丁仲礼院士：中国碳中和框架路线图研究

碳中和是什么？如何实现？

 中国如何达到碳中和

第一个专题由江亿院士他们来负责。这个专题要解决的一个核心问题是，在不同时间节点（面向2060），我国居民生活、工业、建筑、交通等重点领域的能源需求以及全社会能源总需求。

这里有个主要的几个边界条件要明确：

一个是到2035年，我们GDP比目前还会翻一番，2060年还需要再翻一番，达到人均4万美元，生活水平也要相应地同发展阶段相当，产业结构从目前的中低端发展到中高端。

另外一个因素就是人口变动，少子、老龄化这些因素必须考虑进去，要建立一个预测的模型。但预测常常是不准的，2009年有部门预测2020年我国一次能源消费将达到44亿吨标准煤，但实际上2020年我国一次能源消费达到50亿吨标准煤。所以我们希望高中低都有预测，不要局限于某一种观点。

这个专题要解决的核心问题是，我们需要一个什么样的新型能源供应系统，尤其是电力供应系统，如何逐步增加非碳能源，特别是风、光、水、地热、核等的比重。

其次，我们要重点回答，中国西部有丰富的风、光资源，如何从各种发电、储能、转化、输电、消纳等等环节协调发力，让这些资源得到有效充分利用。

尤其要解决的问题是，由于风、光资源的时空分布不平衡，如何保证稳定输出，需要一套什么样的基础设施来保证稳定输出，这是一个非常大的问题，也需要有一个框架。

图4 目前我国一次能源消费比例

另外关于新型电力系统的能源供应系统，我们需要列出一个技术清单，到底需要哪些技术，作为未来研究方向。图4是我国2019年一次能源消费情况，可以看出，非碳能源实际上只占15%，另外85%是煤、油、气，这是一个非常严峻的现实。我国现在大约排放100亿吨二氧化碳。假如到2060年，我国还不得不排放20到25亿吨二氧化碳，在这样的情景之下，我们该怎么办？

现在初步的认识是：非碳能源占比不会是线性提高的，主要靠技术组合和技术突破。煤炭作为主力能源，还会存在较长一段时期，因此煤炭清洁利用技术的进步仍需十分重视。另外一个是核能，我们不该追随某些“弃核国家”的脚步，还要加强核能利用，甚至在内陆地区建厂，把核能充分利用起来。尤其是西部干旱地区的风、光资源，是我们实现碳中和最大的底气，我们要考虑如何来稳定输出。

这个专题的核心问题是，不可替代的化石能源必然会转化为不得不排放的二氧化碳，对于这部分排放要有一个预测，来自于何处、来自于什么行业、总量有多少。

我们现在讲碳中和，首先要考虑替代，就是用电、热、氢能等来替代，来减少二氧化碳排放。不同行业、不同领域的替代难度肯定是不一致的，我们能否从目前的情况来按照难易排序，这是非常关键的。

其次，我们能否确定不可替代的领域有哪些？在这些领域不得不排放二氧化碳，那就是碳中和需要中和掉的部分，我们就需要进行针对性预测。现在初步认为：居民生活比较容易用电力、地热、太阳能来替代，关键在于国家如何推动；交通领域，目前已经在大力发展电动汽车，以后可能用氢能驱动船和飞机等，这个替代可能只是个时间问题；农业领域大部分也可以替代；比较难替代是工业领域，包括冶金、化工、建材、矿山等等如何替代，还需要特别研究。

另外，我们要克服风电、光电等输出不稳定性的问题。未来我们的电力系统如何保证稳定输出将是需要考虑解决的关键问题。美国提出来2035年就要实现无碳电力，中国什么时候实现低碳电力或者无碳电力，这也需要认真研究。

目前有很多国家对氢能寄予了很大希望，我们的院士当中也有不同的声音。氢能战略也需要国家拿出方案。我国大约100亿吨二氧化碳排放中，发电端占比约47%，消费端如工业过程、居民生活等等占了53%，要实现碳中和就需要在发电端用更多的非碳能源来发电、在消费端用电和氢能等来替代，构建一个两端共同发力的系统。

非碳能源技术发展是个迭代的过程，需要逐渐进步，但具体分几步来做是一个问题。大化所的刘中民院士他们提出来三步走：

第一步是化石能源的清洁高效利用与耦合替代；

第二步，可再生能源多能互补与规模应用；

第三步，低碳能源智能化多能融合。

具体怎么做，还需要进一步探讨。这个问题最后还要和第二个专题一起“收口”。

图5 排放端专题分布及关系

第五个专题是关于我国陆地生态系统的固碳现状，就是说我国生态系统现在到底有多少固碳能力，以及碳汇的功能与速率，不同有机碳之间什么时候会达到平衡？还有我刚才讲到的碱性土壤这个问题，目前的研究还很少，也需要加强研究。

中科院已经做过一些关于碳收支项目的研究。现在认为，我国目前地表碳储量相当于363亿吨二氧化碳，每年固碳速率是10到40亿吨二氧化碳，我们估计森林在2060年以前将会达到固碳的峰值，之后固碳速率就会降低。干旱半干旱区的土壤还很难估计。图6就是用不同的方法测算出来的碳源，数据差别比较大。

图6 当前我国陆地生态系统固碳速率

计算我国陆地生态系统未来固碳的潜力，主要有以下核心问题：

一是陆地和近海不同生态系统的固碳潜力如何，以及未来在气候变化影响下，它们会如何变化；二是我国生态恢复、建设工程这些面状分布区未来的固碳潜力如何；三是新增点状分布区的固碳潜力如何，比如城市造林绿化等；四是其他一些人为措施，比如南水北调西线工程上马后西部干旱区变绿、海水淡化等实现之后，在其影响下新增的固碳潜力如何；还有未来陆地生态系统增加碳汇的措施，比如秸秆闷烧成碳屑等。我们还需要研究证明这些增汇措施的长期性。

第七个专题是碳捕集利用工程封存技术。我们谈到的负排放技术目前有图8中列出的这些，包括将二氧化碳制成化学品、将二氧化碳制成燃料、微藻的生产、混凝土碳捕集、提高原油采集率、生物能源的碳捕捉和存储、硅酸盐岩石的风化和矿物碳化、植树造林、土壤有机碳和土壤无机碳、农作物的秸秆烧成木炭还田等等。这些负排放技术中，前面几项是国际上所谓的CCUS技术，后面用红箭头标出来的这两项——矿物碳化和生物炭，我国研究得还比较少。

图7 全球实现碳中和的主要技术

这里的核心问题是，这些技术还需要进一步研究，现在还没有必要马上就大规模工程封存，那是要在2060年之前考虑的问题。目前这方面的技术进步是比较快的，未来会进步到什么程度还不好预测，但是我个人认为，最好不要单纯地封存，那样不产生经济效益，还是要想办法如何利用二氧化碳。

计算我国陆地生态系统未来固碳的潜力，主要有以下核心问题：

一是陆地和近海不同生态系统的固碳潜力如何，以及未来在气候变化影响下，它们会如何变化；二是我国生态恢复、建设工程这些面状分布区未来的固碳潜力如何；三是新增点状分布区的固碳潜力如何，比如城市造林绿化等；四是其他一些人为措施，比如南水北调西线工程上马后西部干旱区变绿、海水淡化等实现之后，在其影响下新增的固碳潜力如何；还有未来陆地生态系统增加碳汇的措施，比如秸秆闷烧成碳屑等。我们还需要研究证明这些增汇措施的长期性。

第九个专题是政策如何推动的问题，包括如何推动非碳技术，如何进行生态建设增加碳汇。目前来说，我国在减排问题上，政府约束性政策大于市场机制，以后可能要更多地依靠市场来发挥作用。

图8 政策技术分析框架

图9 咨询项目的最后情景设计与综合

如图9，这个项目最终会做一个情景设计：假如我国每年不得不排放25亿吨二氧化碳，这些排放来自哪里？根据目前观测比例，自然过程可以吸收13亿吨，如果生态系统吸收8亿吨，可能还要考虑用风化和碳酸钙沉淀吸收2亿吨，还有2亿吨可能要变成生物炭埋到土壤中。然后就是各种技术如何迭代，最后考虑如何收口。整个情景大概是这么一个设计。到2060年，如果我国能够做到25亿吨二氧化碳排放量，我个人认为是非常了不起了。