点击蓝字 关注我们
根据中国能源资源禀赋及目前所处发展阶段，要真正在2060年前实现碳中和，最大的困难是尚无全面支持从“高碳社会”向“碳中和社会”转型的技术体系。那么，中国实现碳中和需要形成一个什么样的技术体系？我们将从碳中和的概念和逻辑入手，重点介绍完成碳中和的“技术需求清单”。
碳中和的概念
碳中和应从碳排放（碳源）和碳固定（碳汇）这两个侧面来理解。
碳排放既可以由人为过程产生，又可以由自然过程产生。人为过程主要来自两大块，一是化石燃料的燃烧形成二氧化碳（CO2）向大气圈释放，二是土地利用变化（最典型者是森林砍伐后土壤中的碳被氧化成二氧化碳释放到大气中）；自然界也有多种过程可向大气中释放二氧化碳，比如火山喷发、煤炭的地下自燃等。但应该指出：近一个多世纪以来，自然界的碳排放比之于人为碳排放，对大气二氧化碳浓度变化的影响几乎可以忽略不计。
碳固定也有自然固定和人为固定两大类，并且以自然固定为主。最主要的自然固碳过程来自陆地生态系统。陆地生态系统的诸多类型中，又以森林生态系统占大头。所谓的人为固定二氧化碳，一种方式是把二氧化碳收集起来后，通过生物或化学过程，把它转化成其他化学品，另一种方式则是把二氧化碳封存到地下深处和海洋深处。
过去几十年中，人为排放的二氧化碳，大致有54%被自然过程所吸收固定，剩下的46%则留存于大气中。在自然吸收的54%中，23%由海洋完成，31%由陆地生态系统完成。
所谓碳中和，就是要使大气二氧化碳浓度不再增加。我们可以这样设想：我们的经济社会运作体系，即使到有能力实现碳中和的阶段，一定会存在一部分“不得不排放的二氧化碳”，对它们一方面还会有54%左右的自然固碳过程，余下的那部分，就得通过生态系统固碳、人为地将二氧化碳转化成化工产品或封存到地下等方式来消除。只有当排放的量相等于固定的量之后，才算实现了碳中和。由此可见，碳中和同碳的零排放是两个不同的概念，它是以大气二氧化碳浓度不再增加为标志。
二氧化碳排放来源及实现碳中和的基本逻辑
我国当前二氧化碳年排放量大数在100亿吨左右，约为全球总排放量的四分之一。我国目前的能源消费总量约为50亿吨标准煤，其中煤炭、石油和天然气三者合起来占比接近85%，其他非碳能源的占比只有15%多一点。在煤、油、气三类化石能源中，碳排放因子最高的煤炭占比接近70%。我国能源消费结构中，煤炭占比如此之高，在世界主要国家中是绝无仅有的。
约100亿吨二氧化碳的年总排放中，发电和供热约占45亿吨，建筑物建成后的运行约占5亿吨，交通排放约占10亿吨，工业排放约占39亿吨。电力/热力生产过程产生的二氧化碳排放，其“账”应该记到电力消费领域头上。根据进一步研究，发现这45亿吨二氧化碳中，约29亿吨最终也应记入工业领域排放，约12.6亿吨应记入建筑物建成后的运行排放。
根据我国二氧化碳的排放现状，我们就非常容易作出这样的推断：中国的碳中和需要构建一个“三端共同发力体系”：
第一端是电力端，即电力/热力供应端的以煤为主应该改造发展为以风、光、水、核、地热等可再生能源和非碳能源为主。
第二端是能源消费端，即建材、钢铁、化工、有色等原材料生产过程中的用能以绿电、绿氢等替代煤、油、气，水泥生产过程把石灰石作为原料的使用量降到最低，交通用能、建筑用能以绿电、绿氢、地热等替代煤、油、气。能源消费端要实现这样的替代，一个重要的前提是全国绿电供应能力几乎处在“有求必应”的状态。
第三端是固碳端，可以想见，不管前面两端如何发展，在技术上要达到零碳排放是不太可能的，因此，我们还得把“不得不排放的二氧化碳”用各种人为措施将其固定下来，其中最为重要的措施是生态建设，此外还有碳捕集之后的工业化利用，以及封存到地层和深海中。
电力供应端的技术需求
从实现碳中和的角度，我国未来的电力供应系统应该具备以下六方面特点：
未来需要促进发电技术、储能技术和输电技术这三方面的“革命性”进步。发电技术要为绿色低碳电力生产提供支撑。
储能技术在未来的电力供应系统中将占有突出的位置，因为风、光发电具有天然波动性，用户端也有波动性，这就需要用储能技术作出调节。可以这样说，如果没有环保、可靠并相对廉价的储能技术，碳中和目标就会落空。
建立一个新型电力系统，其实是逐步“挤出”火电的过程，或者严格地说，是一个把火电装机量占比减到最小的过程，留下的火电也得作“清洁化”改造。
固碳端的技术需求
我们讲固碳，主要是指通过人为努力固定下的那部分，而地球自然固碳过程则属于“天帮忙”，很难归功于具体的国家或实体。
“人努力”进行固碳一般可分两大途径，
一是生态系统的保育与修复；
二是把二氧化碳捕集起来后，或加工成工业产品，或封埋于地下或海底，这第二方面就是经常谈到的“碳捕获、利用与封存”——CCUS。
碳捕集技术分三大类：
一是化学吸收法，它用化学吸收剂同烟道气中的二氧化碳生成盐类，再加热或减压将二氧化碳释放并收集。
二是吸附法，又细分为化学吸附法和物理吸附法。化学吸附法是用吸附材料同二氧化碳分子先作化学键合，再改变条件把二氧化碳分子解吸附并收集；物理吸附法是利用活性炭、天然沸石、分子筛、硅胶等对烟道气中的二氧化碳作选择性吸附后再解吸附回收。
三是膜分离法，即利用膜对气体分子透过率的不同，达到分离、收集二氧化碳之目的。
碳中和的路线图规划
根据我国五年规划的惯例，可考虑以两个五年规划为一个阶段，分四个阶段，四十年时间实现碳中和目标：
第一步为“控碳阶段”，争取到2030年把碳排放总量控制在100亿吨之内，电力需求的增长应尽量少用火电满足，而应以风、光为主，内陆核电完成应用示范，制氢和用氢的体系完成示范并有所推广。
第二步为“减碳阶段”，争取到2040年把二氧化碳排放总量控制在85亿吨之内。火电装机总量争取淘汰15%落后产能，用风、光资源制氢和用氢的体系完备及大幅度扩大产能。
第三步为“低碳阶段”，争取到2050年把二氧化碳排放总量控制在60亿吨之内。火电装机总量再削减25%，风、光发电及制氢作为能源主力，经济适用的储能技术基本成熟。
第四步为“中和阶段”，力争到2060年把二氧化碳排放总量控制在25亿—30亿吨。智能化、低碳化的电力供应系统得以建立。
碳中和带来的机遇和挑战
对我们来说，主要的挑战在以下五个方面：
一是我国的能源禀赋以煤为主。
二是我国制造业的规模十分庞大。
三是我国经济社会还处于压缩式快速发展阶段，城镇化、基础设施建设、人民生活水平提升等方面的需求空间巨大。
四是我国的能源需求还在增长，意味着我国的二氧化碳排放无论是总量还是人均都会继续增长。
五是我国2030年达峰后到2060年中和，其间只有30年时间。
前面我们谈了碳中和对中国的五方面挑战，下面再谈五点机遇：
一是我国光伏发电技术在世界上已是“一骑绝尘”，风力发电技术处在国际第一方阵，核电技术也跨入世界先进行列，建水电站的水平更是无出其右者。
二是我国西部有大量的风、光资源；东部我们有大面积平缓的大陆架，可以为海上风电建设提供大量场所。
三是我国的森林大都处在幼年期，生态系统的固碳潜力非常大。
四是我们实现碳中和目标的过程，也是环境污染物排放大大减少的过程。
五是我国的举国体制优势将在碳中和历程中发挥重大作用，因为碳中和涉及大量的国家规划、产业政策、金融税收政策等内容，需要真正下好全国一盘棋。
文章来源：北京汇智绿色资源研究院BIGR，作者：丁仲礼。
选择嘉洁能 温暖一座城
新型储能 清洁供暖 智慧用电