我國實現碳中和的技術路徑分析

　　我國碳中和實現路徑確立了“以減少碳排放為主、增加吸收為輔”的技術路線，減少碳排放的關鍵是降低化石能源使用，找到清潔能源替代化石能源；增加碳吸收的難點在于碳匯作用有限，關鍵要降低固碳成本。能源發電和交通運輸是當前碳中和的重點，應加快儲能技術研究和數字化技術融合應用，抓住航空、航海領域的減排機遇。

　　據聯合國氣候變化委估算，與工業革命前相比，全球平均氣溫已經上升了1℃左右。如果持續目前的速度，每過10年，全球就會變暖0.2℃。因此，2015年，195個國家在巴黎氣候大會上達成了《巴黎協定》，總體目標是將全球升溫幅度限制在1.5℃。氣候變暖主要是人類燃燒化石燃料、排放二氧化碳等溫室氣體造成的。所以，人類想辦法抵消產生的二氧化碳，實現宏觀層面的清零，或者叫零排放，這就是所謂的碳中和。碳中和也被寫進我國“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要。隨著我國正式宣布在2030前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，這個命題成為未來40年影響我國產業、企業和個體的重要因素。

　　我國實現碳中和的總體技術路線

　　所謂碳中和，是指在宏觀賬面上碳清零。要實現碳中和，一是減少碳排放，二是增加碳吸收。關鍵是哪個為主、哪個為輔。表面上看，以增加碳吸收為主更簡單，因為把排放的碳全部吸收掉，就可以只做增量的事，不用破壞已有的事，而減排需要“傷筋動骨”。從2021年10月發布的《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》來看，我國選擇了更復雜的路線，以“減少碳排放”為主，“增加碳吸收”為輔。

　　減少碳排放的難點是降低化石能源的使用。以煤炭為例，我國每年燒煤高達40億噸，2/3用在鋼鐵、水泥、有色金屬等支柱產業中。在這種生產型的能源消費結構下，減排對國民經濟、就業，以及基礎設施都存在巨大的挑戰，需要逐步推進。所以在碳中和前期，提高化石能源使用效率成為電力、石化等行業重要的發展方向。例如，發展陶瓷膜分離技術、催化燃燒技術等。國家發改委于今年2月發布《高耗能行業重點領域節能降碳改造升級實施指南（2022年版）》，大力推動高能耗行業節能降碳。

　　減少碳排放的關鍵是找到清潔能源替代化石能源。據中國碳排放數據庫公告，在全國所有涉及化石能源的行業中，電力行業的排放量最大，占總排放量的44%。在電力行業中，火力發電的占比最大，裝機容量占全國總體的90%左右，所以要降低電力行業的碳排量，就必須找到清潔能源替代火電，成為發電的主力。比如光伏、風能、核能等。除了電力，所有涉及燃燒化石能源的行業包括交通運輸、建筑、鋼鐵等都需要替代方案。

　　增加碳吸收的難點在于碳匯所起的作用杯水車薪。植物吸收二氧化碳，在生態學里叫碳匯。但植物不僅通過光合作用吸收二氧化碳，還通過呼吸作用釋放二氧化碳，或者樹木死去或燃燒，吸收的二氧化碳又被釋放出來。據統計，每年全球約1.7%森林發生自然大火，以美國加州為例，2020年森林火災共釋放1.12億噸二氧化碳，相當于2400多萬輛汽油車一年的碳排量。中國社科院城市發展與環境研究所潘家華教授認為，森林吸收的碳只占所有碳排放的8%左右，而燃燒化石能源產生的碳占90%以上，所以想通過森林來吸收碳，也只是杯水車薪。

　　增加碳吸收的關鍵是降低技術固碳的成本。首先是經濟成本。例如，上海一家火電廠進行碳捕捉試點，每千瓦時發電成本從0.26元提高到0.5元，已經高于現在光伏發電、風能發電的平均價。其次，是碳成本。據北京高碑店、上海石洞口，以及國際上實際運行情況來看，完全捕捉二氧化碳，工廠每小時耗電量增加30%~50%。這些多消耗的電如果不發展新能源還要靠化石能源。所以，碳捕捉技術的底層邏輯存在矛盾，該項工作需要專業設備和裝置，而制造、運轉這些設備裝置，又需要額外耗能。

　　能源發電和交通運輸碳減排技術路徑

　　一是風力發電。我國國土面積雖然大，但風能資源分布不均勻。陸地風能主要集中在華北、東北和西北地區。如果讓風能發電成為主力，就必須解決東南沿海省份陸上風能資源不夠用的問題。解決方案有兩種，一種是依靠特高壓輸電，實現西電東送。我國特高壓輸電技術處于國際領先水平，但電網改造難度大，覆蓋全國的特高壓輸電網，短期看可能性不大。第二種是發展海上風電。相比于陸上風電，海上風電有3個優勢：儲量大、效率高、就近便利。2021年廣東、江蘇、浙江等沿海省份出臺的“十四五”能源規劃，均把海上風電作為重點發展方向。據中國行業研究網數據，截至2021年我國海上風電的裝機容量超過11GW，超過英國成為全球第一。所以，未來風電有可能作為新能源的主力。海上風電面臨的主要問題是電價高，高于光伏電價，需要提高發電效率，降低發電成本。有4個可能的解決辦法：第一，風機大型化；第二，通過數字技術，降低運維成本；第三，開發大型漂浮式電站；第四，創新海底電纜材料、制造工藝和輸電技術。據天眼查數據研究院統計，截至2021年年底我國風電相關企業數量達5.3萬家，65%的企業注冊成立在5年內。

　　二是光伏發電。目前，我國光伏發電裝機容量占全國總裝機容量12%，如果光伏發電要成為主力，替代火電，必須解決發電不穩定問題。光伏發電的基本原理是愛因斯坦發現的光電效應作用在半導體材料，將光能轉化為電能。因此，易受天氣影響，導致發電不穩定。可以通過發展光熱電站、加儲能、改進發電機技術等解決電網穩定的問題。2022年華為推出了智能光伏電機，融入了數字技術，包括大數據分析、AI等。另外，光伏發電還有巨大的降本增效空間。首先是原材料創新，提高發電效率。碲化鎘薄膜電池比硅電池發電能力更強，轉換效率更高。其次是數字化技術幫助光伏電站降低運維成本。今年1月，工信部等5部門聯合印發《智能光伏產業創新發展行動計劃（2021—2025年）》，大力發展智能光伏產業。

　　三是核能發電。在世界范圍內，核電可否作為主力能源的爭議較大。主要是核廢料問題、核泄漏風險和選址必須靠近江河湖海。第四代核電技術已經解決核泄漏和選址問題，也大大減少了核廢料總量。去年，我國自主研發的第三代核電技術“華龍一號”核電機組出口，幫助其他國家解決能源問題，促進共同發展。

　　四是發展儲能。儲能是解決風光電不穩定的措施，有兩條主要途徑，途徑一為電池儲能，包括鉛酸電池、鋰電池、電池集裝箱等，但其實較難滿足需求。原因主要是儲能時間短，遇到極寒天氣電量快速釋放等，原材料資源有限，儲能需求缺口大，電化學產能跟不上。因此，2021年出現了一些新的儲能前沿技術，其中，電磁儲能和超級電容技術處于實驗室階段，飛輪儲能、壓縮空氣儲能、液流電池處于示范項目階段，儲氫技術處于商用化階段。2021年7月，國家發改委、國家能源局發布《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》提出，到2030年，實現新型儲能的全面市場化。短期內沒有成熟的路徑，繼續著手改進和升級電池，值得關注。一是發展鈉電池。鋰資源有限、對溫度敏感，而鈉電池相比鋰電池，雖然能量密度低，但溫度適應能力好，在-40℃~+80℃環境下可以工作，且儲量豐富，是鋰的上千倍。二是提升電池儲能效率，通過創新溫控技術，改變電池組排列方式，數字化管理電池等方式。三是實現電池梯次利用。途徑二為抽水蓄能，這是解決儲能問題的重要手段。根據國務院發布《2030年前碳達峰行動方案》，到2030年實現抽水蓄能電站裝機容量約1.2億千瓦，是現在的3倍多。同時，抽水蓄能也有需要克服的問題，如需求和選址資源不匹配。

　　五是交通運輸減排。2021年中國國際金融有限公司引入概念，叫“綠色溢價”。這個概念是2020年比爾蓋茨提出的，專門用來衡量什么才是碳中和的重點。綠色溢價，是指與當前現有排放技術的生產成本相比，使用零排放技術的生產成本提升的比例。根據這個標準，在排放量最大的8個行業中，建材行業的減排難度最大，是排在第二位交通運輸業的兩倍，之后依次是化工、電力、鋼鐵、造紙、石化、有色金屬。建材行業減排難度大是因為有些生產環節沒辦法做到不排碳，而交通運輸業通過技術創新，這個難度可能會大幅下降，這就是減排的重點。其中，新能源汽車技術相對成熟，綠色溢價只有18%。航空和航海的綠色溢價是新能源汽車的十幾倍，這里存在大機遇。航空減排方法有3種，一是發展電動飛機。瓶頸是電池容量，裝多了飛不動，裝少了飛不遠。二是發展氫燃料。2021年空客推出了三款氫燃料飛機的概念圖。三是發展可持續燃料。短期更有前途的是發展可持續燃料，已寫進我國《2030年前碳達峰行動方案》。航海減排有很大的機會點，第一步“油改氣”，第二步“氣改電”，發展純電動船運。這對電池企業是個大機遇，寧德時代已經開始布局。預計2025年，航海用鋰電池市場規模將達到550億元。

　　碳吸收、碳交易和碳管理技術路徑分析

　　碳吸收。據《中國能源電力發展展望2021》報告，到2060年我國能源消費結構中仍然可能有20%左右的化石能源，這就需要通過碳吸收來解決。增加碳吸收雖然為輔，但也需要關注。一是碳匯。森林碳匯是杯水車薪，但海洋碳匯可能是較好的解決方案。人類排放到大氣中的二氧化碳，有近1/3是被海洋吸收的。聯合國2009年發布報告指出，約93%的碳被暫時存儲在海洋生態系統中。復旦大學生命科學學院生態學專家趙斌教授認為，“靠碳匯吸收的碳，未來可能重新被釋放回空氣中，這給碳交易帶來極大的風險。環境保護為的不是增加二氧化碳的吸收，而是保護生態系統這個大‘碳庫’，在全球變暖的過程中，不會把儲存的碳排放出來”。二是碳捕集、碳封存。目前還處于示范階段，沒有達到商用水平。2021年微軟花重金投資瑞士一家做“直接空氣碳捕集”的公司，目前處于示范階段，每處理1噸二氧化碳，成本在600美元~800美元之間，還有巨大的下降空間。

　　碳交易。據中金公司預測，到2060年，碳中和需要投資140萬億元，相當于每年3.5萬億元，占年GDP總量的2%。中國人民銀行行長易綱表示，實現碳中和需要巨量投資，要以市場化方式，引導金融體系提供所需要的投融資支持。引導方式包括，一是綠色金融。如綠色信貸、綠色債券等。目前處在起步階段還存在不少問題，包括標準不統一、投資過于集中、與國家整體需求不匹配等。二是碳交易市場。2021年7月全國碳交易市場正式上線交易，其運行機制是每年國家會發放排放配額，一年內配額不夠用可從碳交易市場里的其他主體購買，交易價格根據供需情況實時波動。碳交易的主體是企業，包括兩類，一類是強制參與的，如發電企業。另一類是自愿參與的，任何發展新能源技術的企業都可以參與。2021年7月，全國2200多家發電企業成為首批參與碳交易的企業。截至2021年年底，全國碳市場碳排放配額（CEA）累計成交量1.65億噸，累計成交額69.31億元。三是市場機制催生創新。碳交易市場發展釋放3個機遇，一是在“少排能賺錢、多排要掏錢”的規則下，燃燒化石能源的企業更有動力采購相應的減排技術。對于研發新技術的企業，也多了一個重要的變現途徑。二是金融代理服務可能會迎來發展。三是碳交易市場需要數字化技術手段支撐，包括人工智能在能耗監測、上報等環節發揮作用，區塊鏈保證上報信息不被篡改，云計算讓不同地域的市場主體更方便、快捷地進行交易，大數據有效管理數據并進行分析等。

　　碳管理。做好碳管理，要有一本賬，記錄這個“碳”進出的賬冊，稱為碳賬本，最終通過這本賬可計算出年度凈排放額，這就是碳足跡。首先，不僅是國家規定的控排企業要做碳管理，非控排企業也要做碳管理，阿里巴巴、百度、京東、萬科等都已開始做碳管理。原因有二，一是回應政策，彰顯社會責任，同時應對來自國外競爭對手如谷歌、微軟、蘋果等公司的壓力。二是在產業鏈傳導下，行業龍頭企業倒逼產業鏈上的中小企業一起減排。碳賬本要按3個范圍來記碳排放額，即企業燃燒化石能源直接產生的碳排放、企業用電間接產生的碳排放、下游企業為保證生產而產生的碳排放。其次，碳管理服務成為新賽道。去年金風科技智慧園區成為中國首個獲得可再生能源碳中和認證的智慧園區。金風科技把碳管理服務作為自己重要的發力點，積累經驗、數據，形成數據庫，轉型成為碳管理解決方案提供商。