一文解讀：碳中和機遇與挑戰

 

碳中和，等同于“凈零排放”，而不是“零排放”。凈零排放，是指二氧化碳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（比如通過生態系統建設吸收二氧化碳，或把二氧化碳收集后轉為工業品或封存于地下），排放量與固碳量相等。碳中和，看的就是其排放量和固碳量之比。

 

目前，人類排放的二氧化碳有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系統固存有機碳和土壤/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。我國通過自然保護和生態工程建設等，2010—2020年間的陸地生態系統凈固碳能力為每年10億—13億噸二氧化碳。

 

綜上所述，碳中和需要依靠“發電端”“能源消費端”“固碳端”共同發力。“發電端”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、產品或地層中。

 

（一）“發電端”：構建新型電力系統

 

第一個特點是電力裝機容量巨大。我國目前的發電裝機容量約為22億千瓦，未來假定：（1）能源消費端要實現電力替代、氫能替代（氫氣也主要產自電力）；（2）為實現人均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、光發電利用小時數難以明顯提高，那么估計我國實現碳中和之時，總的電力裝機容量會在60億—80億千瓦之間。

 

第二個特點是我國豐富的風、光資源將逐步轉變為主力發電和供能資源，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。

 

第五個特點是火電只作為應急電源或一部分調節電源，應逐步用天然氣取代煤炭發電。

 

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

 

為實現碳中和，我國擬以裝機總量60億—80億千瓦，風力發電、光伏發電共占比70%，“穩定電源”占比30%為目標，規劃新型電力系統。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，并完成超大規模的輸變電基礎設施建設。

 

（二）“能源消費端”：電力替代、氫能替代以及工藝重構

 

碳中和的核心，是用非碳能源發電、制氫，再用電力、氫能替代煤、油、氣用于工業、交通、建筑等領域，從而實現消費端的低碳化甚至非碳化。

 

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

 

交通低碳化，推動軌道交通和私家車用電力替代，船舶、卡車、航空部分用氫能替代。在經濟安全的前提下，加快建設私家車充電體系，建設從制氫到輸運再到加氫站的完整體系。

 

建筑低碳化，城市以全面電氣化為主，加上條件具備的小區以電動熱泵（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。

 

工業低碳化，圍繞電力、氫能替代化石能源，從技術層面變革突破，比如推動氫能+電力+煤炭的“混合型”煉鐵（如氫冶金）。從工藝流程再造看，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。水泥一般用石灰石做原料，煅燒過程中不可能不產生二氧化碳，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、氣作為資源來生產基礎化學品、高端材料、航油等，其開采—加工—產品使用的全生命周期中也存在“不得不排放”的二氧化碳。

 

（三）“固碳端”：生態建設

 

一是通過對退化生態系統的修復、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。二是從煙道中收集二氧化碳，制成各類化學品和燃料，或者用于藻類養殖，形成生物制品。三是收集二氧化碳氣體，用于油田驅油、驅氣過程。四是收集二氧化碳，制成碳化水泥。五是收集二氧化碳后，封存于地層之中。六是生物質燃料利用、采伐樹木及秸稈等悶燒還田等。

 

由于后面五種方式均需額外耗能，因此，固碳端首要聚焦生態建設。在2060年之前，對非生態碳固存技術先做深入研究和技術儲備，力爭掌握知識產權和工程技術，大幅度降低成本；臨近2060年時，根據我國“不得不排放”的二氧化碳量和生態固碳貢獻狀況，再推動相關技術的應用。