是前提，碳中和是關(guān)鍵。

準(zhǔn)確了解碳達(dá)峰、碳中和的國內(nèi)外背景和形勢，是判斷其發(fā)展態(tài)勢的前提。全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確地知曉與碳中和相關(guān)的主要概念和知識(shí)，了解發(fā)達(dá)區(qū)域或國家（包括中國）的低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，對于碳達(dá)峰、碳中和路線的制定具有重要參考價(jià)值。明確實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵方法或技術(shù)，對于深入開展碳中和工作，達(dá)成碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。當(dāng)前國內(nèi)進(jìn)行這些方面系統(tǒng)性綜合性研究的文獻(xiàn)尚不多見。

本文從碳達(dá)峰、碳中和背景及形勢，基本術(shù)語概念及知識(shí)，主要經(jīng)濟(jì)體的低碳發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵方法或技術(shù)等方面，對碳中和體系進(jìn)行系統(tǒng)解讀。

1 碳中和背景及大勢

1.1 國際背景及全球大勢

政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）是世界氣象組織（WMO）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于1988年聯(lián)合成立的聯(lián)合國下屬機(jī)構(gòu)，專門負(fù)責(zé)評估與全球氣候變化相關(guān)的科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)事務(wù)（如氣候變化科技和社會(huì)經(jīng)濟(jì)認(rèn)知現(xiàn)狀，氣候變化原因及對社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的潛在影響，如何適應(yīng)和減緩氣候變化的可能對策等）。自成立以來，IPCC 每5～7 年編寫1 套全球氣候評估報(bào)告，至今已編寫了5 套多卷冊的評估報(bào)告，為《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）《京都協(xié)定》《巴黎協(xié)定》等的制定做出了重大貢獻(xiàn)。目前正處于IPCC 第6 個(gè)評估周期，AR6綜合報(bào)告預(yù)計(jì)于2022年發(fā)布［1］。

氣候變化是當(dāng)今人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。IPCC 認(rèn)為，人類對氣候系統(tǒng)的影響是明確的且該影響仍在不斷增強(qiáng)（如圖1—4 所示）。自20世紀(jì)50年代以來，許多觀測到的變化在幾十年乃至上千年時(shí)間里從未出現(xiàn)過。破壞氣候的人類活動(dòng)越多，對人類和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重、普遍和不可逆轉(zhuǎn)影響的風(fēng)險(xiǎn)也就越大。

要將全球平均氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上低于2 ℃甚至1.5 ℃以內(nèi)，需要緊急并徹底遠(yuǎn)離“一切照?！钡淖龇?，盡早將大氣中溫室氣體的體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在防止氣候系統(tǒng)受到危險(xiǎn)的人為干擾的水平。越晚采取行動(dòng)，成本將越高，而且面臨的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和體制方面的風(fēng)險(xiǎn)也將越高［2-3］。

圖1 全球平均陸地和海表綜合溫度異常變化Fig.1 Abnormal variation of global average land and sea surface temperature

圖2 全球平均海平面變化Fig.2 Global average sea levels

圖3 全球平均溫室氣體體積分?jǐn)?shù)變化Fig.3 Global average GHG volume fractions

圖4 所有來源的全球溫室氣體排放Fig.4 Global GHG emissions from all sources

為應(yīng)對由于人類活動(dòng)大幅增加大氣中溫室氣體體積分?jǐn)?shù)而帶來的全球氣候變化，自20 世紀(jì)90年代以來，國際社會(huì)在聯(lián)合國框架下進(jìn)行了一系列氣候變化談判，先后達(dá)成了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》《京都協(xié)定》《巴黎協(xié)定》等條約或協(xié)定（如圖5所示），奠定了世界各國攜手應(yīng)對全球氣候變化的法律基礎(chǔ)。

《巴黎協(xié)定》第2 條提出“把全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上低于2 ℃之內(nèi)，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5 ℃之內(nèi)”的目標(biāo)；其第4 條要求各締約方盡快做到溫室氣體排放達(dá)峰，在21世紀(jì)下半葉實(shí)現(xiàn)溫室氣體源的人為排放與匯的清除之間的平衡［4］?！栋屠鑵f(xié)定》生效后，各締約國先后制定了各自的碳中和行動(dòng)目標(biāo)。截至2021 年4 月，全球已有100 多個(gè)國家正式通過、宣布或承諾在21 世紀(jì)中葉左右實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)。當(dāng)前，全球已有不丹、蘇里南2 個(gè)國家實(shí)現(xiàn)了碳負(fù)排放，世界主要國家或地區(qū)碳中和目標(biāo)見表1［5-6］。

圖5 UNFCCC及其相關(guān)系列活動(dòng)時(shí)間表Fig.5 Time-table of UNFCCC and its activities

表1 世界主要國家或地區(qū)碳中和目標(biāo)Tab.1 Carbon neutrality targets of major countries/regions

1.2 國內(nèi)背景及形勢

據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署《2020 年排放差距報(bào)告》，中國絕對溫室氣體排放量處于全球第1 位（如圖6所示），人均排放量處于全球第4位且高于全球平均水平（如圖7 所示）［3］，中國碳減排壓力巨大。計(jì)及中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體，黨中央經(jīng)過深思熟慮作出了中國“力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的重大戰(zhàn)略決策。

為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，世界各國都需要做出巨大努力，而發(fā)展中國家將面臨更大的挑戰(zhàn)，中國主要面臨以下問題。

（1）時(shí)間緊、難度大。就碳達(dá)峰到碳中和過渡期而言，歐盟和美國等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體為50～70 a，而我國僅有30 a（如圖8 所示）；就減排量而言，我國碳排放量占全球的30%左右，超過美國、歐盟、日本的總和；預(yù)計(jì)2030—2050 年中國年均減排率將達(dá)到8%～10%，遠(yuǎn)超發(fā)達(dá)國家的減排速度和力度［31］。

（2）發(fā)展與碳排放強(qiáng)耦合。發(fā)達(dá)國家已完成工業(yè)化，經(jīng)濟(jì)增長與碳排放弱耦合；我國尚處于工業(yè)化階段，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放仍為強(qiáng)耦合。

正如黨中央所強(qiáng)調(diào)，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，是一場硬仗，也是對我們黨治國理政能力的一場大考。

2 碳達(dá)峰、碳中和相關(guān)概念及常識(shí)

2.1 溫室氣體

溫室氣體是指大氣層中自然存在的和由于人類活動(dòng)所產(chǎn)生的能夠吸收并重新發(fā)射由地球表面、大氣和云層所發(fā)射的、波長在紅外光譜范圍內(nèi)的輻射的氣態(tài)成分，溫室氣體包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）和六氟化硫（SF6）等。溫室氣體排放是指溫室氣體和/或其前體在一個(gè)特定地區(qū)和時(shí)期內(nèi)向大氣的釋放。

圖6 排名前6位的排放國家或地區(qū)及國際運(yùn)輸絕對溫室氣體排放量（不包括土地利用變化排放量）Fig.6 Absolute GHG emissions of the top 6 emitters（excluding emission of LUC）and international transport

圖7 排名前6位排放國或地區(qū)的人均排放量及全球平均排放水平Fig.7 Per capita emissions of the top six emitters and the global average

圖8 全球及主要國家碳中和路徑Fig.8 Carbon neutrality process of the world and major countries

不同溫室氣體對地球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)程度不同。為統(tǒng)一度量各類溫室氣體的溫室效應(yīng)，同時(shí)考慮到溫室氣體總增溫效應(yīng)中CO2貢獻(xiàn)最大，故規(guī)定二氧化碳當(dāng)量（CO2e）為度量溫室效應(yīng)的基本單位。各類常見溫室氣體輻射效率及相對于CO2在給定時(shí)間范圍內(nèi)的全球變暖潛能值（GWP）見表2［32］。

2.2 碳達(dá)峰

碳達(dá)峰（Carbon Peaking）即碳排放達(dá)峰，是指在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)（段）人為向大氣環(huán)境中排放的二氧化碳（或包括其他主要溫室氣體）量達(dá)峰。簡而言之，即指二氧化碳（或包括其他主要溫室氣體）排放量達(dá)到歷史最高值。如圖9 所示，碳達(dá)峰并不是指在某一日達(dá)到最大排放量，而是一個(gè)過程。碳排放先經(jīng)過迅猛或平緩增長后進(jìn)入平臺(tái)期并可能在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，然后進(jìn)入平穩(wěn)或快速下降階段。C40是2005 年成立的一個(gè)致力于應(yīng)對氣候變化的全球性城市氣候領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟，其成員包括北京、上海、香港、廣州、東京、首爾、紐約、芝加哥、倫敦、巴黎、柏林等近百個(gè)城市。C40 要求必須在5 年或更長時(shí)間內(nèi)（可理解為平臺(tái)期取值為5年）減少溫室氣體排放量，并且與峰值排放量相比至少減少10%，才能稱之為碳達(dá)峰［33］。

2.3 碳中和及其相關(guān)概念

碳中和（Carbon Neutrality，Carbon Neutral）有時(shí)亦稱凈零碳排放（Net Zero Carbon Emission）或凈零碳足跡（Net Zero Carbon Footprint），其概念分為狹義和廣義。狹義碳中和是指：（1）在規(guī)定的時(shí)間段和規(guī)定的區(qū)域內(nèi)（如某個(gè)國家、地區(qū)或組織內(nèi)），人為向大氣環(huán)境中釋放的二氧化碳排放量與人為的二氧化碳去除量相平衡，即做到二氧化碳“源”與“匯”的平衡；（2）從規(guī)定的時(shí)間起，在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)，直接完全消除人為二氧化碳排放，即二氧化碳凈零排放。廣義碳中和是指不僅二氧化碳（CO2）要達(dá)到凈零排放，其他主要溫室氣體（如CH4，N2O，SF6等）也要達(dá)到凈零排放。

表2 常見溫室氣體輻射效率及相對于CO2的GWPTab.2 Radiative efficiencies and GWPs relative to CO2 for common GHGs

圖9 碳達(dá)峰過程示例Fig.9 A typical carbon peaking process

碳源（Carbon Source）是指任何自然或人工向大氣排放二氧化碳、甲烷等含碳化合物類溫室氣體，氣溶膠或溫室氣體前體的過程或活動(dòng)。燃燒化石燃料、森林火災(zāi)、動(dòng)物呼吸和植物降解等都是常見的碳源示例。

碳匯（Carbon Sink）是指通過物理或生物機(jī)制等從大氣中清除二氧化碳、甲烷等含碳化合物類溫室氣體，氣溶膠或溫室氣體前體的過程、活動(dòng)或機(jī)制。光合作用植物、浮游生物、海洋、森林等即為常見的碳匯示例。

碳庫（Carbon Reservoir）是指氣候系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)二氧化碳、甲烷等含碳化合物類溫室氣體或其前體的一個(gè)或多個(gè)組成部分。碳在地球上有四大儲(chǔ)層體，即生物圈、巖石圈、水圈和大氣。

碳封存（Carbon Sequestration）也稱固碳，指捕獲和儲(chǔ)存大氣中二氧化碳的過程或方式，碳封存可細(xì)分為3 種類型。（1）生物封存：指在植被、土壤、樹木和水生生態(tài)系統(tǒng)中儲(chǔ)存大氣中二氧化碳的過程或方式；（2）地質(zhì)封存：指二氧化碳被儲(chǔ)存在地質(zhì)構(gòu)造中的過程，如化石燃料的形成、提高石油采收率（EOR）；（3）技術(shù)封存：指將二氧化碳捕獲并儲(chǔ)存起來的人工過程，如碳捕集及儲(chǔ)存（CCS），碳捕集、利用及儲(chǔ)存（CCUS），直接空氣捕集及儲(chǔ)存（DACS），帶碳捕集及儲(chǔ)存的生物能（BECCS）等。

3 碳中和戰(zhàn)略

3.1 歐盟綠色新政

歐盟委員會(huì)于2019 年12 月發(fā)布了《歐洲綠色新政》，旨在提振經(jīng)濟(jì)，改善人們的健康和生活質(zhì)量，將歐盟轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)公平、繁榮的社會(huì)及富有競爭力的資源節(jié)約型現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體，到2050年使歐洲成為全球第1 個(gè)溫室氣體凈零排放的大陸，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與資源消耗脫鉤，做到不讓任何地方和任何人掉隊(duì)，使歐盟占據(jù)全球領(lǐng)導(dǎo)者地位。

《歐洲綠色新政》推出的重要起因是全球氣候變化，落腳點(diǎn)是推動(dòng)歐盟經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色可持續(xù)發(fā)展，核心目標(biāo)是2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和。圖10 為《歐洲綠色新政》的要點(diǎn)［34］，主要包括以下“七大行動(dòng)”。

圖10 《歐洲綠色新政》要點(diǎn)Fig.10 Key points in European Green Deal

（1）構(gòu)建清潔、可負(fù)擔(dān)、安全的能源體系：能源活動(dòng)溫室氣體排放占比75%以上，通過能效提升，發(fā)展以可再生能源為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)，快速淘汰煤炭，天然氣脫碳，能源數(shù)字化、智能化、綠色化及市場一體化等，確保2030年和2050年低碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（2）構(gòu)建清潔循環(huán)的工業(yè)體系：工業(yè)部門溫室氣體排放占比20%，以綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)對挑戰(zhàn)。

（3）推動(dòng)高能效和資源高效利用的建造和建筑升級(jí)改造：建筑能耗占比40%，以建造革新、建筑能效提升等手段應(yīng)對挑戰(zhàn)。

（4）發(fā)展智能可持續(xù)交通系統(tǒng)：交通運(yùn)輸溫室氣體排放占比25%，通過可持續(xù)與智慧出行等手段應(yīng)對挑戰(zhàn)。

（5）實(shí)施“農(nóng)場到餐桌”的綠色食品體系：大幅減少化學(xué)殺蟲劑、化肥、抗生素的使用量，推動(dòng)農(nóng)場到餐桌產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（6）保護(hù)自然生態(tài)和生物多樣性：制定2030 年生物多樣性戰(zhàn)略和森林新戰(zhàn)略，提高森林固碳能力，發(fā)展海洋藍(lán)色經(jīng)濟(jì)。

（7）創(chuàng)建零污染、無毒生態(tài)環(huán)境。

為實(shí)現(xiàn)2030年氣候與能源目標(biāo)（2030年溫室氣體排放量比1990 年的排放量下降50%～55%），預(yù)計(jì)每年需2 600 億歐元的額外投資，約占2018 年歐盟國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的1.5%。

3.2 英國綠色工業(yè)革命

2020 年11 月，英國政府公布了《綠色工業(yè)革命十點(diǎn)計(jì)劃》，旨在使英國成為綠色技術(shù)和綠色金融的世界中心，并實(shí)現(xiàn)2050年前溫室氣體凈零排放的目標(biāo)。該計(jì)劃包括以下內(nèi)容。

（1）推進(jìn)海上風(fēng)電：充分利用成熟技術(shù)，支持創(chuàng)新，到2030 年，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電裝機(jī)容量翻2 番，達(dá)到40 GW（包括1 GW的創(chuàng)新型海上浮動(dòng)風(fēng)能）。

（2）推動(dòng)低碳?xì)湓鲩L：到2030 年，實(shí)現(xiàn)5 GW 低碳?xì)洚a(chǎn)能，為住宅、交通和工業(yè)提供清潔燃料和供暖；供給產(chǎn)業(yè)、交通、電力和住宅領(lǐng)域；10 年內(nèi)建成首個(gè)完全由氫能供能的示范城鎮(zhèn)。

（3）輸送新的先進(jìn)核電：一方面發(fā)展大型核電，另一方面開發(fā)小型模塊化堆（SMR）和先進(jìn)模塊化堆。

（4）加速向零排放交通工具轉(zhuǎn)型：從2030 年開始，停售汽/柴油車，所有交通工具均應(yīng)具有顯著的零排放能力；從2035 年開始，所有交通工具均應(yīng)達(dá)到100%零排放。

（5）綠色公共交通、騎行與步行。

（6）飛機(jī)零排放與綠色航運(yùn)：推動(dòng)可持續(xù)航空燃料的使用，研發(fā)零排放飛機(jī)和清潔海運(yùn)技術(shù)，使英國成為綠色船只和綠色飛機(jī)的家園。

（7）更綠色的建筑：使建筑能效更高并脫離化石燃料的使用。2028年前每年安裝60萬臺(tái)熱泵，未來住宅比當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)降低75%～80%的碳排放。

（8）投資CCUS：到2030 年實(shí)現(xiàn)每年捕集10 Mt二氧化碳的能力，投入10 億英鎊以支持在4 個(gè)工業(yè)群中部署CCUS。

（9）保護(hù)自然環(huán)境：到2030 年保護(hù)和改善30%陸地面積；投入52 億英鎊，實(shí)施為期6 年的防洪和沿海防御計(jì)劃。

（10）綠色金融和創(chuàng)新：到2027 年，總研發(fā)投資提高到GDP 的2.4%；下一階段綠色創(chuàng)新旨在降低凈零轉(zhuǎn)型的成本，培育更好的產(chǎn)品和新的商業(yè)模式并影響消費(fèi)者行為［35］。

3.3 日本綠色增長戰(zhàn)略

2020 年12 月，日本政府發(fā)布2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和的《綠色增長戰(zhàn)略》，旨在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)變革，創(chuàng)造“經(jīng)濟(jì)與環(huán)境良性循環(huán)”的產(chǎn)業(yè)政策，即綠色增長戰(zhàn)略。為確保2050 年碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，該戰(zhàn)略對14個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域分別設(shè)定了綠色增長實(shí)施計(jì)劃和2021—2050 年綠色增長路線圖，其中14個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)如下。

（1）海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)：裝機(jī)容量2030 年達(dá)10 GW，2040 年達(dá)30～45 GW；成本2030—2035 年削減至8～9 日元/（kW·h）；國產(chǎn)化率2040年達(dá)60%。

（2）氨燃料產(chǎn)業(yè)：2030 年火電廠摻燒20%的氨，2050 年純氨燃料發(fā)電；2030 年氨供應(yīng)價(jià)格目標(biāo)為10 日元/m3（標(biāo)態(tài)）。

（3）氫能產(chǎn)業(yè)：氫供應(yīng)量2030年達(dá)3 Mt，2050年達(dá)20 Mt；力爭在發(fā)電、交通、鋼鐵、化工等領(lǐng)域?qū)淠艹杀窘档?030 年30 日元/m3（標(biāo)態(tài)），2050 年20日元/m3（標(biāo)態(tài)）。

（4）核能產(chǎn)業(yè)：到2030 年成為SMR 全球主要供應(yīng)商；研發(fā)高溫氣冷堆，到2050 年核能制氫成本降至12 日元/m3（標(biāo)態(tài)）；研發(fā)核聚變，2040—2050年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化規(guī)模示范。

（5）汽車和蓄電池產(chǎn)業(yè)：未來10 年加速電動(dòng)汽車普及；力爭2050 年實(shí)現(xiàn)合成燃料成本低于汽油；研發(fā)下一代電池，增強(qiáng)蓄電池產(chǎn)業(yè)的全球競爭力。

（6）半導(dǎo)體和信息通信產(chǎn)業(yè)：通過數(shù)字化推動(dòng)能效需求管理和碳減排（即數(shù)字化綠色）；支持?jǐn)?shù)字設(shè)備和信息通信產(chǎn)業(yè)的節(jié)能和綠色化（即綠色數(shù)字化）；2030 年所有新建數(shù)據(jù)中心節(jié)能30%，2040 年實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)業(yè)碳中和目標(biāo)。

（7）船舶產(chǎn)業(yè)：2028 年前實(shí)現(xiàn)零排放船舶的商用；2050年實(shí)現(xiàn)全部船舶的氫、氨等替代燃料轉(zhuǎn)換。

（8）物流、人流和土木工程基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)：全面建設(shè)碳中和港口；部署智能交通，推廣綠色出行，實(shí)現(xiàn)低碳排放的交通運(yùn)輸社會(huì)；打造綠色物流，提高交通網(wǎng)絡(luò)樞紐運(yùn)輸效率，推動(dòng)低碳化；實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施和城市空間零碳排放；通過推廣智能建造和提高工效，施工現(xiàn)場到2030 年實(shí)現(xiàn)每年減少32 000 t 碳排放，到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

（9）食品、農(nóng)林和水產(chǎn)業(yè)：大力推廣CH4和N2O等溫室氣體減排技術(shù)，推進(jìn)農(nóng)林業(yè)機(jī)械化、漁船電氣化、氫能化，打造智慧農(nóng)業(yè)、林業(yè)和水產(chǎn)業(yè)，發(fā)展農(nóng)田、森林和海洋固碳技術(shù)，到2050 年實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)業(yè)碳中和。

（10）航空業(yè)：推動(dòng)電氣化、綠色化發(fā)展，約2030年進(jìn)行混合動(dòng)力系統(tǒng)電動(dòng)飛機(jī)技術(shù)示范，稍晚進(jìn)行氫動(dòng)力飛機(jī)技術(shù)示范；2050 年全面實(shí)現(xiàn)電氣化，碳排放較2005年減少一半。

（11）碳循環(huán)產(chǎn)業(yè)：研發(fā)各種碳回收和資源化利用技術(shù)。生產(chǎn)成本目標(biāo)：2030 年碳制混凝土，30日元/kg；2030 年碳制藻類生物燃料，100 日元/L；2050 年碳制塑料原料，100 日元/kg。碳分離及回收成本目標(biāo)：2030 年低壓廢氣，2 000 日元/t CO2；高壓廢氣，1 000 日元/t CO2；2050年直接空氣捕集（DAC），2 000 日元/t CO2。

（12）住宅和建筑業(yè)及下一代太陽能產(chǎn)業(yè)：利用大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)對電動(dòng)汽車、空調(diào)等進(jìn)行能量管理；推廣全生命周期負(fù)碳住宅和零能耗建筑物及住宅，普及和擴(kuò)大木結(jié)構(gòu)建筑、高性能建材/設(shè)備的研發(fā)及應(yīng)用，加快研發(fā)下一代太陽能電池（如鈣鈦礦電池等）；2030年增量住宅/建筑實(shí)現(xiàn)零能耗；2050 年后存量住宅/建筑實(shí)現(xiàn)零能耗。

（13）資源循環(huán)相關(guān)產(chǎn)業(yè)：向循環(huán)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型（如普及和推廣廢棄物發(fā)電、熱利用和沼氣利用）；2050年將溫室氣體排放量降為零。

（14）生活方式相關(guān)產(chǎn)業(yè)：普及零排放建筑物和住宅，部署先進(jìn)智慧能量管理系統(tǒng)，利用數(shù)字技術(shù)推動(dòng)共享經(jīng)濟(jì)；2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和、彈性、舒適的生活方式。

實(shí)施綠色增長戰(zhàn)略，預(yù)計(jì)到2030 年、2050 年會(huì)分別帶來年均90萬億，190萬億日元的經(jīng)濟(jì)增長［36］。

3.4 中國碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略

2020 年9 月22 日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上的講話中承諾：中國將提高國家自主貢獻(xiàn)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(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和［11］。2030 年前碳達(dá)峰是實(shí)現(xiàn)2060年前碳中和的階段性目標(biāo)，制定2030年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案是2021年的重點(diǎn)任務(wù)。

在《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中，國家明確提出“實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，完善生態(tài)文明領(lǐng)域統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，構(gòu)建生態(tài)文明體系，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型”，在堅(jiān)持公平、共同但有區(qū)別的責(zé)任及各自能力原則下，積極應(yīng)對全球氣候變化［37］。其要點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。

（1）完善能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度雙控制度，重點(diǎn)控制化石能源消費(fèi)（到2025 年，單位GDP 能耗降低13.5%；到2030 年，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到25%左右）。

（2）實(shí)施以碳強(qiáng)度控制為主、碳排放總量控制為輔的制度，支持有條件的地方、行業(yè)、企業(yè)率先碳達(dá)峰（“十四五”時(shí)期，碳強(qiáng)度下降18%；到2030 年，碳強(qiáng)度比2005年下降65%以上）。

（3）推動(dòng)能源清潔低碳安全高效利用（到2030年，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到1 200 GW 以上），深入推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型。

（4）加大甲烷、氫氟碳化物、全氟化碳等其他溫室氣體的控制力度。

（5）提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力（“十四五”時(shí)期，森林覆蓋率提高到24.1%；到2030 年，森林蓄積量將比2005年增加60 億m3）。

（6）錨定努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和，采取更加有力的政策和措施。

為實(shí)現(xiàn)碳中和，高盛公司預(yù)測需為清潔技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施投資16 萬億美元［38］，而國內(nèi)機(jī)構(gòu)預(yù)測需為能源基礎(chǔ)設(shè)施投資約138 萬億元，超過每年GDP 的2.5%［31］。

3.5 其他

美國政府于2021 年2 月重新加入《巴黎協(xié)定》后，2021 年3 月31 日又公布了約2.3 萬億美元的《美國就業(yè)計(jì)劃》，其目標(biāo)之一是2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和。其中：計(jì)劃為電力基礎(chǔ)設(shè)施投入1 000 億美元，以確保2035年電力率先實(shí)現(xiàn)碳中和（包括建立能效和清潔電力標(biāo)準(zhǔn)；建立更具韌性的輸電系統(tǒng)，搭建清潔能源和可持續(xù)性加速器；投資電動(dòng)車市場，啟動(dòng)大規(guī)模儲(chǔ)能、CCS、氫能、先進(jìn)核能、漂浮式海上風(fēng)電、生物燃料/生物產(chǎn)品、量子計(jì)算、電動(dòng)車等方面的示范項(xiàng)目等）。該計(jì)劃尚待美國國會(huì)批準(zhǔn)。

4 實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵方法或技術(shù)

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，不僅涉及能源、采礦、制造、交通運(yùn)輸、建筑等行業(yè)，而且還涉及農(nóng)林牧漁業(yè)及各類服務(wù)業(yè)，覆蓋社會(huì)生活的方方面面。例如：全球2016 年溫室氣體總排放約為75.0 Gt CO2e（基于20年GWP，包括CO2，CH4，SF6，氫氟碳化物，全氟化碳等溫室氣體）［39］，主要排放源占比如圖11所示；2016年全世界牛類（包括奶牛）所排放的溫室氣體量已達(dá)7.9 Gt CO2e（基于20 年GWP），比美國全國的溫室氣體排放量還多0.1 Gt CO2e［40］。

圖11 全球溫室氣體分類排放源占比Fig.11 Break-down of global GHG emission sources

實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵方法或技術(shù)如下。

（1）需求側(cè)控制及資源循環(huán)：一是節(jié)約資源，二是資源的循環(huán)利用，即在生產(chǎn)、流通和消費(fèi)等過程做到減量化、再利用、資源化，從而促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。例如：在工業(yè)領(lǐng)域可通過設(shè)備再利用以及金屬回收、塑料再生等再循環(huán)，降低對資源的需求；利用農(nóng)林廢棄物、生活垃圾發(fā)電；采取共享交通、綠色出行、少食牛肉等低碳生活方式等。

（2）能效：國際上通常認(rèn)為能效是滿足人類需求的第一能源，通過能效提升（如提高建筑保溫性能或廢熱回收利用等），可降低建筑物、工廠或基礎(chǔ)設(shè)施的能源強(qiáng)度。能效對于實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)至關(guān)重要，國際能源署（IEA）將能效與可再生能源、CCUS等除碳技術(shù)并列為三大碳中和手段。

（3）電氣化與碳中和電源或低碳電源及新型電力系統(tǒng)：1）大力提高工業(yè)、交通、建筑、日常生活等用能終端的電氣化水平（如將電力占終端能源消費(fèi)比重由當(dāng)前的25%提升到75%）；2）用碳中和電源或低碳電源（如風(fēng)力發(fā)電、光伏/光熱發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、海洋能發(fā)電或超臨界CO2布雷頓循環(huán)發(fā)電等）逐漸取代化石燃料電源；3）采用一體化、新型輸電/配電等構(gòu)成新一代電力系統(tǒng)，以適應(yīng)碳中和的新需求（如圖12所示）。

（4）以碳中和氫/氨或低碳?xì)?氨為燃料或原料：用綠氫（可再生能源制氫）或藍(lán)氫（化石燃料制氫+CCS）或綠氨（可再生及無碳制氨）替代碳密集型燃料或原料。當(dāng)前采用綠氨可有效降低大規(guī)模輸氫的難題。

圖12 新一代電力系統(tǒng)示意Fig.12 Schematic new-generation power system

（5）以生物質(zhì)（包括固態(tài)生物質(zhì)、液態(tài)生物質(zhì)、氣態(tài)生物質(zhì)等）作為燃料或原料：用可再生的生物質(zhì)（如生物質(zhì)顆粒、沼氣、生物甲烷、生物乙醇、生物柴油等）代替不可再生燃料或原料，如在化學(xué)品生產(chǎn)中采用生物基原料。

（6）儲(chǔ)能：分為由電化學(xué)類（鋰離子電池、鈉流電池、電化學(xué)電容等）和機(jī)電類（抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪、重力等）等構(gòu)成的雙向電儲(chǔ)能，由高溫顯熱、相變、低溫存儲(chǔ)、熱光伏、熱化學(xué)等構(gòu)成的儲(chǔ)熱，由氫、氨等化學(xué)載體構(gòu)成的化學(xué)儲(chǔ)能等。1）可解決風(fēng)/光等可再生能源的間歇性、不可調(diào)度問題，增加其靈活性；2）可用于平抑電力系統(tǒng)功率波動(dòng)、實(shí)現(xiàn)削峰填谷、改善電力品質(zhì)；3）性價(jià)比、安全性等進(jìn)一步提升，可解決電能難以大規(guī)模存儲(chǔ)的難題。

（7）主要溫室氣體的捕集和儲(chǔ)存或利用技術(shù)及其市場管控手段：1）利用技術(shù)手段，捕集生產(chǎn)過程中排放或泄漏的CO2，CH4等主要溫室氣體，也可以直接從大氣捕集這些溫室氣體并加以儲(chǔ)存或利用，以達(dá)到溫室氣體零排放甚至負(fù)排放的目的，如CCS，CCUS，BECCS，DACS 等；2）參照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的國際標(biāo)準(zhǔn)或國際慣例等，盡快建立全國范圍內(nèi)的主要溫室氣體測量、報(bào)告和核查（MRV）體系；3）通過碳稅、碳配額制、綠證及碳排放權(quán)交易等市場手段，進(jìn)行碳排放的管控。

（8）土地利用或農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)方式的改良：改變土地使用或農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的習(xí)慣做法，以減少溫室氣體排放。如通過植樹造林等綠化行動(dòng)，提升生態(tài)碳匯能力，實(shí)現(xiàn)負(fù)排放；或改變牲畜飼料，減少牲畜的CO2及CH4排放量等。

（9）數(shù)字技術(shù)：AI、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)分析、區(qū)塊鏈及其他新一代信息通信等數(shù)字技術(shù)的利用。數(shù)字技術(shù)賦能智慧交通、智能工廠等，可提高能效，減少資源消耗，降低廢品率等；數(shù)字技術(shù)賦能需求側(cè)響應(yīng)、車輛到電網(wǎng)（V2G）、碳足跡監(jiān)視及溯源等新場景；能源區(qū)塊鏈在可再生能源監(jiān)管、能源控制、充電樁共享等方面的應(yīng)用。

（10）其他創(chuàng)新性、新興/顛覆性低碳或零碳或負(fù)碳技術(shù)/工藝：創(chuàng)新工藝，如電化學(xué)生產(chǎn)工藝，采用非化石原料（水泥原料改變等）；新興/顛覆性技術(shù)，如CO2轉(zhuǎn)水晶、CO2轉(zhuǎn)巖石、CO2轉(zhuǎn)燃料、CO2轉(zhuǎn)纖維等。

另外有3點(diǎn)需要說明：（1）對于中國等大型經(jīng)濟(jì)體，目前的成熟技術(shù)還難以支撐全面的碳中和，需通過深度投入研發(fā)、進(jìn)一步科研創(chuàng)新、全面市場化等組合拳來確保碳中和目標(biāo)按期實(shí)現(xiàn)（如N2O，CH4和氟類等溫室氣體，初期減排成本較低，但深度減排尚缺乏有效技術(shù)支撐，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的難點(diǎn)）；（2）在具體應(yīng)用中，有時(shí)是多個(gè)方法或技術(shù)的綜合應(yīng)用，如采用生物質(zhì)作為燃料（視為零排放）+CCS 實(shí)現(xiàn)負(fù)排放（BECCS）；（3）需通過對技術(shù)成熟度、性價(jià)比、市場化程度等的綜合研判，按照集中攻關(guān)一批、示范試驗(yàn)一批、應(yīng)用推廣一批的路徑，分門別類因地制宜地應(yīng)用，如近期應(yīng)用能效、電氣化、風(fēng)/光/生物質(zhì)等可再生能源，中期應(yīng)用氨、氫、電動(dòng)飛機(jī)等，遠(yuǎn)期應(yīng)用核聚變等顛覆性去碳或深度碳利用技術(shù)等。

5 結(jié)束語

全球氣候變化是人類社會(huì)面臨的深層次危機(jī)，應(yīng)對氣候變化，在碳中和目標(biāo)下的經(jīng)濟(jì)社會(huì)低碳或零碳轉(zhuǎn)型是世界大勢。

各級(jí)政府、行業(yè)及全社會(huì)，應(yīng)響應(yīng)習(xí)近平主席及黨中央指示，提高應(yīng)對氣候變化的政治站位，堅(jiān)定不移貫徹新發(fā)展理念，樹立緊迫意識(shí)、競爭意識(shí)和責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)，拿出抓鐵有痕的勁頭，積極部署和行動(dòng)，確保如期實(shí)現(xiàn)2030 年前碳達(dá)峰、2060 年前碳中和的目標(biāo)。