简而言之，碳中和是指在一定空间区域（如一国、一省市甚至一企业园区）范围内，其排放的碳（主要是指二氧化碳。甲烷由于在确定其来源，以及监测、测量等方面技术支撑不足，尚难精准确定其排放主体）与通过自然过程和人为过程固定的碳在数量上相等，即达到净零排放状态。可见，碳中和与碳的“零排放”是两个截然不同的概念。
自然过程固碳可理解为地球系统本身对来自人类作用产生的“额外”的碳的吸收固定能力，它同具体国家或主体的努力无关，属于“天帮忙”。
人为过程固碳有多种形式，比如把二氧化碳从烟道中收集起来后，或制成化学和生物制品，或打入地球深处封存，或打入油气田用于油气采集过程中的“驱动”体系，等等；保护和养育陆地与近海的生态系统，使碳固定在植被、土壤或海底中，也属于“人努力”，即人为固碳过程。
“天帮忙”与“人努力”固碳量的总和若与人为排放量相等，即为碳中和。
根据碳中和定义以及碳排放、碳自然吸收、碳人为固定等概念，我们可以导出结论：碳中和是一个三端共同发力体系，即发电端用水、光、风、核等非碳能源替代煤炭、石油、天然气，能源消费端通过工艺流程再造，用绿电、绿氢、地热等替代煤炭、石油、天然气，固碳端用生态建设、CCUS等碳固存技术，将碳人为地固定在地表、产品或地层中。这就是碳中和的基本逻辑。
一国无论是技术原因，还是市场原因，其“不得不排放”的二氧化碳总量等同于自然吸收量与人为固碳量之和，即可视为净零排放，实现了该国的碳中和。由此可见，有先进并廉价的技术可供这三端所用，是实现碳中和的前提条件。也就是说，“技术为王”将在碳中和过程中得以充分体现。
2021年我国电力装机容量为23.8亿千瓦，未来假定：能源消费端要实现电力替代、氢能替代（氢气也主要产自电力），人均GDP从一万美元到三四万美元所需的能源总量明显增长，风、光发电利用小时数难以明显提高，未来总人口不会明显下降，那么我国实现碳中和之时，估算总的电力装机容量会在60亿到80亿千瓦之间。
从实现碳中和的角度，我国拟以装机总量60 亿～ 80 亿千瓦（风力发电、光伏发电共占比70%，稳定电源、应急电源和调节电源占比30%）为目标，规划新型电力系统。在40 年时长内，大致以每十年为一期，顺次走控碳电力、降碳电力、低碳电力最后到近零碳电力之路，并完成超大规模的输变电基础设施建设。
▲ 新型电力系统中的运行控制关键技术体系
要建立这样的新型电力系统，无论是发电，还是储能、转化、消纳、输出等，技术上都有大量需要攻克的关键环节，这将成为实现碳中和目标的重中之重。
用非碳能源发电、制氢，再用电力、氢能替代煤炭、石油、天然气用于工业、交通、建筑等部门，从而实现能源消费端的低碳化甚至非碳化，这是实现碳中和的核心内容。在绿色低碳电力供应充足并价廉的前提下，能源消费端的低碳化主要是通过各种生产工艺流程的再造来完成。
能源消费端的排放大户是工业、交通、建筑三部门，工业部门的排放大户是钢铁、有色、化工、建材四领域。
▲ 2020～2060年钢铁行业低碳技术发展路线预测
学术界对固碳方式已有过很多研究，主要分四大类。第一类是通过对退化生态系统的修复、保育等措施，提高光合作用并将更多碳以有机物形式固定在植物（尤其是森林）和土壤之中，这是最重要的固碳过程，2010～ 2020年我国陆地生态系统的固碳能力为每年10 亿～ 15亿吨二氧化碳，最有可能的估计范围为每年11 亿～ 13亿吨二氧化碳；第二类是将低浓度二氧化碳进行捕集富集为高浓度的二氧化碳，再通过化学转化、生物转化、矿化以及地质利用转化制成或得到各类化学品、燃料、材料和资源；第三类是捕集二氧化碳后，将其封存于地层之中；第四类是生物质燃料利用、采伐树木及秸秆等闷烧还田等。
▲ 中国科学院大连化学物理研究所千吨级/ 年可再生能源制氢耦合CO₂加氢合成甲醇示范装置
在已有的经济社会发展逻辑之下，到21世纪中叶，一定会有一部分“不得不排放的二氧化碳”，不管是由于技术上不具备还是经济上不合算。由此，我们在对标碳中和时，首先要弄清楚一个问题：我们减排到什么程度，即可达到碳中和？
过去的全球碳循环数据表明，人为排放二氧化碳中的约54%被陆地和海洋的自然过程所吸收，假定未来几十年全球碳循环方式基本不变，尤其是海洋吸收约23%的比例不变，则各国排放的约46%那部分应该是“中和对象”。但事实上，陆地吸收的约31%大部分来自生态过程，小部分来自其他过程，二者之间的比例目前尚未研究清楚。根据相关研究，2010～2020年我国陆地生态系统每年的固碳量为10亿～15亿吨二氧化碳，最有可能的估计范围为每年11亿～13亿吨二氧化碳；一些专家根据这套数据并采用多种模型综合分析后，预测2060年我国陆地生态系统固碳能力为10.72亿吨二氧化碳，如果增强生态系统管理，还可新增固碳量2.46亿吨二氧化碳，即2060年我国陆地生态系统固碳潜力总量为13.18亿吨二氧化碳。根据以上分析，如果我国2060年时排放25亿～30亿吨二氧化碳，则海洋可吸收5.75亿～ 6.9亿吨，生态建设吸收13亿吨，陆地总吸收的31%中，生态系统吸收以外的其他过程如果占一定比例，吸收2亿吨左右，那么吸收总量将在22亿吨左右；在此基础上，如果发展5亿吨规模的CCUS技术固碳，则大致能达到碳中和。
▲ 碳中和畅想图
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