碳达峰碳中和战略背景的浅析与思考

2022-02-23屈倩倩

中国科技纵横 2022年23期

屈倩倩

（中国中煤能源集团有限公司，北京 100120）

0.引言

全球变暖带来的气候变化是当今世界面临的最严峻的非传统安全问题。自工业化时代以来，全球平均温度已经上升了近1°，海平面增高了19cm左右，照此趋势发展下去，到本世纪末，地球可能升温4.8°，海平面提高82cm。温室效应带来地球的生态危机，将使得冰山融化、极端天气、土地荒漠化、城市淹没、疾病多发等，这是人类生死存亡的大问题。极端天气与气候变化太快可能造成人类的生态灾难，冻层融化有可能释放出古老底层的有毒病菌，危害人类；极端天气、温度升高可能造成昆虫消失，也可能没有了四季，有研究表明也可能影响人类大脑的发育。

现代化工业社会过多地燃烧煤炭、石油等能源大量排放二氧化碳气体进入大气层是温室效应产生的主要原因。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能，它的增多会在大气中形成一种无形的玻璃罩，像一床棉被裹住了地球，使得地球温度升高。考虑到全球温室气体中二氧化碳的比重接近80%，并且相对其他气体如甲烷、一氧化碳、四氟甲烷，二氧化碳更容易引起气候变暖。因此学术界对于控制碳排放方面会更多地关注二氧化碳气体的排放。如何控制、减少二氧化碳等温室气体向大气排放成为全球应对气候变化的共识。

1.全球双碳推进与中国承诺

自1995年起，联合国气候变化大会相继通过《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》《巴黎协定》等重要成果，全球应对气候变化的合作逐步深入。《巴黎协定》的长期目标是将全球平均气温上升幅度控制在2℃以内（比前工业化时期），并努力将温度上升幅度限制在1.5℃以内。根据政府间气候变化委员会（IPCC）的科学评估，要实现控制温升2℃目标，全球二氧化碳中和时间在2070年左右；要实现控制温升1.5 ℃目标，全球二氧化碳中和时间提前在2050年左右[1]。

1.1 全球碳达峰、碳中和推进形势

（1）全球共同的价值观。目前，全球重要的经济体，也就是占全球GDP总量的75%、占全球排放量65%的国家已经承诺推进碳中和。全球碳中和实现之日意味着一个以化石能源为主的发展时代开始结束，一个新的非化石能源为主的发展时代的到来。

美国、欧盟、加拿大、韩国、南非、日本、巴西承诺碳中和的时间是2050年，澳大利亚承诺2040年实现碳中和，奥地利承诺2040年碳中和，2030年实现100% 的清洁电力。截至2019年，全球共有49个国家和地区实现碳达峰，主要是发达国家，也有少量发展中国家和地区（中国台湾地区）[2]。目前，全球已有126个国家和地区承诺在2050年前后期间实现碳中和。

（2）中国承诺。在2020年9月22日，我国宣布了力争2030年前实现碳排放达峰、努力争取2060年前实现碳中和的愿景。习近平总书记在2020年12月份联合国“2020气候雄心峰会”上代表我国又一次对世界承诺：到2030年，单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，为携手应对全球气候环境挑战提供了中国方案和中国智慧，充分展现了大国担当。从碳达峰到碳中和，英国和法国用了59年，美国用了43年，日本用了37年，中国仅有30年的时间，所以说，中国推进碳中和有3个最：最大的发展中国家、最大规模的降幅、最快的推进速度，这是一份沉甸甸的减碳承诺。

碳达峰碳中和的承诺标志着中国从现在开始由能源消耗强度控制转向能源强度与能源消费总量双控制。

1.2 双碳战略推进的国家规划

（1）中国二氧化碳排放现状。

根据荷兰环境评估署数据，中国2019年我国温室气体排放量达到140亿吨，其中瓦斯排放折合占比10%，农林和其他土地利用排放占比22%，其余应是化石能源利用排放，占比68%左右[3]。我国二氧化碳排放来源：电力和供热占比50%左右，工业占比30%左右，交通运输10%左右，其他占比10%左右。

（2）总体安排：10年达峰之路，40年中和之路。可定义为“四期、三阶段”，即：经过达峰期（2030年前）—平台期（2035年前后）—减排期（2040—2050年）—攻坚期（2050—2060年）4个10年，理想发展是“早日达峰、快速减排、全面中和”3个阶段。我国实现全社会碳中和力争按尽早达峰、快速减排、全面中和3个阶段有序实施：1）达峰以前以节能减排、控制化石能源消费总量为主，率先发展光伏、风电等清洁能源、提升终端设施电气化水平，推动电动汽车替代。2）快速减排阶段，可再生能源将占据主导地位，终端设施电气化水平大幅提高，电动汽车广泛推广。3）全面中和阶段以深度脱碳为主，CCUS、BECCS等前沿技术将迎来商业化推广。

1.3 正确认识碳中和碳达峰目标

（1）深刻理解“碳达峰、碳中和”的三重内涵，即科学内涵、经济内涵和政治内涵。科学内涵即气候变暖确定性强，减排控温刻不容缓；经济内涵即工业化步入后期，发展与“碳”渐脱钩；政治内涵即抓生态文明建设，做负责任大国。

（2）碳达峰碳中和推进的原则要求。从我国工业化进程的背景来看，从碳达峰到碳中和是大势所趋，但又非一蹴而就。要坚持有序性：碳达峰到碳中和至少需要30年的时间过程。要坚持平衡性：碳中和不是限制经济发展，简单降低能源供给；不是降低人们生活质量，简单限制能源消费；不存在全球统一模式，要走中国特色的碳中和之路。总而言之，发展是第一要务，能源转型必须考虑经济代价。碳中和碳达峰不应以牺牲经济的合理发展和老百姓的生活福祉为代价，处理好减污降碳和能源安全、产业链供应安全、群众正常生活的关系。要坚持多元化：应用多元技术形成立体减排体系。

（3）正确理解双碳战略与双控的关系。实行能耗双控是实现碳达峰碳中和目标的重要抓手和关键支撑，但双控并不等于双碳。双控是一个量的概念，而双碳既有量的概念，更有质的提升。

2.双碳战略推进与能源企业发展

2020年，我国二氧化碳排放总量约99亿吨，约占全球总量的1/3。能源活动是碳排放的重要源头，长期以来，我国能源以高碳化石能源为主[4]。而“富煤贫油少气”的资源禀赋条件决定了我国能源消费以煤为主的特征。2020年，我国能源消费为49.8亿吨标准煤，煤炭消费39.6亿吨，煤炭消费达到56.8%。煤炭消费所产生的二氧化碳排放量占整个能源活动碳排放总量的80%，占全国碳排放总量比重的60%以上[5]。

在“双碳”目标下，我国将加快构建以新能源为主体的现代能源体系，从源头控制碳排放。随着双碳的推进，以风能、太阳能为主的新能源将逐步发展，全社会煤炭需求量将大幅减少，以煤为主的能源企业探索转型之路迫在眉睫。

推进“五碳并举”是或许转型发展的必由之路。“五碳并举”，即在能源领域通过减碳、降碳、存碳、融碳、负碳五大举措贯彻落实好国家双碳战略，优化化石能源的开发利用。

2.1 开展能源清洁开采、绿色转化减碳

（1）清洁开采方面：一是高度重视不扰动地层的能源开采。比如煤炭开采力争做到矸石不出井、水体不流失、地表不变形，主要路径是充填开采、房柱式开采、保水开采、无煤柱开采、地下气化原位开采等。二是推进智能化开采，将云大物智移现代信息技术应用到煤矿开采过程中来。三是高度关注煤矿瓦斯的开发利用，减少排放。

（2）绿色转化方面：煤炭在转化利用过程中，尽可能多的拉长产业链，将废水废渣废气资源化利用，减少排放。煤化工工艺流程中的煤制氢环节，可以用绿电电解水制氢，减少二氧化碳排放。

2.2 化石能源高效利用降碳

能源利用从低效到高效方向发展，能源利用设备从锅炉、蒸汽机、到内燃机、燃气机，再到电动机，经历了能源散烧、外烧、内燃增压，再到富氧燃烧（鼓风）、电力驱动，不断提升热效率。实践证明，电能的利用效率远优于化石能源的直接利用效率。所以将化石能源高效利用、节能提效是最大的减排，而节能提效主要是依靠技术进步和科学管理实现。

—美国单位GDP能耗强度：1949年43.2吨标准煤/万美元、1985年6.5吨标准煤/万美元、2019年1.7吨标准煤/万美元。

—中国单位GDP能耗：1988年29.8吨标准煤/万美元、2019年3.4吨标准煤/万美元（下降了88.6%），是世界平均水平的1.4～1.5倍。

—若达到世界平均水平，可每年少用13亿吨标准煤、减排二氧化碳34亿吨。

发展节能产业重点在5个方面下功夫：优化产业结构、采用先进生产工艺、搞好设备节能、智能化技术应用节能、工业余热利用。我国能源利用效率仅有33%，较发达国家低30%左右，至少约50% 的工业耗能余热被直接废弃。余热回收被称为煤油气水之后的第五大能源。例如陕鼓集团在厂区建设的能源互联岛。通过创新开发的“能源互联岛”技术和系统解决方案，根据用户侧精准需求及资源禀赋，通过互联网及大数据分析，将用户侧需求的冷、热、电、风、水、废、消防、安防、环境监测等九大系统通过自主研发的智能管控平台进行有机耦合，按时、按需、按质向用户端提供低碳、安全、高效、智慧的分布式清洁能源综合一体化系统解决方案，实现土地集约、设备集约、供能集约、运营集约。

目前，陕鼓集团已在临潼工业园区建成了能源互联岛全球运营中心，打造了全球行业内万元产值能耗最低、排放最少的智能制造基地，使陕鼓制造基地万元产值能耗下降到5kg标准煤。

2.3 废弃矿井利用存碳

基于“技术、环境、经济”一体化的科学思想，应鼓励支持废弃矿井二氧化碳地质封存，推动废弃矿井能源化、资源化、功能化综合开发利用，促进废弃矿井发展可再生能源，提升废弃矿井开发利用的效率。

据预测，到2025年，我国废弃矿井资源开发利用率将达到20%以上，废弃矿井资源开发利用会全面启动；2030年，预计废弃矿井开发利用率达到30%以上，开发利用的技术将达到国际先进水平；到2050年，废弃矿井开发利用率会上升到50%以上，那时，废弃矿井的开发利用技术就能达到国际领先水平。废弃矿井资源开发利用为实现双碳目标提供了绝佳路径。

2.4 市场机制融碳

目前，我国正在全面推进排污许可制，设立排污权、用能权、用水权、碳排放权交易市场，建立健全风险管控机制。建设碳排放权交易市场是落实我国“双碳”目标愿景的核心政策工具之一[6]。为实现碳达峰碳中和目标，碳市场作为最重要的政策工具，以“总量—交易”方式构建碳排放权定价机制，形成有效的价格信号，引导资源合理配置，激励企业转型升级，降低全社会减排成本。市场的机制作用，以成本效益最优的方式实现碳减排，促进技术进步、产业升级，科学实现碳达峰、碳中和目标[7]。

2.5 生物质炭捕捉负碳排放

生物质炭捕捉（BECCS）是一种温室气体减排技术。英国皇家协会预估这个技术能减少百万分之50至150%的二氧化碳排放。树木随着生长从大气中吸取二氧化碳，成林后砍伐发电，同时，将生物电厂排放的二氧化碳捕捉、填埋或者加以利用，即达到了在空气中减少二氧化碳的目的。

此外，资源化利用是碳的永久减排方式。事实上，二氧化碳既是最主要的温室气体，也是绿色植物光合作用不可或缺的原料，更是可以成为替代石油和天然气等化石能源、作为未来“碳源”的重要资源，以CO2为原料，生产化学材料、燃料、利用微藻类来进行生物转化、用作混凝土建筑材料等，已经开始显现出越来越重要的科技与经济价值。通过把工业排放的二氧化碳收集、净化后用于生产碳基肥料、发展富碳农业、设施农业，可以提高作物品质，让土壤增加吸收、保存二氧化碳的能力[8]。通过CO2加氢生产甲醇等，该模式真正实现CO2的循环利用、变废为宝。在可以预见的将来，以碳捕集-封存-利用（CCUS）为特征的富碳产业具有巨大的发展机遇。