一文解读：碳中和机遇与挑战

 

碳中和，等同于“净零排放”，而不是“零排放”。净零排放，是指二氧化碳排放量中的一部分被自然过程吸收而固定，余下部分则通过人为努力而固定（比如通过生态系统建设吸收二氧化碳，或把二氧化碳收集后转为工业品或封存于地下），排放量与固碳量相等。碳中和，看的就是其排放量和固碳量之比。

 

目前，人类排放的二氧化碳有54%被自然过程吸收（其中陆地吸收31%，海洋吸收23%），另外的46%留在大气中，成为大气二氧化碳浓度升高的主要贡献者。海洋吸收主要通过无机过程形成碳酸钙沉积和微体生物合成碳酸钙，陆地吸收则主要通过生态系统固存有机碳和土壤/地下水吸收形成无机碳酸盐，以及在河道、河口中沉积埋藏有机碳。我国通过自然保护和生态工程建设等，2010—2020年间的陆地生态系统净固碳能力为每年10亿—13亿吨二氧化碳。

 

综上所述，碳中和需要依靠“发电端”“能源消费端”“固碳端”共同发力。“发电端”用风、光、水、核等非碳能源替代煤、油、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、油、气；“固碳端”用生态建设、碳捕捉—利用—封存（CCUS）等碳固存技术，将碳人为地固定在地表、产品或地层中。

 

（一）“发电端”：构建新型电力系统

 

第一个特点是电力装机容量巨大。我国目前的发电装机容量约为22亿千瓦，未来假定：（1）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）；（2）为实现人均GDP从1万美元增到3万—4万美元，所需的能源明显增长；（3）风、光发电利用小时数难以明显提高，那么估计我国实现碳中和之时，总的电力装机容量会在60亿—80亿千瓦之间。

 

第二个特点是我国丰富的风、光资源将逐步转变为主力发电和供能资源，既包括西部的风、光资源，也包括沿海大陆架风力资源，更包括各地分散式（尤其是农村）的光热等资源（如屋顶和零星空地）。

 

第三个特点是“稳定电源”应从目前火电为主逐步转化为以核电、水电和综合互补的清洁能源为主。

 

第四个特点是必须利用能量的存储、转化及调节等技术，克服风、光资源波动性大的天然缺陷。

 

第五个特点是火电只作为应急电源或一部分调节电源，应逐步用天然气取代煤炭发电。

 

第六个特点是在现有基础上，成倍扩大输电基础设施，平衡区域资源差异；并加强配电基础建设，增强对分布式资源的消纳能力。

 

为实现碳中和，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”占比30%为目标，规划新型电力系统。在40年内，大致以每十年为一期，顺次走控碳电力、降碳电力、低碳电力最后到近无碳电力之路，并完成超大规模的输变电基础设施建设。

 

（二）“能源消费端”：电力替代、氢能替代以及工艺重构

 

碳中和的核心，是用非碳能源发电、制氢，再用电力、氢能替代煤、油、气用于工业、交通、建筑等领域，从而实现消费端的低碳化甚至非碳化。

 

消费端的排放大户是工业、交通、建筑三个领域，工业领域的排放大户是钢铁、建材、化工、有色四个产业。

 

交通低碳化，推动轨道交通和私家车用电力替代，船舶、卡车、航空部分用氢能替代。在经济安全的前提下，加快建设私家车充电体系，建设从制氢到输运再到加氢站的完整体系。

 

建筑低碳化，城市以全面电气化为主，加上条件具备的小区以电动热泵（地源热泵、空气源或者长程余热）为补充，少部分情况特殊者可部分利用天然气；农村则以屋顶光伏+电动热泵+天然气+生物沼气+输入电力的适当组合为主。

 

工业低碳化，围绕电力、氢能替代化石能源，从技术层面变革突破，比如推动氢能+电力+煤炭的“混合型”炼铁（如氢冶金）。从工艺流程再造看，既可考虑先走低碳化的“混合型”再到无碳化的“清洁型”，也可考虑一步取代到位。水泥一般用石灰石做原料，煅烧过程中不可能不产生二氧化碳，这部分如得不到捕集利用，当在“不得不排放”的二氧化碳之列。此外，煤、油、气作为资源来生产基础化学品、高端材料、航油等，其开采—加工—产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”：生态建设

 

一是通过对退化生态系统的修复、保育等措施，增强光合作用并将更多碳以有机物的形式固定在植物（尤其是森林）和土壤之中。二是从烟道中收集二氧化碳，制成各类化学品和燃料，或者用于藻类养殖，形成生物制品。三是收集二氧化碳气体，用于油田驱油、驱气过程。四是收集二氧化碳，制成碳化水泥。五是收集二氧化碳后，封存于地层之中。六是生物质燃料利用、采伐树木及秸秆等闷烧还田等。

 

由于后面五种方式均需额外耗能，因此，固碳端首要聚焦生态建设。在2060年之前，对非生态碳固存技术先做深入研究和技术储备，力争掌握知识产权和工程技术，大幅度降低成本；临近2060年时，根据我国“不得不排放”的二氧化碳量和生态固碳贡献状况，再推动相关技术的应用。