金涌院士：中國達到碳中和，需要依靠大幅度、顛覆性科技創

撰文/金涌（中國工程院院士、清華大學化工系教授）

整理/韓繼波 新媒體編輯/呂冰心

2020年9月22日，我國在聯合國大會上提出，二氧化碳排放力爭于2030年前“達峰”，力爭于在2060年前實現碳中和。我國從碳達峰到碳中和的過渡期僅有30年，能源和經濟轉型、二氧化碳和溫室氣體減排的速度和力度，比發達國家實現轉型過程的速度和力度要大得多。2020年12月召開的中央經濟工作會議將碳達峰、碳中和列為2021年八項重點任務之一。

（圖片來源：網絡）

中國未來40年的碳達峰與碳中和之路，對于我國而言，是工業化向信息化轉變的時代；是可再生能源的時代；是核聚變能源的時代；是化石能源向化石資源轉變的時代；是資源循環利用的時代。

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碳中和要與經濟發展同步

工業、建筑、交通是減排重點

碳達峰和碳中和要與我國經濟發展同步進行，所以我國的碳達峰、碳中和必須早規劃，穩步推進，建立相關行業的退出機制，避免造成大的沖擊。還要用可再生能源替代化石能源，依靠大幅度、顛覆性科技創新，從初級產品生產轉變為髙附加值精細智能化產品的生產，而不是向金融業等虛體經濟方向發展。

據估算，我國2060年人口總量與現階段基本持平，約為14.6億，屆時人均GDP將突破5萬美元大關，達到現階段發達國家水平，而萬元GDP能耗將低于目前發達國家水平，有望減少至0.05至0.1噸標煤。全年能源消費總量為23.73億至47.46億噸標煤。中國社會2019年能源消費總量為48.6億噸標煤，可見我國社會2060年總能耗相較于現階段將有所下降，在最樂觀的情景下，能耗總量將下降一半以上。

工業、建筑、交通是化石能源消費最主要來源，也是降低能耗的重點對象。工業是最主要的能耗來源，其中，又以鋼鐵、建材、石化、化工、有色、電力等六大初級產品產業耗能最大、排放最多，且對煤、石油等化石能源的依賴度高，是我國節能減排的重中之重。

（圖片來源：新華社）

工業節能需從產業結構與技術兩方面下手。一方面推動傳統資源密集型低端產業、重工業向高端制造業、高技術產業發展，減緩對鋼鐵、水泥等高能耗產品的需求，刺激對高端工業品、服務和綠色環境的需求增長。另一方面以科技創新推動能源效率提高，如發電效率提升有望減少10%的火電碳排放，能源效率提升可使噸鋼能耗、單位水泥綜合能耗等進一步下降，使工業能耗大幅減少。

建筑業運行能耗包含采暖、空調、照明、炊事、洗衣等能耗，其中，采暖與空調能耗占50%至70%，是建筑節能的重要指標。2017年，我國建筑總面積643億平方米，平均建筑運行能耗為119.9（kWhm2a），單位面積能耗大。參照目前最先進的德國微能耗建筑，我國建筑單位面積能耗具有約90%的下降潛能，技術關鍵在于對建筑本身作優化設計，利用保溫層做好墻體、屋頂和窗戶保溫，采用相變蓄熱砂漿打造建筑內墻，利用地熱能、風能、太陽能等可再生能源使建筑實現能量自給。預計我國2060年單位面積建筑能耗達到現階段國際先進水平，約為10（kWhm2a），實現建筑運行總能耗相較于2017年下降約90%。

我國交通主要分為鐵路、公路、水路、民航等形式，目前交通對于節能減排的響應主要集中體現在公路運輸中。部分發達國家已發布禁售燃油車的相關規定，我國減少燃油車、推進新能源車發展的有關政策也正逐步完善。2019年，我國汽車保有量為2.6億輛，其中新能源車為381萬輛。隨著智能、共享、公共交通的完善和政策的鼓勵，私家車需求必將減少，預計2060年，我國將全部為新能源車，保有量約為1.5億輛。對新能源車的龐大需求將為新能源、電池儲能等產業帶來巨大發展與挑戰。此外，隨著儲電技術的快速發展，航空、鐵路、航海電氣化也將逐步實現，2060年有望實現全部電氣化的零碳交通。

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去煤化是我國能源結構改良的關鍵

零碳電力成未來能量供應主體

實現碳中和不僅要依靠能耗總量的下降，更要依靠能源結構的改良，去煤化是我國能源結構改良的關鍵。電力是人類社會最佳的二次能源，隨著清潔能源和儲能技術不斷發展、智能電網不斷完善，零碳電力必將逐步替代燃煤發電，成為未來能量供應主體。

2019年，我國人均用電0.51萬千瓦時，而根據前文預測，2060年，我國能源消費總量約為23.73億~47.46億噸標煤，若全由電力供能，則折合用電量19.3萬億~38.6萬億千瓦時，人均用電1.3萬~2.6萬千瓦時，是現在的2.5~5倍。而2019年美國人均用電1.35萬千瓦時，2060年我國人均用電量為現階段美國水平的1~2倍，實現以電力為主導可以期待。

過去10年可再生能源發電成本急劇下降，2019年，并網大規模太陽能光伏發電成本降至0.068美元千瓦時，陸上和海上風電成本分別降至0.053美元千瓦時和0.115美元千瓦時。同年火電平均發電成本約為0.05美元千瓦時。

為解決零碳電力系統波動性大、穩定性差等問題，最需克服大規模儲能問題。我國2019年清潔能源消費占比為23.4%，其中可再生能源占15.3%，而根據國際可再生能源署的估計，2050年，世界平均可再生能源消費占比將達66%，預示著2060年，我國基本實現零碳電力供能。未來分布式能源與分布式儲能的結合將成為解決人類能源問題的最終方案，以煤炭、天然氣等化石燃料為燃料的火電廠仍將保有少量規模，以滿足調峰與應急需求。

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資源化利用是理想途徑

告別化石能源邁入新時代

化石資源化利用是指諸如煤炭、石油、天然氣等不再作為能源，而是作為原料或材料投入使用，并經由化學反應轉化為非能源產品?；Y源化利用可使碳元素以化合物的形式轉向下游產品而非排入大氣環境，化石資源得以從能源結構中脫離，與碳排放解綁。

已大幅減少的二氧化碳則可通過植樹造林、CCUS（碳捕獲、利用與封存）技術加以回收。雖然植樹造林是很有效的碳中和途徑，但是樹葉、樹枝、秸稈、糞便在腐敗變質過程中會釋放大量溫室氣體甲烷，所以必須要對樹葉、糞便等物質進行處理，比如通過絕氧加熱技術進行碳化處理，把這些物質中的氫元素分離、提取出來，分離后的這些物質成為多孔、固態生物碳，埋入土壤中既可以固碳，又可以保墑。

在未來充沛能源的支撐下，資源化利用是回收二氧化碳、實現碳中和最為理想的可行途徑。二氧化碳資源化利用方式主要包括光合作用、礦化處理、化學品合成等方面。

通過對我國未來40年綠色低碳循環發展路徑的系統性展望，我們繪制出一幅中國2060年碳中和藍圖。該藍圖的構建和實現遵循以人為本、科技支撐、經濟可行、節奏合理四項原則。

2060年碳中和目標對我國既是挑戰也是機遇。在推進碳中和的進程中，我國將從后工業時代邁向信息化時代，告別化石能源時代，邁入可再生能源時代、核聚變能源時代、化石資源時代、資源循環利用時代。