中國網/中國發展門戶網訊    我國力爭于 2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和（以下簡稱“雙碳”），是以習近平同志為核心的黨中央統籌國內國際兩個大局做出的重大戰略決策，是貫徹新發展理念、構建新發展格局、推動高質量發展的內在要求，是中國對世界做出的莊嚴承諾。

實現碳達峰、碳中和是中國可持續發展的必然選擇

實施“雙碳”戰略是保障能源安全和實現能源強國的重要舉措

目前，我國石油和天然氣對外依存度已經分別超過了 70%和 40%。在當前復雜的國際形勢下，油氣供應安全已經成為我國經濟安全和國家安全的重中之重。“能源的飯碗必須端在自己手里”，就必須降低對國外油氣的依賴。我國是世界上可再生能源資源最為豐富的國家之一，大力發展可再生能源等非化石能源生產和利用技術（例如，可再生能源電力代油、綠氫代油、生物質制油等實現油氣替代），是保障我國能源安全的最可靠手段，是能源強國的重要標志，也是實現“雙碳”目標的必然選擇。

推進“雙碳”工作是建設美麗中國的迫切需求

《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中明確提出，推進經濟社會發展全面綠色轉型，加快構建清潔低碳安全高效能源體系，提升城鄉建設綠色低碳發展質量，持續鞏固提升碳匯能力。實施“雙碳”目標是破解資源環境約束突出問題，推動經濟結構轉型升級實現可持續發展，促進人與自然和諧共生，以及推進生態文明建設、落實環境治理和生態修復的國家戰略；是建設美麗中國的現實和長遠需求。

“雙碳”戰略彰顯中國在構建人類命運共同體中的大國擔當

作為世界上最大的能源生產國和消費國，中國積極參與全球應對氣候變化工作行動，推動了《聯合國氣候變化框架公約》《京都議定書》《巴黎協定》等一系列條約的達成和生效。中國實現碳中和對于世界應對氣候變化行動具有決定性意義。“雙碳”目標意味著作為人口最多的國家將完成全球最高的碳排放降幅，彰顯中國積極應對氣候變化，推動構建人類命運共同體的大國擔當。

“雙碳”科技發展主要方向

“雙碳”目標對科技的挑戰

實現“雙碳”目標是一項宏大而復雜的系統工程，是一場廣泛而深刻的社會變革，涉及能源生產、工業用能、交通運輸等國民經濟支柱的各個領域，面臨著降碳幅度大、調整時間短、滿足要求的可用技術少等一系列挑戰。

中國能源結構中化石能源占絕對主導地位。2020年中國能源消費中煤炭占 61%，石油占 22%，天然氣占 9%，可再生及核能占 8%；從消費端來看，工業占 65%（工業用能 56%+工業原料 9%），建筑占 19%，交通占 16%（圖 1）。在相同發熱量情況下，煤、石油、天然氣燃燒產生的二氧化碳（CO2）比例大致為 10 : 8 : 6。由此可以估算出中國煤炭、石油、天然氣燃燒利用產生的碳排放量比例大致為 11 : 3 : 1。

2030年前實現碳達峰，意味著中國要在不到 8年的時間里，初步建立清潔低碳、安全高效的能源體系，產業結構調整取得重大進展，一大批變革性綠色低碳技術開始規模化推廣應用，重點耗能行業能源利用效率達到國際先進水平，重點領域低碳發展模式基本形成；2060年實現碳中和，要求我國非化石能源比例由目前的 20%上升到 80%。中國從碳達峰到碳中和的時間只有 30年左右，與發達國家相比，時間大幅縮短。這對于中國這個世界最大能源消費國家，是一個巨大挑戰。科技創新是解決這一系列問題的核心關鍵，對“雙碳”目標實現應起到核心的支撐引領作用。

“雙碳”科技發展需要“三端發力”

當人為碳排放量等于人為固碳量與自然碳匯量之和時，就實現了碳中和（圖 2）。2021年中國科學院（簡稱“中科院”）學部啟動了“中國碳中和框架路線圖研究”重大咨詢項目，提出了實現碳中和需要在能源生產端、能源消費端、固碳端“三端發力”的總思路。能源生產端，要降低化石能源消耗，發展非碳能源替代化石能源發電、制氫，構建新型能源供應系統；能源消費端，實現電力、氫能、太陽能等非碳能源對化石能源消費的替代；固碳端，主要是通過生態建設、土壤固碳、碳封存與利用等工程去除不得不排放的 CO2。

構建多能融合的能源生產與利用新體系

2018年中科院提出了構建多能融合能源新體系的理念。實現“雙碳”目標要從源頭上降低碳排放，其中最主要的途徑就是降低化石能源消費總量。但是，降低化石能源消費不能以犧牲經濟社會發展、犧牲國家能源安全和產業鏈安全為代價，必須通盤考慮先立后破。在大力發展可再生能源、核能等新能源的同時，注重新能源與現有能源和工業體系的無縫鏈接，建立多能融合的能源生產和利用新體系。實現“雙碳”目標的過程也是低碳/零碳能源對高碳能源的逐步替代過程。以保障經濟社會穩步發展為基礎，以實施“雙碳”戰略為目標，系統考慮能源生產與消費，結合中國國情，發展以化石能源清潔高效利用與耦合替代、清潔能源規模應用與多能互補、工業流程低碳再造、交通建筑智能化多能融合為主線，以氫能、儲能、甲醇為關鍵平臺的多能融合低碳能源生產與利用新模式（圖 3），支撐清潔低碳、安全高效的能源新體系和綠色低碳循環發展的經濟體系的構建。

化石能源清潔高效利用與耦合替代

中國化石資源中煤炭占 90%以上。“富煤貧油少氣”資源稟賦決定了中國以煤為主的能源結構短期內無法改變。

煤炭是我國最可靠、最經濟的能源資源，特別是在當前復雜的國際形勢下，煤制油、氣、化學品，實現油氣補充替代進口，是保障國家油氣安全的剛需。煤炭也是冶金、建材等基礎工業的主要燃料和原料，但普遍存在系統效率低、污染物和碳排放高等問題。“雙碳”目標下，必須加大發展節能減排技術，滿足污染物和碳排放要求，保障能源供應安全和產業鏈安全。煤炭的能源地位從“主體”向“基礎”再向“保障”轉變是大趨勢。波動性可再生能源的引入對能源生產與供應的穩定性提出了新的挑戰。在長時間、大容量、低成本的儲能技術成熟之前，要發展高效靈活調峰發電技術。燃煤發電作為電力系統的“穩定器”，應起到兜底保障作用。

清潔能源規模應用與多能互補

目前，我國正在大力發展可再生能源、核能發電技術、儲能技術、智能電網與分布式能源等新技術。可再生能源與核能大規模應用可以形成對煤電的替代。可再生電力電解水大規模制取綠氫，綠氫與煤化工、鋼鐵、建材等行業耦合，可以大幅度降低這些行業 CO2排放。綠氫與 CO2反應制油品、化工品，是對石化行業的重要補充。長遠看，可再生能源必將成為中國能源的主體能源，因此要重點發展新型高效太陽能電池、大功率海上風電、生物質能、地熱能、海洋能新技術。

核能具有能量密度高、供能穩定、碳排放低的優勢。加速器驅動的先進核能技術可以將乏燃料轉換為可用的燃料，成倍提高核原料利用率，并能顯著降低核廢料量。釷基熔鹽堆核能系統具有安全、靈活、節水的特點，是核能發展重要方向之一。可控核聚變是人類的能源終極夢想，我國這方面的工作已經取得了世界領先水平的進展，創造了 1.2億攝氏度 101秒和 1 056秒長脈沖高參數等離子體運行等多項世界紀錄，目前正在向建設緊湊型核聚變能實驗堆方向努力 。

工業流程低碳再造

我國處于工業化中后期， 單位國內生產總值（GDP）碳排放量高。我國第二產業能源消費占全國能源消費總量 70%左右，其中鋼鐵、水泥、有色金屬、化工等高耗能產業是主要碳排放源。我國 2020年生產了全球 57%的粗鋼、58%的水泥、57%的電解鋁，這是我國能源消耗總量大、單位 GDP能源消耗強度高的重要原因。我國制造業整體處于全球價值鏈中低端，通過調整產業結構降低碳排放的難度要遠大于發達國家。

降低工業能耗。主要有 3條途徑。① 發展變革性綠色低碳技術、綠氫替代技術降低碳排放，如氫冶金、無碳電極電解鋁技術。② 結合清潔電力發展提升工業電氣化水平，替代化石能源供能降低工業 CO2排放，如電爐冶金、電鍋爐、電窯爐等技術。③ 調整原料和產品結構，促進工業流程低碳化再造和產業升級，如原油直接制化學品、新型水泥制造技術等。

加強工業體系與能源體系的耦合。工業過程產生的 CO2、一氧化碳、氫可以與能源和化工產業結合。例如，鋼廠尾氣富含一氧化碳，可以與綠氫結合，利用煤化工合成氣轉化技術生產甲醇、乙醇、烯烴、芳烴等化工品或燃料。工業生產中的余熱與城市建筑供暖相結合，降低建筑整體碳排放。不同部門之間，不同行業之間的能量耦合與物質耦合，可望帶來明顯的整體節能減排效應。例如，許多建筑采用熱泵技術供能，水源熱泵利用市政或者工業水源（如自來水廠、污水廠、工廠冷卻水等）作為低溫熱源，可以大幅提高熱泵能效，降低建筑整體能耗。

建筑、交通智能化多能融合

建筑和交通用能具有單體用能少、用戶數量多、分布地區廣的特點。通過智能化多能融合技術，形成電力-交通-建筑之間的能量交互流動，提高整體能效。

建筑用能主要是電力、燃氣和供暖。一方面，發展建筑節能技術，提高建筑節能標準；另一方面，可以在有條件地區采用建筑電氣化方式降低 CO2排放。同時，依托建筑本身發展分布式“光儲直柔”電力系統，建筑成為能源的生產者和調控者，可以大幅降低建筑能耗。發展跨季節儲熱/儲冷技術，以及分布式供能技術，通過氫、電、熱、冷聯供可以顯著提高系統能效。部分建筑本身具有儲電/儲熱功能，可以與電網交互，參與電力系統調峰和需求側響應，提升電力系統穩定性。未來電動車將成為主流。每臺電動車儲電能滿足 4口之家 5天用電量（2021年中國家庭人均用電 2.3千瓦時/天，按每臺電動車儲電 50千瓦時計算）。通過智能化車網互動技術，電動車成為建筑與電網能量和功率的調節器，建筑用能效率和可靠性也會大幅增加。

隨著我國交通運輸業持續快速發展，用能量會不斷增加。降低交通運輸業的 CO2排放主要是發展電代油、氫代油技術。電動車是乘用車發展的主要方向。氫燃料電池在重型或者專用車輛方面具有良好的發展前景。發展生物質制油、氣技術可以降低傳統油、氣的消耗，促進建筑和交通低碳發展。發展綠色甲醇/油品技術也是保障國家能源安全的重要手段。

通過智能化多能融合，可促進我國新能源汽車的發展。我國 2021年底全國汽車保有量超過 3億輛，新能源汽車保有量達 784萬輛，比 2020年增加 59%。國務院辦公廳印發的《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》中明確提出，推動新能源汽車與能源融合發展，促進新能源汽車與可再生能源高效協同。電動汽車的電池退役后，可以作為建筑或者電網的儲能單元繼續使用。

碳匯理論與封存利用技術

碳匯對實現碳中和具有重要的意義。目前，碳匯機理不清楚，科學計算方法還存在較大的不確定性。要針對地質碳匯的科學評估與增匯技術、生態系統碳匯、氣候變化與碳匯關系、地球深部碳循環、生態碳匯穩定性、氣候變化與碳循環互饋機制等加強基礎研究，建立碳庫核算新方法、碳匯潛力評估新技術，為碳中和提供理論指導和科學依據。

大力進行生態建設，發展生態碳匯。加強森林、草原等陸地生態系統和近海生態系統管護與固碳增匯關鍵技術攻關，提供種植業、畜牧業、漁業養殖等固碳減排技術，為提升國家重大生態工程固碳效益和農業綠色發展提供科技支撐。科學推進生態系統碳匯增匯示范區建設，提出國家尺度生態系統碳匯提升空間布局建議方案，形成立體監測、技術示范和決策支持“三位一體”的生態系統碳匯研究與氣候變化治理支撐體系。

加強碳捕集、利用和封存（CCUS）基礎研究和核心技術攻關。CCUS技術是將來解決鋼鐵、水泥等難減排行業碳排放問題的重要手段，是我國實現碳中和目標的保底技術。因此，CCUS技術的經濟性必須受到關注。

中科院科技支撐“雙碳”戰略行動計劃

為深入貫徹落實黨中央、國務院關于碳達峰、碳中和的重大決策部署，強化頂層設計，充分發揮多學科建制化優勢，中科院啟動實施“中國科學院科技支撐碳達峰碳中和戰略行動計劃”（以下簡稱“雙碳行動計劃”）。“雙碳行動計劃”是今后一個時期中科院相關領域開展“雙碳”科研攻關的重要工作依據。“雙碳行動計劃”是開放性的科技規劃，堅持與時俱進，將根據國際形勢和國家戰略需求進行調整和更新。

“雙碳行動計劃”目標

圍繞國家“雙碳”戰略目標重大科技需求，研究提出科技發展路線圖，打造原始創新策源地，突破關鍵核心技術，開展綜合應用示范，支撐產業低碳綠色轉型發展，搶占科技制高點，建成創新人才高地，提升國際影響力和話語權。在科技支撐國家“雙碳”戰略實施中，起到國家戰略科技力量的骨干引領作用。

“雙碳行動計劃”的主要內容

圍繞“雙碳行動計劃”目標，統籌推進八大行動，實施 18項重點任務（表 1）。

“雙碳”科技工作思考與建議

加強“雙碳”戰略研究。我國特殊的資源稟賦、發展模式和發展速度決定了實現“雙碳”目標只能走適合我國國情的道路。需要加強戰略研究，把握科學技術發展規律和大勢，研判重點技術的未來發展趨勢及路線圖，識別和發現未來潛在新興技術及突破性、顛覆性新技術，提出系列關鍵技術的發展計劃，研判關鍵技術及其組合發展的綜合作用及影響。盡快科學制定中國“雙碳”科技發展路線圖，技術發展清單和時間表，引領經濟社會的低碳轉型發展的技術方向。

加強基礎研究和關鍵核心技術攻關。“雙碳”目標是一場深刻的全社會變革，是一個巨大的系統工程，在這場變革中“技術為王”將得到充分體現。支撐“雙碳”目標的技術創新體系，需要加強頂層設計，發揮國家體制優勢，全國一盤棋進行統籌布局。

注重政府引導與市場導向作用。實現“雙碳”目標： 堅持技術引領，發揮建制化國家戰略科技力量的作用； 堅持市場導向，發揮企業積極性，強調企業的減排主體責任； 堅持聯合，鼓勵競爭，穩步推進。建議國家相關部門設立“雙碳”科技創新專項支持技術研發，出臺政策，鼓勵和引導企業產業進行“雙碳”技術研發與示范應用，加快技術和產業升級迭代。 要特別重視產業結構的調整，強化行業之間的相互關聯，以及各地區之間的相互作用。

發揮國家戰略科技力量主力軍的核心引領作用。以中科院為例，作為國家戰略科技力量主力軍，其在“雙碳”科技方面有成建制的研究隊伍，長期積累并取得了一批重要成果。在“雙碳行動計劃”的指導下，中科院將發揮優勢，主動前瞻布局，與國家相關部門密切配合，加強與地方和骨干企業的合作，部署實施一批重大項目，積極建議和承擔國家重大任務，出臺相關政策在人才、平臺、國際合作等方面提供全面支持，努力為國家實現“雙碳”目標提供強有力的科技支撐。

（作者：何京東、曹大泉，中國科學院 重大科技任務局 ；段曉男，中國科學院 前沿科學與教育局 ；趙 濤，中國科學院 科技促進發展局；李奇鋒，中國科學院 重大科技任務局 ；肖 宇、劉中民，中國科學院大連化學物理研究所；陳海生、丁赤飚，中國科學院 重大科技任務局。《中國科學院院刊》供稿）

相關文章