丁仲礼院士：中国碳中和框架门路图研讨
（本文由科学大院依据丁仲礼院士在中科院学部第七届学术年会上的陈诉整顿而成，首发于科学大院）
列位院士，针对“双碳目的”（编者注：”双碳目的“指碳达峰、碳中和），中国科学院学部设立了一个庞大咨询项目——“中国碳中和框架门路图研究“，由张涛院士、高鸿钧院士和我来牵头，下面我简洁先容一下这个项目要研究的重要内容。
碳中和是什么？怎样实现？
“双碳举措”是应对天气变暖的国际举措的一部门。欧友邦家是“碳中和”的提倡者，他们提出要在2050年到达碳中和。我国客岁9月答应，2030年碳达峰，2060年到达碳中和。多年以来，美国因为党派争吵，看待天气改变题目的态度一向扭捏不定，但是民主党上台今后，他们提出的目的照旧非常激进的，尤其是提出2035年要到达无碳发电，2050年要到达碳中和。鉴于美国这么多年来的重复态度，其怎样落实到现实举措上，照旧要“走着瞧”。如今有不少国度都在订定碳中和打算，但我们以为这是一个雄心壮志但又极其困难的目的。
图1 差别大国碳排放近况
图1是一些典范国度1930年到2019年之间人均碳排放量的改变情形。我们可以或许看到，美国自1930年以来，一向是人均碳排放量最高的国度。1970年月，美国人均碳排放量到达了最岑岭，之后开始降落，英国和法国也许也是在上世纪七十年月到八十年月到达最岑岭。每每有人讲，“从碳达峰到碳中和，美国有60年时间，而中国只有40年”，实在这个表述是不敷正确的，欧洲国度和美国从碳达峰到碳中和现实上是有70到80年的时间。
从人均角度来阐发的话，美国、英国、法国的碳排放已经处于降落阶段，正在走向碳中和。印度的人均排放量增进方才“启动”，也许相称于我国60年月的人均排放程度，尚未真正到达快速增进时期。我国根本上从2012、2013年开始就进入了碳排放的“平台期”。天下上另有很多农业国度尚未启动产业化，以是还没有”启动“碳排放。
如今我们有两个目的，一个是碳达峰，一个是碳中和。在碳达峰上，到达什么样的高度，我们并没有一个天花板，也没有设定一个详细目的。理论上有两种选择，一种是把峰调高，今后的减排数据会悦目一点；第二种是只管即便把峰值压低。我小我私家以为，出于改进氛围质量的思量，照旧要寻求只管即便把峰值压低。以是，碳达峰实在不必要太多研究，要研究的题目重要是怎样实现碳中和。
图2 重要国度人均二氧化碳排放比力
图2表现的是重要国度人均碳排放的比拟。我国的生产端人均二氧化碳排放量是7.28吨/年，高于环球均匀程度，不外比美国要低许多；从消耗端来看，我们的人均排放量比英法美都低；最焦点的是图2最右边图中展示的人均累计排放，家人们都知道，一个国度的进展，尤其是底子办法设置装备摆设，是逐年累积的，这张从1900年算起的人均累计排放比拟图表现，环球均匀程度是209吨/人，我国才157吨/人，美国事1218吨/人，欧洲的法国、英国这些国度都比我国多得多。以是盘算人均累计碳排放，我国远远低于环球均匀，这个结论家人们必然要记着。我国如今的碳排放总量比力高，这和我国经济进展比力快有关。从这个角度看，我国的碳中和应该会比其他国度要困难，家人们内心应该稀有。
碳中和的观点，便是人为排放的二氧化碳（化石燃料使用和地皮使用），被人为高兴（木料积蓄量、泥土有机碳、工程封存等）和天然历程（海洋汲取、腐蚀-沉积历程的碳埋藏、碱性泥土的固碳等）所汲取。现在环球每年排放的二氧化碳约莫是400亿吨，此中14%来自地皮使用，86%来自化石燃料使用。排放出来的这些二氧化碳，约莫46%留在大气，23%被海洋汲取，31%被陆地汲取。这个数据大概不是格外准，但一百年以来碳轮回根本上便是这么一个纪律。
碳牢固历程非常多，我在这里举一个不被家人们格外存眷的例子——泥土。干旱、半干旱地域的碱性泥土中含有许多钙离子，不像南边酸性泥土钙离子很少，这些钙离子和大气中的二氧化碳联合，降水的时间就会淋溶形成碳酸钙沉淀，这是一个非常壮大的天然历程。做黄土研究的专家每每说，黄土内里有料姜石，这便是碳酸钙的结核，另有在暖和时期沉淀下来的钙板。我国有大面积的干旱半干旱地域，这个天然历程对碳的牢固，是一个非常紧张的历程。
接下来讲将来碳中和的重要途径。我们要思量到，靠近2060年的时间，由于人为排放降落了，二氧化碳分压低落，海洋汲取大概也会相应低落，但低落的幅度如今很难猜测。陆地泥土沉积的固碳历程照旧会存在，乃至有大概会增强。以是，不得不排放的二氧化碳，就要通过生态设置装备摆设、工程封存等步伐去撤除，如许才气到达中和。
图3 将来碳中和的重要途径
必要格外阐明的是，天然历程汲取二氧化碳的量，只能了解为天然界存在的一个基数，好比海洋汲取的碳就不克不及归结为哪个国度的劳绩。我们要思量怎样寄托人为高兴，好比生态设置装备摆设、工程封存、泥土固碳等步伐来举行碳牢固。也便是说，碳中和即是排放量同天然历程汲取、生态碳汇、工程封存等等抵消。
中国怎样到达碳中和
我们这个学部咨询项目是从排放端、固碳端、政策推动这几个角度来思量的。要格外阐明，这个项目只是想把碳中和框架设计出来，把题目清单列出来，至于碳中和详细怎么做，还必要家人们配合举行大量的研究。我们如今只是设计一个开端门路图，供家人们钻研美满。这个咨询项目设立了九个专题，我把每个专题简洁向家人们陈诉一下。
专题一：将来能源消耗总量猜测
第一个专题由江亿院士他们来卖力。这个专题要办理的一个焦点题目是，在差别时间节点（面向2060），我国住民生存、产业、修建、交通等重点范畴的能源需求以及全社会能源总需求。
这里有个重要的几个界限条件要明白：
一个是到2035年，我们GDP比现在还会翻一番，2060年还必要再翻一番，到达人均10万美元，生存程度也要相应地同进展阶段相称，财产布局从现在的中低端进展到中高端。
别的一个身分便是生齿变更，少子、老龄化这些身分一定思量进去，要创建一个猜测的模子。但猜测每每是禁绝的，2009年有部分猜测2020年我国一次能源消耗将到达44亿吨尺度煤，但现实上2020年我国一次能源消耗到达50亿吨尺度煤。以是我们盼望高中低都有猜测，不要范围于某一种看法。
专题二：非碳能源占比阶段性进步途径
这个专题要办理的焦点题目是，我们必要一个什么样的新型能源提供体系，尤其是电力提供体系，怎样渐渐增添非碳能源，格外是风、光、水、地热、核等的比重。
其次，我们要重点答复，中国西部有富厚的风、光资源，怎样从种种发电、储能、转化、输电、消纳等等关键和谐发力，让这些资源得到有用充实使用。
尤其要办理的题目是，因为风、光资源的时空漫衍不屈衡，怎样包管稳健输出，必要一套什么样的底子办法来包管稳健输出，这是一个非常大的题目，也必要有一个框架。
图4 现在我国一次能源消耗比例
别的关于新型电力体系的能源提供体系，我们必要列出一个技能清单，究竟必要哪些技能，作为将来研究偏向。图4是我国2019年一次能源消耗情形，可以看出，非碳能源现实上只占15%，别的85%是煤、油、气，这是一个非常严重的实际。我国如今约莫排放100亿吨二氧化碳。倘使到2060年，我国还不得不排放20到25亿吨二氧化碳，在如许的景象之下，我们该怎么办？
如今开端的了解是：非碳能源占比不会是线性进步的，重要靠技能组合和技能突破。煤炭作为主力能源，还会存在较长一段时期，是以煤炭干净使用技能的前进仍需非常器重。别的一个是核能，我们不应跟随某些“弃核国度”的脚步，还要增强核能使用，乃至在要地本地地域建厂，把核能充实使用起来。尤其是西部干旱地域的风、光资源，是我们实现碳中和最大的底气，我们要思量怎样来稳健输出。
专题三：不行替换化石能源猜测
这个专题的焦点题目是，不行替换的化石能源必定会转化为不得不排放的二氧化碳，对付这部门排放要有一个猜测，来自于那边、来自于什么行业、总量有几多。
我们如今讲碳中和，起首要思量替换，便是用电、热、氢能等来替换，来淘汰二氧化碳排放。差别行业、差别范畴的替换难度肯定是纷歧致的，我们可否从现在的情形来根据难易排序，这黑白常要害的。
其次，我们可否确定不行替换的范畴有哪些？在这些范畴不得不排放二氧化碳，那便是碳中和必要中和失的部门，我们就必要举行针对性猜测。如今开端以为：住民生存比力简单用电力、地热、太阳能来替换，要害在于国度怎样推动；交通范畴，现在已经在鼎力大举进展电动汽车，今后大概用氢能驱动船和飞机等，这个替换大概只是个时间题目；农业范畴大部门也可以替换；比力难替换是产业范畴，包罗冶金、化工、建材、矿山等等怎样替换，还必要格外研究。
别的，我们要降服风电、光电等输出不稳健性的题目。将来我们的电力体系怎样包管稳健输出将是必要思量办理的要害题目。美国提出来2035年就要实现无碳电力，中国什么时间实现低碳电力大概无碳电力，这也必要专心研究。
现在有许多国度对氢能寄予了很大盼望，我们的院士当中也有差别的声音。氢能计谋也必要国度拿出方案。我国约莫100亿吨二氧化碳排放中，发电端占比约47%，消耗端如产业历程、住民生存等等占了53%，要实现碳中和就必要在发电端用更多的非碳能源来发电、在消耗端用电和氢能等来替换，构建一个两头配合发力的体系。
专题四：非碳能源技能研发迭代需求
非碳能源技能进展是个迭代的历程，必要渐渐前进，但详细分几步来做是一个题目。大化所的刘中民院士他们提出来三步走，第一步是化石能源的干净高效使用与耦合替换；第二步，可再生能源多能互补与范围应用；第三步，低碳能源智能化多能融合。详细怎么做，还必要进一步探究。这个题目最终还要和第二个专题一路“收口”。
图5 排放端专题漫衍及干系
前四个专题重要研究排放端。在固碳端，我们也列了四个专题。
专题五：陆地生态体系固碳近况测算
第五个专题是关于我国陆地生态体系的固碳近况，便是说我国生态体系如今究竟有几多固碳本领，以及碳汇的功效与速率，差别有机碳之间什么时间会到达均衡？另有我适才讲到的碱性泥土这个题目，现在的研究还很少，也必要增强研究。
中科院已经做过一些关于碳出入项目标研究。如今以为，我国现在地表碳储量相称于363亿吨二氧化碳，每年固碳速率是10到40亿吨二氧化碳，我们估量丛林在2060年曩昔将会到达固碳的峰值，之后固碳速率就会低落。干旱半干旱区的泥土还很难估量。图6便是用差别的要领测算出来的碳源，数据差异比力大。
图6 当前我国陆地生态体系固碳速率
图7 中科院碳专项中有关陆地碳汇研究结果
家人们从图7上可以看出来，我国设置装备摆设的生态工程固碳总量黑白常大的，约占我国陆地生态体系年固碳总量的56%，这是一个令人鼓动的征象。
专题六：陆地生态体系将来固碳潜力阐发
盘算我国陆地生态体系将来固碳的潜力，重要有以下焦点题目：
一是陆地和近海差别生态体系的固碳潜力怎样，以及将来在天气改变影响下，它们会怎样改变；二是我国生态规复、设置装备摆设工程这些面状漫衍区将来的固碳潜力怎样；三是新增点状漫衍区的固碳潜力怎样，好比都会造林绿化等；四是其他一些人为步伐，好比南水北调西线工程上马后西部干旱区变绿、海水淡化等实现之后，在其影响下新增的固碳潜力怎样；另有将来陆地生态体系增添碳汇的步伐，好比秸秆闷烧成碳屑等。我们还必要研究证明这些增汇步伐的恒久性。
专题七：碳捕集使用封存技能评估
第七个专题是碳捕集使用工程封存技能。我们谈到的负排放技能现在有图8中列出的这些，包罗将二氧化碳制成化学品、将二氧化碳制成燃料、微藻的生产、混凝土碳捕集、进步原油收罗率、生物能源的碳捕获和存储、硅酸盐岩石的风化和矿物碳化、植树造林、泥土有机碳和泥土无机碳、农作物的秸秆烧成柴炭还田等等。这些负排放技能中，前面几项是国际上所谓的CCUS技能，背面用红箭头标出来的这两项——矿物碳化和生物炭，我国研究得还比力少。
图8 环球实现碳中和的重要技能
这里的焦点题目是，这些技能还必要进一步研究，如今还没有须要顿时就大范围工程封存，那是要在2060年之前思量的题目。现在这方面的技能前进是比力快的，将来会前进到什么水平还欠好猜测，但是我小我私家以为，最好不要单纯地封存，那样不孕育发生经济效益，照旧要想方法怎样使用二氧化碳。
专题八：青藏高原领先达标树模区发起
第八个专题是发起在青藏高原设置装备摆设一个领先达标的树模区。青藏高原在我国境内的面积有250万平方公里，我国正在设置装备摆设青藏高原生态屏蔽，同时我国大概也要开辟一些河道的水电，假如能把青藏高原建成一个领先达标树模区，我们就可以或许在天气改变题目上处于一个品德上的制高点。青藏高原固碳的潜力非常之大，由于它有许多退化的草地，以是我们如今要对它举行专题研究。
别的还要思量，今后一个地域或一个行业的碳中和水平怎样评价，这要从生产端、消耗端配合来做，也必要拿出一个思绪。
专题九：政策技能阐发研究
第九个专题是政策怎样推动的题目，包罗怎样推动非碳技能，怎样举行生态设置装备摆设增添碳汇。现在来说，我国在减排题目上，当局束缚性政策大于市场机制，今后大概要更多地寄托市场来发挥作用。
图9 政策技能阐发框架
图10 咨询项目标最终景象设计与综合
如图10，这个项目终极会做一个景象设计：倘使我国每年不得不排放25亿吨二氧化碳，这些排放来自那边？依据现在观察比例，天然历程可以汲取13亿吨，假如生态体系汲取8亿吨，大概还要思量用风化和碳酸钙沉淀汲取2亿吨，另有2亿吨大概要酿成生物炭埋到泥土中。然后便是种种技能怎样迭代，最终思量怎样收口。整个景象也许是这么一个设计。到2060年，假如我国可以或许做到25亿吨二氧化碳排放量，我小我私家以为黑白常了不得了。
最终再说几个看法：
第一， “碳中和”历程既是挑衅又是机会，其历程将会是经济社会的大转型，将会是一场涉及遍及范畴的大厘革。“技能为王”将在此历程中得到充实表现，即谁在技能上走在前面，谁将在将来国际竞争中取得上风。国度必要积极研究与策划，谋定而动，体系结构，构造气力，特别支持，力图以技能上的先辈性得到财产上的主导权，使之成为民族再起的紧张推动力，我们一定要积极地对待这个题目。
第二，我们项目组夸大：完成这个大转型，必要在能源布局、能源消耗、人为固碳“三端发力”，所需之资金将会是天文数字，决不行能寄托当局财务补贴得以餍足，一定对峙市场导向，鼓舞竞争，稳步推进。当局的财务资金应重要投入在技能研发、财产树模上，力图加速我国技能和财产的迭代前进速率。在此历程中，格外要防备能源代价显着上涨，影响住民生存和产物出口。
第三，本项目只能先给出一个框架性发起，以供科技界商议、修正、美满。盼望汇聚众智后，学部的发起对我国怎样推动此大转型，怎样在将来国度创新体系中形成结构美满、责任明白的技能研发体系等庞大题目，有实质性的引导意义。项目组也以为，我国粹术界应该秉持开放的态度，遍及参加，发挥出想象力和制造力；国度有关部分在确定门路图的题目上可思量先履历一段“百家争鸣”时期，万万不要急于“收口”，万万不要急于强力推进。
第四，这个大转型历程中，整个行业的和谐共进非常紧张。“减碳、固碳”“电力替换”“氢能替换”均必要增添企业的分外本钱，假如某一行业差别企业间不克不及和谐共进，势必会使“不作为企业”节省了本钱，从而显现“劣币驱走良币”征象。由此，分行业设计“碳中和”门路图及有用的鼓励/束缚制度需尽早完成，这个非常要害。
第五，评价国度、地区、行业、企业乃至家庭的“碳中和水平” ，需从收、支两头计量。从能源消耗角度论，“支”（即排放）相对简单计量；“收”（即固碳）因为范例多样，历程庞大，很难准确计量，尤其是“人为高兴”下的固碳增量不易确定。由此，国度要尽早创建体系的监测、盘算、陈诉、检点的尺度体系，以期针对我国的碳出入状态，包管话语权在我。
固然，这内里另有国际上的互助与斗争，好比将来的排放权怎样安排？将来排放的天花板应该怎样确定？“配合又有区另外责任”将来怎么来表现？西方国度一向在说“资金与技能救济”，但是一向没做，他们怎样兑现？每个国度排放量怎样计量？别的我国该怎样应对西方国度的舆论抹黑，好比西方国度总说中国事第一污染大国，实在从图2看，我国人均累计排放量远远低于天下均匀，但是我们没有人就此题目发声。别的，针对外国对我国绿色产物好比太阳能电池板设立高额关税，我国该怎样应对？这内里有许多的题目必要思索。
另有一些底子性的科学题目必要研究，好比究竟1.5℃、2.0℃增温对应什么样的二氧化碳当量浓度？曩昔国际上每每说450ppm二氧化碳当量浓度，如今已经到达了这个浓度，但增温并没有到达1.5℃。我小我私家以为，格陵兰冰盖溶化之前，变暖对中国事有利的，溶化之后海平面要上升，对中国就倒霉了，以是我们照旧要有一个研究目的。
总之，科技界任重道远。
感谢家人们！
