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            全球對氣候變化的影響已經達成共識,應對氣候變化刻不容緩
            來源:碳排放管理師網 碳排放管理師網 發布時間:2021-12-31

            氣候變化導致的全球性溫度升高、海平面上升、極端氣候事件頻發,正在對人類生存和發展帶來嚴峻挑戰。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發布的第六次評估報告第一工作組報告《氣候變化2021:自然科學基礎》,以“毋庸置疑”這一史無前例的肯定語氣,指出氣候變化是由人類活動引起,而此前IPCC報告用的詞匯是氣候變化“可能”“很可能”“極有可能”由人類活動排放溫室氣體造成。為避免氣候災難,自上世紀90年代以來,國際社會一直在尋找公平合理地控制溫室氣體排放、解決氣候變化問題的途徑,并取得了重要進展。2015年國際社會圍繞應對氣候變化達成了《巴黎協定》,確立了全球在本世紀末將升溫幅度控制在2℃并努力控制在1.5℃以內的目標,并提出在本世紀下半葉實現溫室氣體源的人為排放與匯的清除之間的平衡,使碳中和目標逐漸進入各國政府的應對氣候變化戰略決策,目前全球已有包括中國在內的130多個國家提出了碳中和目標。碳中和的路徑是什么,如何發揮科技創新的支撐引領作用,正在成為當前學術界研究的熱點。
             
             
            1背景
             
             
            早在19世紀上半葉,科學家就已經關注到人類對氣候變化的影響。1837年法國數學家和物理學家約瑟夫·傅里葉提出,人類社會的發展在地球的許多地區引起地表狀態、水資源分布以及大氣運動等方面的顯著變化,這樣的變化可能會對那些地區的氣溫產生影響;1896年瑞典科學家阿倫紐斯通過建立氣候模型得出,大氣中二氧化碳濃度增加一倍將導致地球氣溫升高5~6℃。20世紀以來,隨著在大氣、海洋、地質等不同領域的研究取得進展,人們對氣候變化的認識逐漸深入。1938年英國工程師卡倫德提出,自1880年以來二氧化碳濃度增加導致地球以每年0.005℃的速度變暖;1979年召開的第一次世界氣候大會上,與會科學家就大氣中二氧化碳濃度增加將導致地球升溫達成初步共識。隨著1992年《聯合國氣候變化框架公約》(以下稱《公約》)、1997年《京都議定書》、2007年“巴厘路線圖”、2009年《哥本哈根協定》以及2015年《巴黎協定》等國際性公約和文件的出臺,全球應對氣候變化的步伐不斷向前邁進。
             
             
            2018年IPCC發布的《全球升溫1.5℃特別報告》指出,要實現將全球氣溫升高控制在1.5℃攝氏度以內這一目標,需要到2050年將人為的溫室氣體凈排放量降至零,也就是要達到“碳中和”。事實上,“碳中和”概念最早于1997年在歐洲出現,由來自英國倫敦的未來森林公司(FutureForests)首次提出,指家庭或個人以環保為目的,通過購買經過認證的碳信用來抵消自身的碳排放的行為,公司為這些用戶提供植樹造林等碳減排服務。
             
             
            1999年一個名為“碳中和網絡”的非營利組織在美國俄勒岡州創立,呼吁企業通過“碳中和”的方式促進可持續發展。英國在2002年建立了世界上第一個零碳社區——倫敦貝丁頓,成為碳中和地方示范的開創者。2003年美國影星萊昂納多·迪卡普里奧專門在墨西哥植樹,用于抵消他旅行等活動制造的二氧化碳排放,并宣稱自己是美國第一個碳中和公民。2006年“碳中和”被評為《新牛津美語字典》當年年度詞匯。目前,碳中和已經得到社會各界的廣泛認可,全球已有130多個國家提出碳中和目標,包括歐盟、美國、日本、中國、巴西等主要經濟體。
             
             
            實現碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革,科技創新發揮著不可替代的重要作用。近年來,主要發達國家和經濟體都圍繞碳中和出臺了行動計劃,對相關領域技術研發加快布局。例如,日本制定《綠色增長戰略》,擬動員超過240萬億日元的資金投入相關領域技術創新和綠色產業發展;英國公布《綠色工業革命十點計劃》,擬投入120億英鎊支持相關領域技術研發并期待創造25萬個就業機會;美國發起“能源攻關計劃”,擬通過技術創新大幅降低清潔能源生產、儲運和使用成本,加速能源系統向綠色低碳轉型;歐盟出臺《歐洲綠色新政》,圍繞能源、工業、建筑、交通、農業等各個領域科技發展需求進行系統部署,其根本戰略目標是要重塑未來發展方式,引領全球綠色轉型進程。未來,誰能在這場技術變革中占得先機,誰就能率先降低經濟社會轉型成本并增強產業全球競爭力,就能在發展模式的根本轉變中贏得主動。
             
             
            我國對氣候變化問題一直高度重視。在《公約》談判中發揮重要作用并積極維護發展中國家利益,1992年11月批準加入《公約》,1998年5月簽署《京都議定書》。同時,立足自身國情采取了一系列應對氣候變化的政策和措施,在減緩和適應氣候變化方面起到了顯著的作用。
             
             
            在巴黎氣候變化大會的籌備與召開過程中,中國與締約國各方積極溝通互動,努力推動會前及會議期間談判與磋商取得進展,特別是《中美氣候變化聯合聲明》《中歐氣候變化聯合聲明》對《巴黎協定》的達成發揮了重要作用。
             
             
            2016年9月我國正式批準加入《巴黎協定》。2020年9月,習近平在第75屆聯合國大會上提出我國將“提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和”。當前,我國政府已經將碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局,成立了碳達峰碳中和工作領導小組,正在制定碳達峰碳中和時間表、路線圖和一系列行動方案與落實舉措(這些方案和路線圖已經公布-能源情報備注)。
             
             
            2思路
             
             
            科技創新在支撐我國碳中和目標實現進程中的作用十分關鍵,構建我國碳中和技術體系需要在跟蹤調研國內外關于實現凈零排放路徑的相關研究基礎上,從當前碳排放現狀分析入手,緊密結合碳減排技術需求,綜合考慮以下幾個方面問題。
             
             
            2.1從供給側和消費側的角度,分析我國碳排放的現狀特征和技術需求趨勢
             
             
            2020年,我國溫室氣體年凈排放總量約為126億t二氧化碳當量,包括約136億t的溫室氣體排放和約10億t的碳匯。溫室氣體排放中二氧化碳排放約112億t,其中包括約40億t的電力能源活動碳排放、約59億t的非電能源活動碳排放、約13億t的工業過程碳排放;非二氧化碳溫室氣體(簡稱“非二溫室氣體”)排放約24億t二氧化碳當量。當前我國溫室氣體排放總量大,能源活動、工業過程二氧化碳排放和非二溫室氣體排放的削減都面臨巨大挑戰,不僅需要供給側的主動調整,而且需要消費側的積極響應。對于二氧化碳減排,能源供給部門需要大力發展清潔電力與燃料,實現電力和非電能源供給結構零碳轉型。非化石能源供給比重需要從2020年的約16%提升至2060年的80%,2060年電力占能源供給比重提升至70%~80%,氫能等零碳非電能源在能源供給的比重達到15%以上。能源消費部門需要變革能源利用形式,實現能源消費結構向電氣化、低碳燃料的過渡;同時對工業過程進行原料替代和流程再造,大幅度削減生產過程中的碳排放。
             
             
            2.2根據低碳、零碳、負碳技術不同特點,確定我國碳中和技術路徑和發展方向
             
             
            一是以低碳技術為基礎。發展節能增效等低碳技術一直以來是我國應對氣候變化的重要舉措,在工業、建筑、交通等領域碳減排工作中取得了顯著成效。在能源體系和結構實現全面轉型、深度脫碳與負排放技術全面成熟前,應繼續堅持節能減排和提質增效,充分發揮低碳技術的基礎性作用。
             
             
            二是以零碳技術為重點。碳中和要求整體經濟社會活動實現源匯相抵、達到凈零排放,而非國家自主貢獻目標的相對量減排,僅依靠低碳技術不足以支撐碳中和目標的實現。因此,碳中和目標的提出對能實現深度減排的可再生能源發電和核電等零碳電力能源技術、氫能和氨能等零碳非電能源技術的需求明顯增強,零碳技術將成為未來我國碳中和技術體系的重點部署方向。
             
             
            三是以負碳技術為保障。在低碳和零碳技術全面應用情形下,據預測,到2060年在能源活動、工業過程和非二氧化碳溫室氣體排放等方面仍將有15億t二氧化碳當量左右的碳排放無法實現減排。需要從現在開始,部署和發展負碳技術,做好碳中和目標實現的托底保障。
             
             
            將碳捕集利用與封存(CCUS)、碳匯與負排放技術納入碳中和技術體系的構建,用于抵消無法通過零碳電力能源技術和零碳非電能源技術、燃料/原料與過程替代技術、非二溫室氣體削減技術實現削減的碳排放。
             
             
            2.3重視復雜性問題的系統解決方案,強化碳中和技術與體系的耦合優化與協同增效
             
             
            碳中和目標的實現是一項系統性工程,涉及電力、工業、建筑、交通等領域的各種低碳、零碳和負碳技術,共同構成了一個多維的復雜系統。從系統目標來看,碳中和的科技支撐不僅僅是解決能源轉型或溫室氣體減排問題,而且要兼顧能源資源安全和經濟社會可持續發展等重大問題;從產業關系來看,碳中和不僅僅是單一領域或某一行業的深度減排問題,而是要從全產業鏈和跨產業的角度提供重點突破與協同減排的科技支撐;從技術應用來看,碳中和技術的應用推廣需要考慮不同區域、行業和領域的不同應用場景,加強集成耦合與系統優化,實現“1+1>2”的協同效應。
             
             
            3技術體系
             
             
            根據上述思路提供的設計框架,碳中和技術體系需要覆蓋全口徑溫室氣體,兼顧供給側和消費側減排需求,發展零碳電力能源技術、零碳非電能源技術、燃料/原料與過程替代技術;發展非二溫室氣體削減技術,實現非二溫室氣體的深度減排;以凈零排放目標倒推技術需求,注重脫碳/負碳技術,發展CCUS/碳匯與負排放技術;打破產業、行業、區域邊界限制,統籌考慮技術應用需求,發展集成耦合與優化技術。技術體系構建與技術分類不同,后者往往是通過設定標準將技術進行區分的過程,而前者是尋求為實現目標而進行的技術系統分類與技術優化組合的統一。綜上所述,我國碳中和技術體系的構建可以考慮以下幾個方面:
             
             
            (1)節能提效低碳技術。
             
             
            降低能源消耗的碳排放強度,促進清潔能源發展。包括化石能源清潔高效利用、煤氣化聯合循環發電、超高參數超超臨界發電技術等,以及工業、農業、建筑、交通等領域的節能減排與提質增效技術。
             
             
            (2)零碳電力能源技術。
             
             
            完成供給側電力生產與輸送的零碳化改造,推動實現電力系統轉型,為終端用能電氣化提供基礎。包括可再生能源電力與核電技術、儲能技術和輸配電技術等。
             
             
            (3)零碳非電能源技術。
             
             
            主要用于解決電力密度不夠、無法儲存的問題,是電力能源的補充,與之共同形成零碳能源系統。包括氫能、零碳非氫燃料、供暖技術等。
             
             
            (4)燃料原料替代技術。
             
             
            解決燃料與原料替代工藝和流程問題,利用工藝過程的改進和技術變革提供低碳和零碳產品。包括燃料替代技術、原料替代技術、工業流程革新與再造技術、資源回收與循環利用技術等。
             
             
            (5)非二溫室氣體削減技術。
             
             
            對非二溫室氣體從源頭、過程和末端進行處置,降低碳匯和負排放技術的負擔,同時對非二溫室氣體進行再生利用。根據控制方法分為源頭減量、過程控制、末端處置和綜合利用技術。
             
             
            (6)CCUS技術。
             
             
            CCUS技術將生產過程中產生的二氧化碳進行捕集,封存于地質結構中,減少向大氣的排放,其中部分還可作為“綠碳”成為未來相關生產流程的原料供給。根據工藝流程,可包括捕集技術、壓縮與運輸技術、地質利用與封存技術。
             
             
            (7)負碳技術。
             
             
            主要針對難以削減的碳排放量,分為碳匯和其他負碳技術。碳匯技術通過植樹造林、植被恢復等措施,吸收大氣中的二氧化碳。其他負碳技術通過直接空氣捕集、增強礦物風化、人工光合作用等技術去除大氣中的二氧化碳。
             
             
            (8)集成耦合與優化技術。
             
             
            通過強化技術之間的集成優化,使各類技術在特定場景下的組合實現最優減碳效果,加強碳中和目標與其他社會經濟發展目標及可持續發展目標的協同。包括能源互聯、產業協同、節能減污降碳、管理支撐技術。
             
             
            4幾個問題的討論
             
             
            從現在到2060年實現碳中和,留給我們的時間不足40年,在未來通往碳中和的道路上有許多值得探討的話題,這些問題涉及經濟增長、社會發展、產業升級、能源安全、體制機制等多個方面,對于我國碳中和技術體系的構建有重要的影響。這里對幾個主要問題及其相互關系做一個簡單的討論。
             
             
            4.1“雙碳”目標與經濟增長的關系
             
             
            實現2030年碳達峰、2060年碳中和(以下簡稱“3060”雙碳目標)與我國到2035年基本實現社會主義現代化、2050年建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現代化強國目標(以下簡稱“3550”經濟發展目標)高度一致。
             
             
            根據《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出的到2035年人均國內生產總值達到中等發達國家水平這一目標,我國經濟總量大約需要較2020年翻一番,這意味著經濟年均增速不低于5%,期間要實現碳排放高質量達峰和到2035年排放量穩中有降,需要碳強度年均降幅不低于5%。這兩個5%是否會產生矛盾呢?事實上,“3060”的雙碳目標與“3550”的經濟增長目標是內在統一的。“雙碳”目標本質是高質量發展,這一目標的實現既需要傳統產業綠色轉型升級,也需要新興產業的培育,這一過程本身就是在促進經濟增長和提質增效,碳中和技術體系的構建將為實現上述進程發揮重要的支撐引領作用。
             
             
            4.2挑戰與機遇的關系
             
             
            全球對氣候變化的影響已經達成共識,應對氣候變化刻不容緩。2006年《斯特恩報告》在闡述氣候變化造成的風險和挑戰問題時提出,問題不在于我們是否負擔得起采取行動的成本,而是我們是否承受得起不采取行動的后果。碳中和將導致整個能源體系和產業體系的顛覆性變革,挑戰無疑是巨大的。尤其像我國這樣一個仍處于工業化和城鎮化較快發展階段的國家來講,要在10年內實現碳達峰,再用30年左右時間實現碳中和,需要付出艱苦的努力。然而,回顧歷史,每一次大的變革同時也孕育著新的機遇。碳中和將帶動世界各國在低碳技術競爭、產業協同發展以及就業等方面創造新的機會,帶來經濟社會發展與生態環境保護等多重效益。從長期看,碳中和對我國發展既是挑戰更是機遇,只要我們及時制定和實施科學合理的政策措施,合理構建并及時部署支撐碳中和目標的技術體系,就能夠在應對氣候變化的行動中搶抓機會并贏得主動。
             
             
            4.3化石能源與可再生能源的關系
             
             
            隨著光伏、風電等可再生能源技術的快速發展以及儲能技術不斷實現突破,化石能源在一次能源供應體系中的比重逐漸降低,清潔低碳的新能源供應體系將逐步形成。但是,能源是關系一個國家經濟社會發展全局性戰略性問題,對國家繁榮、人民生活改善、社會長治久安至關重要。受自然資源稟賦影響,許多國家和地區并不具備完全建立由可再生能源組成的能源系統的條件,從能源安全角度講,完全擺脫對化石能源的依賴至少在目前的科學技術條件下并不現實。
             
             
            4.4技術、政策與市場的關系
             
             
            我國未來40年的碳中和之路,是能源體系和產業結構的變革之路,科技創新無疑將發揮不可替代的作用。在某些領域需要取得重大突破甚至出現顛覆性技術創新,從而為實現碳中和目標提供有力支撐。一些技術具有很大的潛力,如可控核聚變、人工光合作用、負排放技術、地球工程技術等,這些技術的突破將可以提供充足的綠色清潔能源,為減少大氣中的溫室氣體發揮重要作用。
             
             
            但這些技術的實現具有較大的不確定性,也不是現在就可以規劃或設計出來的,需要基礎研究的突破和技術研發的長期積累與創新環境的不斷改善。同時,碳中和是一場經濟社會系統性變革,在認識科技重要性的同時,也需要充分發揮政策制度、市場機制等作用。通過制定相應的法律法規和政策規定為實現碳減排目標提供有力的制度保障,通過綠色金融、碳稅等政策措施為低碳技術創新和相應產業發展提供激勵。通過充分發揮碳交易機制的作用,推動碳價進入生產決策,通過碳價信號引導企業加大低碳技術研發力度和應用步伐,從而加快碳減排進程。
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