关于碳中和的几个基本问题的分析与思考①

潘家华,孙天弘

2020年9月,中国向国际社会明确宣示,在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。这一极具气候雄心国家自主贡献目标提出后,在中央和地方层面,写入规划,采取措施,开展行动。对于碳中和作为国际应对气候变化的减缓目标,国内在政策和研究层面,对许多基本问题如果存在一些似是而非的认知,很有可能抓不住重点,极易出现反复,不利于稳步推进碳中和进程。一段时间以来,涌现出各种观点和思路,许多从站位和高度上十分权威,具有较大影响力,但是其中有些对于碳中和的实际要义,把握并不准确到位,需要引起重视,以防偏离正常轨道。

这些问题,有些是基础概念性的,有些是似是而非的,有些则是战略层面的。碳中和应该减什么碳?化石能源能够退出吗?碳中和对我们的经济影响有多大?既然能够碳移除,排放依旧,人为措施移除是否也可以实现碳中和?加大化石能源投资力度,能够保障能源安全吗?碳中和需要巨额资金投入,钱从何来?碳中和的步子应该走得快一些还是慢一些?有许多需要分析和思考的问题,本文选取碳中和的几个基本问题进行讨论,以期为更好地推进碳中和进程提供一些理性依据。解析这些基本问题,在于厘清概念、明确路径、解析误读、认识风险、把控节奏,从而实现全社会的碳中和转型。这些问题之间有着认知和行动上的递进、深化和升华的解析与导向的逻辑关联。

一、需要中和的是什么碳?

首先,必须明确我们需要中和的是什么碳,不然,空泛和偏颇地讨论碳,不可能找准着力点。国际社会应对气候变化进程中,聚焦于什么碳,经历了一个较长的过程。1992年达成的 《联合国气候变化框架公约》并没有具体界定温室气体,目标也是较为笼统的 “将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上”①《联合国气候变化框架公约》(1992年达成,1994年生效)第二条。。在5年后达成的 《京都议定书》中,才明确界定了6种温室气体②《京都议定书》在附件A中列出的温室气体包括:二氧化碳 (CO2)、甲烷 (CH4)、氧化亚氮 (N2 O)、氢氟碳化合物 (HFCs)、全氟化碳 (PFCs)、六氟化硫 (SF6)。2012年多哈 《京都议定书 (修正案)》增加三氟化氮 (NF3)。。国内学界部分学者对温室气体的界定并不是按照国际气候协定的规定,而是纳入了包括臭氧 (O3)和自然的水蒸气等[1](P4)。人为排放的7种温室气体,从来源、特征以及我们碳中和的重点对象或领域来看,大略包括三个大的类别。第一类来源于地质年代形成的化石能源,即煤、石油和天然气开采和燃烧过程中所释放的碳,主要包括二氧化碳和甲烷。第二类是自然生态系统各种生命过程和土壤中的碳循环。绿色植物从大气中通过光合作用,吸收固定二氧化碳形成碳水化合物等干物质,通过枯枝落叶、死亡和动物食用而转化、排泄,生命有机体中的碳又回到大气,包括二氧化碳、甲烷 (即沼气)和氧化亚氮。第三类为人工合成的温室气体,主要是各种含氟气体,例如冰箱、空调等的制冷剂,消防和日用品中的各种发泡剂。

这三类碳有着不同的自然属性[2]。第一类表征为气候灾性碳。之所以说这类碳具有气候灾性,主要是因为这些碳是额外于气候系统的。也就是说,原本大气中并不存在,是漫长地质年代形成于地下的富碳矿物,尤其是煤炭、石油、天然气等化石能源,通过现代工业手段开采并燃烧利用而释放到大气中的温室气体。这部分碳提升了大气中二氧化碳的浓度,引发地表增温,造成气候灾变。第二类碳总体上是气候中性的。自然循环的碳,经过毁林、土地退化使得以前固定的碳释放到大气,从而增加大气中二氧化碳浓度。自然碳循环大致是平衡的,某一个时间段、某一个地区可能有盈或亏,但总体上对气候系统的影响,原则上是中性的。第三类碳是人工合成或制造的各种含氟气体。由于这些温室气体并非自然的产物,具有额外性,因而也具有气候灾性。

《巴黎协定》规定的碳中和,涵盖所有温室气体。但在实际分析中,则多聚焦于狭义的碳中和,即不涵盖非二氧化碳温室气体,而且聚焦于化石能源相关的二氧化碳③国家关于碳中和的目标侧重于二氧化碳,尤其是化石能源相关的二氧化碳。在中共中央、国务院 《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》(2021年9月22日)中,没有纳入非二氧化碳温室气体;IPCC在关于减缓的科学评估中,也聚焦于化石能源相关的二氧化碳。。为什么在政策和行动层面聚焦于化石能源碳呢?主要原因一是生态系统中的有机碳,不仅具有气候中性的特点,也有伦理权益的原因。因生存而毁林以及历史上的毁林,如原始的刀耕火种生产方式、水稻种植、膳食结构中需要高蛋白的肉类消费等是人的基本权益。减碳可以倡导,但不能强制。二是数据统计误差。化石能源相关的二氧化碳较为精准,而有机碳的数据误差多在50%左右[3]。第三,相对于二氧化碳和甲烷,氧化亚氮和含氟温室气体数量较为有限,占比相对很低[4]。而关于甲烷等非二氧化碳温室气体,国家碳中和的行动方案的措施和手段是加强管控,没有明确、具体的考核指标。

实现碳中和,化石能源二氧化碳的近零乃至于净零排放,不仅是第一步,而且是一大步,是关键所在,具有可操作性,可精准测度、可核查确认。人为清除的潜力与化石能源二氧化碳排放具有数量级的差异。尽管不可能平衡化石能源碳,但有可能用以中和或平衡非二氧化碳温室气体。

国际上对于非二氧化碳的统计,不仅极为有限,而且没有得到广泛认可和采用,没有作为国际谈判或争取权益的支撑。在全球化石能源燃烧相关的二氧化碳排放中,中国在全球的比例超过1/4[5]。2021年,中国能源消费总量为52.4亿吨标煤[6]。在能源消费中,非化石能源占比只有15.9%,化石能源占比高达84.1%。而化石能源燃烧排放的二氧化碳是温室气体排放中的主体。2021年,中国化石能源燃烧排放的二氧化碳超过100亿吨,其中煤炭占比72.9%、石油19.4%、天然气7.7%。这些排放一目了然,有行动就有绩效,如果能够去煤减油降气而退出化石能源碳,大略上就可以去除总排放中超过80%的碳。这也是为什么国际社会的碳中和聚焦退出化石能源,中国政府向国际社会提出的国家自主贡献目标,导向也是退出化石能源。“十四五”时期、2030年和2060年时间节点的重要目标是:2025年,非化石能源消费比重达到20%左右;2030年达到25%左右;2060年达到80%以上①参见中共中央、国务院 《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,2021年9月22日。。碳中和进程实际上就是化石能源逐步退出的进程,从当前的80%以上,减到2060年的20%以内。只有这样才有可能实现碳中和。

因而,碳中和的碳,理论上或广义上讲,可以涵盖京都议定书的7种温室气体,不包括气溶胶、水蒸气、臭氧等国际法律文件没有列入的类别。但在规划、行动中,应该聚焦的是较为狭义的化石能源开采和燃烧排放的二氧化碳。

二、零碳能源能够撼动化石能源的压舱石地位吗?

碳中和的基本路径,关键是化石能源的有序退出,那么,能源供给能够安全稳定码?在中国乃至全球的能源消费中,化石能源依旧占据主导地位。发达国家从1990年到2020年,30年时间减排进展迟缓。对于这些发达国家,还有不到30年时间要实现化石能源的净零排放。德国等部分欧洲国家将碳中和完成时间表提前5年,从2050年提早至2045年。2022年7月,德国联邦议院通过法案,明确2030年德国可再生能源发电在电力消费中的占比将至少提高到80%。为实现这一目标,联邦德国土地面积的2%将被指定用于风力发电[7]。英国则决定将于2024年10月前停止使用燃煤发电[8]。我国化石能源,尤其是煤炭在能源消费和电源结构中占据绝对主导地位。能源电力部门的一些分析认为,在碳中和进程中,煤炭具有压舱石地位,不可或缺。2030年我国新能源占据装机主体,煤电仍然是系统灵活性和发电量的第一大支撑电源。到2060年基于系统安全性和经济性的考虑,煤电依然要保持一定的规模[9]。

那么,零碳能源能担大任吗?实际上,经济社会发展所需要的是能源服务,碳并非必然的必需品,化石能源是额外于气候系统的碳源。因此可以说,碳与经济社会发展可以没有必然关系。碳中和所需要的是要将额外于气候系统的化石能源碳清零。当然,生物有机体的碳水化合物,如我们吃的粮食、蔬菜水果、肉制品属于有机的碳水化合物,是生命所需要的,但化石能源提供的能源服务的碳并不必然需要。如果能够获取没有碳的能源服务,化石能源也就自然退出了。

如何实现化石能源的退出呢?主要有两种途径,一是提高能效,从而减少化石能源的消费。这个途径是有效的,但效果有限。提高能效的方式可以不断走向低碳,但绝对不可能实现零碳。例如,各种照明用灯具,从白炽灯发展到荧光灯,到现在的LED灯,能效不断提升。LED灯的能耗只有白炽灯的十分之一,流明度即亮度类同。尽管这样,必须要有电,LED灯才可以发光。化石能源电力,如煤电,亚临界技术每度电大略耗煤450克,超超临界每度电只要270克,单位发电能效提高40%。然而无论煤电效率怎么提高,还是必须要耗煤。只要耗煤,就一定释放碳。因而提高能效的方式可以实现低碳,但永远不可能实现零碳①需要说明的是,在碳中和进程中,零碳是一个从相对到绝对的过程。例如,太阳光伏电力生产过程没有碳的排放,是零碳的;而太阳光伏组件的生产,在初期只能使用化石能源,所以生命周期不可能是零碳的。但是,如果太阳光伏组件的生产所使用的电力,来自于太阳光伏电力,而且回收利用的能源也源自太阳光伏,那么,全生命周期也就是零碳了。纯电动汽车的零碳内涵也是一个从运行到生命周期的过程。初期,纯电动汽车的电力也可能来自于煤电而非零碳可再生能源,但是理论或实践上,纯电动汽车电池充电具有灵活性,可以实现100%零碳可再生能源。这样,其运行就是零碳了。如果纯电动汽车的制造采用零碳可再生能源电力而不是化石能源,其生命周期也就是全零碳了。本文的分析没有加以严格区分,其原因在于,零碳是一个进程,从运行到全生命周期。。

如果换一种技术路径,也就是能源生产的颠覆性技术,从化石能源提高能效转向零碳能源的生产。通过这种途径退出化石能源,则碳中和必然实现。例如,风光水、生物质能等零碳能源,与化石能源没有直接关系,但是能够提供同质的能源服务,满足能源需求。这样的技术现在已经出现并发展迅猛。

2000年,中国几乎没有太阳光伏发电[10](P27),装机容量1.9万千瓦,只占全球总量的2.4%,美国的10.8%;直到2006年,也不过8万千瓦装机,究其原因在于成本太高。2005年,中国政府通过补贴支持光伏发展,每度电 (千瓦时)补贴4元人民币,而当时的煤电只有0.15元。经过十多年的发展,2021年光伏发电成本低至每千瓦时0.10元,光伏发电成本降低的速度和幅度超乎想象。风电的成本也在快速下降。2009年至2019年10年间,每度电光伏成本下降几乎90%,陆上风电下降70%,而煤电的成本不仅没有降,反而还在不断上升。图1可以看到各种发电装机成本的变化和比较。所以从这个意义上来讲,零碳能源的竞争力不断凸显。但是,光伏发电和风能并不稳定连续,能够保证能源的安全稳定供给吗?2021年,我国风光可再生能源的占比在电力消费中只有11.7%,占比非常低。根据IRENA(2021)和BP(2022)报告中一些国家2019年的数据,挪威的零碳可再生能源占比达到97.1%,其零碳能源主要是水电;丹麦的零碳可再生能源占比78.2%,其零碳能源主要是海上风电;德国的海上风电和水电没有挪威和丹麦多,零碳可再生能源占比在2020年达到了46%[11],其零碳能源主要是风能和光伏发电。这些国家没有化石能源作为压舱石,也在迈步行稳致远。

图1 2009—2019年各种发电装机成本变化与比较

在零碳能源中,光伏发电成本低、产能强、规模大,具有间歇性。与光伏发电的间歇性不同,光热发电可以将产生的热能暂时存储在高温熔盐中,在没有光的时候发电,与光伏发电形成互补。相对来说,光热发电成本尚高,但随着规模的不断扩大,成本也进入快速下降通道。

我国动力电池已经具有很强的市场竞争力,储能潜力巨大。2008年的北京绿色奥运,使用纯电动汽车作为交通工具,但电池的容量和质量都不佳。经过十几年的发展,纯电动汽车的动力电池储能容量变大,成本下降快,竞争性强。2021年全球电动车渗透率超过10%,中国占增量的一半以上,生产全球76%的锂电池,有655GWh产能、70%阴极产能、80%阳极产能和一半以上锂、钴、石墨加工精炼产能[12](P5)。在全球动力电池生产前十位厂商中,中国占据6席,其中宁德时代全球动力电池装车量达到96.7 GWh,市场占有率达32.6%。

我国风电同样发展迅速。2000年,中国陆上风电装机35.2万千瓦,只占全球的2%,甚至只有印度的1/4;而海上风电装机为零 (IRENA,2015)。而到2021年,全球风电装备生产企业前十名中,中国占6家,其中金风科技排名第二、远景能源排名第四。根据GWEC(全球风能理事会)统计报告 (如图2所示),2021年全球海上风电总装机56 GW,新增21.1 GW,中国占总装机的47%、新增装机的80%。预计到2030年,全球年新增装机达到54.9 GW、总装机370 GW。中国风能专委会公布的数据显示,我国海上风电技术开发潜力超过3 500 GW,理论年发电量可达8.75万亿度,超过2021年的我国总发电量8.11万亿度,潜力巨大。我国风电企业在 “风电伙伴行动”计划中提出,力争在2025年将近海和深远海风电每度电的成本分别降至0.4元和0.5元。2023年以后陆上切换到6～8 MW机组,预计陆上风电每度电的成本可下降至0.1～0.15元。2022年4月,上海金山海上风电场一期项目,市场上网竞价为0.302元/KWh,低于0.415 5元/KWh的上海市煤电基准上网电价。这已经不仅仅是平价上网,已是大跨步跨越到了低价时代[13]。

图2 2006—2021年海上风电装机情况 (MW)

如果说风和光具有间歇性属性,生物质能则具有灵活性。生物质可以呈气态,如沼气;可以为液态,如生物质乙醇、生物质甲醇、生物质酒精等;同样,也可以把生物质固化成型,如木炭、生物质型碳如生物质颗粒。当然,也可以直接用生物质发电,与化石能源一样,具有可储藏性和灵活性,可以有效替代化石能源。关于制氢,当前多用化石能源,如天然气、煤炭;生物质能源,如沼气同样可以制氢。2022年6月1日,国家发展改革委、国家能源局等部门联合印发 《“十四五”可再生能源发展规划》,要求稳步推进生物质能多元化开发,稳步发展生物质发电,积极发展生物质能清洁供暖,加快发展生物天然气,大力发展非粮生物质液体燃料。

因此,间歇性的风能、太阳能与灵活性的水电、生物质能形成多能互补,也可以通过抽水蓄能、化学储能等实现源网荷储的一体化电力系统,保障能源安全。更重要的是,中国地域辽阔,西北人口密度低、但有无限风光,即风能、太阳辐射能充裕;西南地区有巨量水能,水能资源丰富;沿海地区人口密度高、经济活力强,有着广袤的海上空间,其中渤海、黄海、东海都具备发展海上风电的条件,因而可以打造多能区域协同、空间产业重构的新格局。

三、碳中和,是阻力还是动能?

对于化石能源燃烧排放碳的退出,一种常见的误解是简单类比常规污染物的控制,认为其会影响经济发展。化石能源被取代是否影响经济发展,碳中和究竟是阻力还是动能呢?

首先我们考察化石能源的生产特点。化石能源呈点状分布,其开采利用资本投入大、密集度高,产业链相对较短,化石能源燃烧排放引发全球地表增温,燃烧产生的二氧化碳受到道义约束、法律管控;而零碳技术、产品和服务,其市场可以做大、做强,资金没有道义和市场风险,而且产业链条环节多,就业带动强,常规污染物排放少,市场潜力巨大[14]。例如太阳光伏设备的生产,产业链包括上游晶体硅原料 (硅矿开采、冶金级工业硅、太阳能级多晶硅材料)和硅棒、硅锭、硅片,中游的光伏电池和光伏组件,下游的光伏系统应用产品,以及后续的安装、使用、维护等。产业链条长,相较于高资本密集的化石能源产业,其劳动就业量更多。同时,可再生能源的产业链在带动就业的同时,必然拉动需求,促进经济的良性循环,而不是资本的无限积累 (资本不会拉动居民消费)。这就是碳中和作为经济发展动能的原理所在。

实现碳中和的过程是化石能源退出 (去煤减油降气)的进程,势必会对传统产业造成一定的影响,例如燃油汽车行业。那么,汽车一定需要燃油吗?2022年6月8日,欧洲议会在法国斯特拉斯堡表决通过了一项欧盟委员会提案,从2035年开始在欧盟境内停止销售新的燃油车,包括混合动力汽车。同时,欧盟委员会提议,2030年起新车二氧化碳排放量相较2021年水平减少55%,2035年起新车二氧化碳排放量减少100%[15]。2022年8月,海南省印发 《海南省碳达峰实施方案》①海南省人民政府关于印发 《海南省碳达峰实施方案》的通知,琼府 (2022)27号。,提出在2030年全面禁止销售燃油汽车,私人用车领域新增和更换新能源汽车占比达100%。从燃油汽车转变为纯电动汽车,从终端消费需求侧来看,总需求、市场规模不会萎缩,还会增加,但是换了 “赛道”。换了 “赛道”之后,汽车产能整体转型,市场规模进一步扩大;同时,从充电桩生产、运输、安装到运行维护等,产业链加长,增加了就业。根据国家新能源汽车产业发展规划②参见国务院办公厅2020年11月印发的 《新能源汽车产业发展规划 (2021—2035年)》。,2025年纯电动乘用车新车平均电耗降至12千瓦时/百公里。如果按照0.1元1度电来计算,相当1.5元就可以行驶100公里。国家电网在北京建的充电桩费用标准是1度电1.8元,12度电就是21.60元,远低于燃油成本。同时,与燃油汽车相比,纯电动汽车没有污染和噪音,驾驶感受更好。因此,从燃油汽车到电动汽车的转换,只是换了 “赛道”而已,不仅不会造成经济的萎缩,反而会进一步刺激经济规模的扩张,提升消费者福祉。

再看城市建筑供热制冷。在北方地区,传统认知是集中供热最有效率。实际上,地源热泵1度电的投入可以得到4度电的热值转换输出[16](P115)。而气源热泵,例如空调,具有利用电能实现夏天制冷、冬天制热的功能。通过技术革命,可以用电取代煤炭,通过地源热泵和气源热泵提供热源,煤炭、天然气就可以退出供暖市场,也不一定需要集中供暖供热[17]。由于集中供暖多通过热电联产提供,碳中和进程中这种热电必然退出。集中供暖缺失热源,城市建筑供热也必须转换思路。

化石能源使用具有市场惯性,但需要明确其存在内在问题的严峻性。一是石油安全。表1数据表明,中国目前石油的对外依存度超过75%,具有极高的安全供给风险。二是巨额资金。我国每年要花约2万亿人民币的巨额资金进口石油,进口支付约占我国GDP的2%,流入国外。如果这2万亿人民币用来投资可再生能源,可再生能源的资金需求便可以得到有效保障。三是劳动就业。2万亿人民币购买石油所形成的产业,高资本密集,就业岗位十分有限,仅在下游有少部分的就业岗位。如果把这些资金投资可再生能源,则可以在产业链各个环节提供更多的就业岗位。四是环境污染。纯电动汽车使用零碳电力,没有污染和噪音。从而可见,减少石油消费能够释放多重红利。

表1 中国近年来油气进口情况

综上所述,碳中和不仅不是经济增长的阻力,而且还是高质量发展的动能源泉。

四、碳移除有多大空间?

在碳中和的宏观分析中,有研究认为,化石能源在能源消费结构中还需要占据一定的比重。燃烧排放的碳通过常规污染控制的手段,进行末端清除,实现碳中和。例如有研究表明[18][19],煤电机组总量2060年保留2.4亿～3.6亿千瓦装机规模,配置碳捕集和封存 (CCS)技术作为灵活性调峰电源。电力CCS技术不可或缺,需在2030年后加快部署,2060年二氧化碳捕集能力达6.6亿～7.9亿吨。中国工程院发布重大咨询项目 《我国碳达峰碳中和战略及路径》[20],强调能源安全需要化石能源兜底应急,碳中和需要生态吸碳与人工用碳相结合,需要开发碳移除技术。也有专家提出[21]农林碳中和工程。在农田、森林和不宜农林但生长抗逆性强的能源灌草的待开发边际性土地,面积分别是1.35亿hm2、1.86亿hm2和1.44亿hm2的3片土地上,通过科学的管理与经营,可以大幅度增加碳吸存力度,具有年增汇37.4亿吨二氧化碳、年增12.1亿吨标煤生物质能的潜力。因而,农林业是唯一的碳汇产业,农林碳中和工程乃国之重器,应列入国家长期计划。国际能源署关于2050年净零排放路线图,也明确将碳捕集与封存作为重要手段,在能源部门,二氧化碳捕获能力从2020年每年4 000万吨增加到2050年每年76亿吨[22]。

我们可以对碳捕集、利用与封存 (CCUS)寄予厚望吗?实际上不能。原因主要有以下几点:一是高成本。碳捕集和封存技术已经发展了二十多年,但成本仍旧居高不下。二是零效用。可以说,捕集的碳直接或间接使用价值很有限或直接为零。三是高风险。碳封存后,不能确保不会逸出。四是低效率。碳捕集的比例比较低,不可能实现100%捕集[23]。第五,或者是更具有刚性的是,地球的地质结构没有空间封存二氧化碳。封存的地质空间主要是化石能源,尤其是石油开采后的空间。试想2021年,中国石油产量1.99亿吨,而化石能源燃烧排放的二氧化碳超过100亿吨,即使成本可行,也难以提供每年超7亿吨的空间进行碳捕集和封存。2021年碳捕集规模最高约每年100万吨级的水平,与数亿吨差了几个数量级。因此从这个意义上讲,碳捕集、利用与封存不可或缺,但不能寄予厚望。

关于碳汇,森林、草原、湿地、海洋碳汇均具有吸收、固定,从而移出大气中二氧化碳的能力。但碳汇是地球生物循环碳,属性为气候中性碳,光合作用吸收固定的二氧化碳最终通过自然碳循环又回到大气,形成一种自然平衡,总体上不构成额外性,不可能无限。在一定时间段、一定区域,可以为碳汇,但与化石能源排放碳存在数量级的差异。我国利用京都议定书清洁发展机制在四川、云南等温湿条件较好的地方开展的碳汇开发项目,按25年测算,每公顷每年碳汇量只有大约10吨二氧化碳[24](P295)。根据国家林业和草原局的数据,全国森林面积22 044.62万公顷,森林蓄积175.6亿立方米,全国森林植被总生物量188.02亿吨,总碳储量91.86亿吨。全国森林每年的固碳量为4.34亿吨[25](P451),相对于每年100多亿吨的化石能源碳排放总量,可以说是杯水车薪。同时,没有水,植物无法生存,就没有碳汇,没有生物质能。我国干旱区面积占国土面积的52.5%[26](P13－24),其中干旱区30.8%(280万平方公里,降水量200毫米以下)、半干旱区21.7%(213万平方公里,降水量200～500毫米),这些区域很难通过植树造林获取大额碳汇。

因此,碳汇对于碳中和可以发挥辅助作用,而不可能发挥决定性作用。但是,生物质能源的利用,可以是固态、气态、液态的,可以替代化石能源作为化工原料。国家关于生物经济的发展规划,不仅支持生物能源稳步发展,也支持生物基材料替代传统化学原料、生物工艺替代传统化学工艺等①参见国家发展改革委2022年5月10日印发的 《“十四五”生物经济发展规划》。。利用生物材料的聚乳酸等产品具有环保、无毒、抗菌、阻燃、可降解的特性,一些企业已经具有千万吨级生物材料产业的能力。使用秸秆类农林废弃物作为原料加工生物基原料,可带动农业经济发展,振兴乡村经济。使用生物塑料、生物纤维,功能替代化学塑料、化学纤维,可以减少白色污染、减少塑料颗粒污染[27]。

五、碳中和差钱吗?

与碳中和高成本误解相关的是资金问题。实现碳中和,无疑需要巨额的资金。中国提出2060年前实现碳中和,是要努力实现1.5℃目标导向下的减排路径,其能源基础设施投资需求,2020－2050年大约150万亿,其中新增投资124.3万亿、存量改造投资24.5万亿、资产搁浅1.3万亿[28](P376－377,P582)。在新能源发电、先进储能、绿色零碳建筑等领域新增投资需求139万亿,大约能源领域需求为100万亿,交通领域20万亿,其他领域10万亿。渣打银行的匡算略高一些,大抵在127万亿～192万亿元。一些从事绿色金融的研究估算,投资规模超过2百万亿,同时高碳产业还将面临收入下降、成本上升、盈利下降,产生不良资产和搁浅资产的巨大风险。因此按照40年来计算,平均每年碳中和的资金需求是3万亿～5万亿元[29]。

化石能源领域的投资数额巨大,回报周期长,多在30年乃至50年或更长时间。煤炭和石油开采、煤化工和石油炼化项目,即使产能不过剩,有增长空间,这些领域的投资也应在2025年前后立即中止。化石能源领域的投资闸口关闭后,巨量的资金可以归流零碳能源。我国投向能源工业的固定资产包括煤炭开采、石油天然气开采、石油加工及炼焦、电力热力,以及燃气生产与供应五大领域。根据国家统计年鉴的数据,“十三五”每年平均投资3.2万亿。能源工业固定资产投资每年已经超过3万亿,与有关估算的碳中和平均年度资金需求规模大体相当。

以零碳电力的投融资为例。2020年,我国并网发电新增装机容量1.91亿千瓦,其中风电光伏装机接近1.2亿千瓦;2021年,我国风电和光伏发电新增装机规模达到1.01亿千瓦,其中风电新增4 757万千瓦,光伏发电新增5 297万千瓦①参见国家能源局2022年1月25日发布的2021年全国电力工业统计数据。。零碳电力的投融资从实践看,资金并没有构成绝对阻力。

因此可见,零碳资金具有较大的市场潜力与规模。在碳中和目标导向下,企业和投资商不断收紧、最终彻底关闭化石能源领域投融资渠道。煤炭、石油、天然气的开采、运输、炼化均有着极高的资本密集度,投资经济运行期多在30年以上。为了防止高碳锁定、规避投资风险,高碳化石能源领域的投资闸口需要尽早关闭和退出。天量的投向化石能源领域的资金往哪儿去?势必流入零碳能源领域。所以,满足零碳领域的资金需求大略不会存在大的缺口。

同时,财政和研发的投入资金也会流至零碳领域。从研发领域看,不仅有煤炭、石油领域的国家双一流专门大学,国家级的各种煤炭、石油、化工研究院规模庞大,研发经费可观。煤炭、电力、石油、化工领域的国有企业也有自己的研发机构。除一些散布于高校、研究机构的新能源研究,几乎没有任何国家级的建制规模的风能研究院、太阳光伏研究院一类的研发机构。如果化石能源生产和消费闸口逐步关闭,这些研发机构也必然转型,各种资产、人员和经费也将一部分、大部分,乃至于整体转向可再生能源。如果按照国际上燃油汽车在2035年前后退出汽车新车销售市场来看,大量流入燃油、燃气发动机研发的经费将转向流入零碳的新能源汽车研发。国家财政对于化石能源领域的各种补贴也会断供,流向归入零碳技术的研发、试验和推广。

六、投资高碳有风险吗?

投资高碳可以保障能源的生产安全和经济的正常运行,但是否有风险呢?实际上,潜在风险非常大。

首先是气候安全的风险。人类活动排放的大量温室气体使得近百年来全球气候出现了以变暖为特征的系统性变化。国际社会认同、接受巴黎协定目标,在IPCC(2018)的1.5℃报告[30]后,不论是发达国家还是发展中国家,多将气候雄心的目标提升到1.5℃。IPCC2021年发布的第6次评估报告进一步表明气候风险在不断增大[31],大气圈、海洋、冰冻圈和生物圈均发生了广泛而迅速的变化,人类活动明显影响了强降水、海洋酸化、冰川退缩、北极海冰消融、北半球春季积雪减少以及海平面上升,并导致高温热浪、强降水、干旱和台风等极端事件的频发、强发。所以说,应对气候变化是我们自己要做,不是别人要我们做。

其次是经济风险。如果我们行动滞后,其他国家碳中和进程如期实施,我们是否面临经济风险呢?答案是肯定的,主要包括以下几点。(1)有序退出的成本。德国联邦政府于2018年成立经济增长、结构转型与就业委员会 (KWSB,又称 “退煤委员会”)。德国能源结构中煤炭占比17%,目前的煤炭装机尚余4 000万千瓦,计划到2035年退出煤炭,15年的时间财政补贴需求500亿欧元[32]。中国2021年煤炭装机达到12.97亿千瓦;2022年1—4月的煤电规模为4 400万千瓦,超过了德国总的煤炭装机。如果中国的煤电退出,按照德国预算补贴测算,即使保留1亿～2亿千瓦的装机容量,煤电退出的成本超过10万亿人民币。(2)资本沉淀的风险。美国煤电平均使用寿命43年,按超超临界机组,煤电设施的经济使用寿命可望50年以上。从现在到2060年三四十年的时间,如果现在投资,煤电过早退役,导致浪费、闲置,造成大量的资本沉淀,形成巨大的金融风险。(3)市场挤出的风险。可再生能源已经具有较强的市场竞争力,无论是光伏发电还是风电,可再生能源电力都具有成本优势,而且成本还在持续下降。多能互补,源网荷储,分布式、局域网,区域协同,对煤电的刚性需求将不断衰减,市场挤出煤电也将不断提速。

最后是与碳中和目标相背离的风险。化石能源的污染可以治理,如煤电可以除尘、脱硫、脱硝,乃至细微颗粒物PM2.5都可以得到有效清除。同样,通过碳捕集、利用和封存,似乎也可以“清洁利用”。但是前面的分析表明,CCS和碳汇的空间比较有限。从这一实际情况看,煤炭可以高效利用,但在二氧化碳问题上,不可能清洁利用。根据我国煤炭工业协会的有关数据,现代煤化工包括煤制油、煤 (甲醇)制烯烃、煤制气、煤 (合成气)制乙二醇四大主要产业,产能在2021年分别达到931万吨、1 672万吨、61.25亿立方米、675万吨[33]。除了煤制烯烃同比保持齐平,其他产能均再创新高。以陕西榆林能源集团为例①陕西榆林能源集团有限公司:https://www.sxylny.com/default/。,榆林经济技术开发区榆神工业园区建设煤制油(500万吨/年)联产液化天然气 (100万吨/年)升级示范基地项目,总投资832亿元。榆能中科产业集群项目总投资894亿元,占地约14 500亩。这样高资本密集的工程难以实现100%的碳的捕集与封存,也就是说,不可能实现净零排放,存在较大的市场风险。

七、投资高碳,能源安全吗?

投资高碳,一个重要的理由是保障能源安全。我国化石能源资源禀赋特点是富煤、缺油、少气。石油对外依存度高,超过70%,主要石油进口来源国为中东和俄罗斯。天然气的对外依存度也达到了40%左右。2021年,我国的石油消费已经超过了欧盟,逼近美国。根据公安部交通管理局的数据,2022年3月,中国机动车保有量为4.02亿辆,其中汽车3.07亿辆,据此计算中国每千人汽车拥有量约为220辆。而参照成熟的发达经济体每千人汽车拥有量,美国800辆,欧洲和日本550辆,未来中国的汽车拥有量至少还要翻一倍甚至两倍。有这么多的油来满足我们的需求吗?

可以说,能源安全困境,首要的是石油的不安全。一是海上运输的风险。中国远洋军事投放能力不足导致海上运输安全挑战日益突出。二是金融交易的风险。在俄乌冲突中,欧美首次将SWIFT系统纳入对俄金融制裁工具。金融交易安全成为能源安全新的关注点。

新能源汽车电池中的金属和化石燃料都是点状分布的,但与化石燃料的属性不同,稀有金属使用后可以循环利用。可再生能源中,中国光伏产业在全球占据绝对主导地位,多晶硅、硅片、电池、组件产量分别占全球的76%、96%、83%、76%[34]。据中国工业和信息化部数据,2021年中国多晶硅、硅片、电池、组件产量分别达到50.5万吨、227 GW、198 GW和182 GW。

北约秘书长在2022年6月提出新的 “战略概念”[35],其中摆脱化石燃料,向可再生能源及“气候友好型合成燃料和更高能效的解决方案”倾斜是北约的关键任务。俄罗斯利用能源作为威胁的方式表明,需要迅速摆脱对其石油和天然气的依赖,使能源来源和供应商多样化。

从零碳可再生能源的空间分布看,太阳辐射尽管有纬度差异,风力也有地区分异,但不存在数量级的差别,具有较大的均质性。相对于风光能源分布,水能和生物质能变异较大,沙漠戈壁、雪域高原几乎寸草不生,但有人的地方,必然有水、有生物质生产。从这一意义上,可再生能源就地就近较为均衡均质的分布,使得能源安全的概念和格局出现根本性变化。

碳中和导向下地缘能源安全格局表明,去碳是国际大势。化石能源储藏的地缘格局与资本垄断将失去战略价值、地缘政治控制意义、经济寻租暴利空间,从而重塑能源安全新格局。这将保障能源安全、经济安全以及消费者的福祉。

八、碳中和,走得快一点还是慢一点?

把控碳中和的进程和节奏,既要避免操之过急,也要防范无所作为,需要按既定目标有序推进。1992年联合国环境与发展大会上达成的 《联合国气候变化框架公约》没有明确碳减排的目标。1997年签订的 《京都议定书》,首次为附件Ⅰ国家,即发达国家规定了具有法律约束力的定量减(限)排目标,明确在共同但有区别责任的原则下,附件Ⅰ国家在2010年相对于1990年整体上减排不低于5%,实际上谈判结果为5.2%。2015年达成的 《巴黎协定》明确了全球气候治理的主要目标,把全球平均气温升幅控制在相对于工业化前水平不超过2℃,并努力将气温升幅限制在1.5℃之内,在本世纪后半叶实现净零排放,所有国家提交具有法律约束力的国家自主贡献目标,并定期在全球盘查减排进展。2018年,IPCC发布 《全球升温1.5℃特别报告》,强化了1.5℃的科学事实和紧迫性,明确提出需要在21世纪中叶实现全球二氧化碳净零排放。

从 《联合国气候变化框架公约》到 《巴黎协定》,发达国家温室气体减排30年。然而表2数据表明,30年时间的前25年,美国、日本、加拿大的温室气体排放不仅没有减少反而在增加;俄罗斯因为苏联的解体导致经济衰退,所以温室气体排放有所减少;德国和欧盟作为发达的成熟稳定的经济体,有减排但比较有限。而在2016到2020年这5年时间中,这些国家的温室气体排放都在减少,而且减排的幅度加大。

表2 UNFCCC附件一缔约方主要排放国/地区的温室气体排放数据 (单位:百万吨二氧化碳当量)

从国际应对气候变化聚焦净零碳的进程来看,去化石能源碳并不容易。温室气体减排受发展阶段、发展的物理空间、资源禀赋、产业结构、建筑交通以及消费者偏好等因素的影响,但最重要的是技术路径。在没有颠覆性技术突破的情况下,以渐进性改良型技术进步,可以低碳,但不可能零碳。《巴黎协定》(2015年)后,5年的减排绩效,相比此前25年 (1990—2015),实际进展显著。因此,温室气体的减排不能操之过急。

党的十九大明确提出,到本世纪中叶,要把我国建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国。那么到2050年,人均收入水平提高后,按照环境库兹涅茨曲线,二氧化碳排放是不是自然就会下降呢?实际上,环境库兹涅茨曲线针对的是常规污染物的减排,并不符合去碳规律。

按照中国的国家自主贡献目标,2060年前实现碳中和,不是2050年,更不是2030年。发达国家要在2050年前实现碳中和,如果发达国家能够如期实现,鉴于我们学习、复制、放大技术的能力,而且是人类共同的利益,不存在 “卡脖子”问题,我们滞后发达国家10年时间,不可能不会实现。如果发达国家2050年实现不了碳中和,而我们能够如期实现,则是贡献和引领;不能够实现,也是可以理解的,不必急。2015年以来,尤其是2020年中国提振气候雄心目标后,中国的净零碳走得很快,光伏发电、风能、纯电动汽车都发展迅猛,速度、规模远远领先于发达国家。

迈向碳中和,急不得,但也慢不得,我们的步子可以走得稳一点,行稳才能致远。防范风险、避免误区,逐步迈向碳中和。

九、碳中和只是能源革命吗?

碳中和,不仅仅是一场能源革命,更是一种生产关系的革命性突破[36]、经济社会发展范式的根本转型。

化石能源矿藏,如煤炭石油天然气多为点状集中分布,容易定点掌控,可以完全垄断。我国的法律规定,地下矿藏归国家所有,居民没有使用权、收益权。但是,居民住房的屋顶使用权显然不属于国家,也不属于集体,而是每家每户自己所有。

以分布式光伏为例。空间资源方面,利用屋顶,不额外占用土地,实现了土地空间的增值;所有权方面,由户主所有,使得所有权分散化,生产资料所有权不易垄断,人与人之间的关系扁平化,破解了大资本的垄断;收益分配方面,家庭分布式光伏,自己安装、自己发电、自己用,实现了生产与消费的一体融合,减少了交易成本;同时增进了消费者福祉。

广州一家汽车工厂的太阳光伏屋顶的分布式项目①参见中央电视台财经频道 《经济信息联播》栏目,2022年6月14日。,总投资为4 700万元,建成后年发电量可以达到700万度电。按照工业用电1元每千瓦时电来计算,6～7年时间就可以收回成本。而光伏发电经济使用期长达25年。

根据国家发展改革委、国家能源局和财政部的有关光伏补贴逐步退坡的文件,2013年,我国分布式光伏补贴0.42元/千瓦时;2017年调低至0.37元/千瓦时;2018年再降至0.32元/千瓦;2019年户用光伏补贴0.18元/千瓦时;2020年户用分布式光伏补贴大幅降至0.05元/千瓦时;2021年再降至0.03元/千瓦时。由此可看出,分布式发电发展速度之快,竞争力提升幅度之大。

2016年,我国新增光伏装机并网15万户;2017年增至46万户,装机规模1.7GW;2021年,光伏装机户数达到87.3万户,装机21.6GW,占分布式装机的73.76%、总装机的39.35%。由此可看出,户用光伏装机的爆发式增长,以及分布式光伏在用户侧的市场活力和渗透力 (如表3所示)。

表3 我国户用光伏装机情况 (2019—2021年)

通过分布式发电,每户可以形成自己的微循环,形成了自给自足的零碳经济单元,实现了生产关系的革命性突破和生产方式的根本性变革。尽管分布式光伏在电力系统中的占比不可能很高,但是分布式光伏的广泛应用和普及,从生产关系的视角看,具有发展范式转型的革命性意义。

不仅如此。经济学对于土地资源,都是从土地生产力的视角,评估土地的价值。由于土地有肥瘦之分,土地生产力低的土地就被认为是边际土地,例如荒漠、山脊、水面。但在碳中和时代,这些土地不再是没用的土地。太阳辐射不论土地肥沃程度,具有均质性。通过光伏发电,可以充分利用这些土地,而且太阳辐射能的利用可以减少地表蒸发,提高土壤湿度,改善生态。在水面上进行光伏发电,可以实现水光一体,不影响鱼类生长。因此,边际土地不仅不是没有用的土地,而且具有多重的收益溢出效应。

十、结论与讨论

通过上述对碳中和几个基本问题的分析和讨论,我们可以发现:碳中和需要聚焦,不必也不应该泛泛而论,可以多方贡献,但关键和重点必须是化石能源燃烧所排放的二氧化碳;从国际经验和发展潜力看,零碳可再生能源的竞争力不断凸显,呈现市场挤出化石能源的态势,化石能源的 “压舱石”地位短期是存在的,也是必要的,但其属性意味着不可能驶向可持续的未来,而且颠覆性的零碳能源生产和消费革命正在压缩和替代化石能源的市场空间;碳中和不仅不是经济增长阻力,而且还是高质量发展的源动能;由于占比不高的非二氧化碳温室气体排放需要中和,少许化石能源作为应急备用,因而碳移除技术不可或缺,但是空间有限,与当前化石能源燃烧排放的二氧化碳相比,具有数量级的差异,需要发展但不必寄予厚望;能源领域的各种资金源流巨大,零碳能源生产和终端消费市场竞争力强,因而碳中和在整体上不仅不缺钱,而且还引致多重红利的释放;投资高碳具有多重风险,包括高碳锁定延滞碳中和目标实现的风险、化石能源产品缺乏市场竞争力而被市场挤出造成巨额资产闲置浪费的风险、加剧和放大能源安全的风险等;碳中和目标年是2060,勿需也不可能一蹴而就,而是一个进程,不必操之过急,但需要综合谋划、有序推进,不能等、不宜缓,抓住并放大机遇,贡献并引领全球碳中和进程。客观上,碳中和必然导致高度垄断的化石能源的市场退出,代之以遍布、就近、便捷的零碳无污染的可再生能源,对于能源生产和消费产业的生产关系和生产方式,产生根本性的变革,催生发展范式的整体转型。