胡山鷹　金涌

自工業(yè)革命以來，煤炭、石油等化石燃料就成為人類生產生活最主要的能源。大量使用化石能源在推動生產力迅速發(fā)展的同時，也導致溫室氣體大量排放，加劇全球變暖。隨著碳排放總量逐年增長，氣候變化已引起世界各國高度重視，“碳中和”概念繼而被提出。

碳中和指凈碳足跡為零，即實現(xiàn)二氧化碳、甲烷等溫室氣體凈零排放。由于溫室氣體中二氧化碳比重最高、溫室效應最顯著，因此二氧化碳減排成為實現(xiàn)碳中和目標的關鍵。

我國距離碳中和目標僅剩40年，從碳達峰到碳中和更是只有短短30年時間，實現(xiàn)碳中和必將是一個巨大挑戰(zhàn)。

工業(yè)、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(yè)是最主要的能耗來源，其中，又以鋼鐵、建材、石化、化工、有色、電力等六大產業(yè)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(jié)能減排的重中之重。

工業(yè)節(jié)能需從產業(yè)結構與技術兩方面下手。一方面推動傳統(tǒng)資源密集型低端產業(yè)、重工業(yè)向高端制造業(yè)、高技術產業(yè)發(fā)展，減緩對鋼鐵、水泥等高能耗產品的需求，刺激對高端工業(yè)品、服務和綠色環(huán)境的需求增長。另一方面以技術進步推動能源效率提高，如發(fā)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(yè)能耗大幅減少。

建筑的運行能耗包含采暖、空調、照明、炊事、洗衣等能耗，其中，采暖與空調能耗占50%～70%，是建筑節(jié)能的重要指標。我國2017年建筑總面積643億m2，平均建筑運行能耗為119.9 kWh/m2a，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做優(yōu)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(xiàn)能量自給。預計我國2060年單位面積建筑能耗達到現(xiàn)階段國際先進水平，約為10 kWh/m2a，實現(xiàn)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(jié)能減排的響應主要集中體現(xiàn)在公路運輸中。部分發(fā)達國家已發(fā)布禁售燃油車的相關規(guī)定，我國減少燃油車、推進新能源車發(fā)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(yè)帶來巨大發(fā)展與挑戰(zhàn)。此外，隨著儲電技術的快速發(fā)展，航空、鐵路、航海電氣化也將逐步實現(xiàn)，2060年有望實現(xiàn)全部電氣化的零碳交通。

實現(xiàn)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(fā)展、智能電網(wǎng)不斷完善，零碳電力必將逐步替代煤炭，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(jù)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(xiàn)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(xiàn)階段美國水平的1～2倍，實現(xiàn)以電力為主導可以期待。

新能源開發(fā)作為零碳電力系統(tǒng)的重中之重，發(fā)展非常迅速，過去10年可再生能源發(fā)電成本急劇下降，2019年，并網(wǎng)大規(guī)模太陽能光伏發(fā)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(fā)電成本約為0.05美元/千瓦時。為解決其波動性、不穩(wěn)定性等問題，首先需要大力克服大規(guī)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(jù)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(xiàn)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，以天然氣等化石燃料為能源的火電廠仍將保有少量規(guī)模，以滿足調峰與應急需求。

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。化石資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(huán)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。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(xiàn)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。

2060年碳中和目標對我國既是挑戰(zhàn)也是機遇。在推進碳中和的進程中，我國將徹底擺脫資源、能源對社會發(fā)展的制約，告別化石能源時代，邁入新能源時代、化石資源時代、循環(huán)經濟時代。

◎ 來源|中國科學報