演講人：賀克斌 演講地點：bevictor伟德官网“人文清華講壇” 演講時間：2021年6月
賀克斌 中國工程院院士，bevictor伟德官网教授。國家自然科學基金委傑出青年基金獲得者，教育部長江學者特聘教授。現任國家生态環境保護專家委員會副主任，教育部科技委環境學部主任，全球排放研究計劃（GEIA）中國工作委員會主席，全球能源評估研究計劃（GEA）環境組組長等。長期緻力于大氣複合污染來源與多污染物協同控制方面的研究。獲國家自然科學獎二等獎1項、國家科技進步二等獎3項和省部級科技獎勵11項。
碳市場與碳減排
5月26日，生态環境部宣布全國碳市場将在6月底上線交易。全球關于碳的定價問題，已有61個國家啟動，采取了兩種機制，其中31個國家采用碳市場，還有30個國家采用碳稅。在碳市場機制的實施上，中國實際從2011年開始就在7個城市逐步試點，北京、天津、上海和深圳在2013年啟動，重慶、廣東和湖北在2014年啟動。
全國碳市場上線交易，首先從電力系統推進，電力工業覆蓋中國二氧化碳排放量的35%；第二步将會引入建材行業的水泥和有色金屬行業的電解鋁，這兩個行業引入後，覆蓋的二氧化碳排放量會達到47%；之後引入化工、建材、石化等八大行業，這八大行業會覆蓋全國二氧化碳排放量的70%。未來還會從生産領域擴展到生活領域，在我們生活中也會逐步引入碳市場的概念和實際應用，也就是我們個人的碳足迹。
碳市場主要目的是促進二氧化碳減排。比如，2008年到2016年，歐盟通過碳排放交易體系ETS機制減少了10億噸二氧化碳，相當于歐盟總排放量的4%左右。為什麼要花這麼大力氣來減少二氧化碳？因為全球變暖問題已越來越嚴重，造成熱浪、暴雨、北極冰蓋融化、幹旱、海平面上升等等。目前為止造成的這些威脅，僅僅因為地表升溫1攝氏度左右。如果不大幅控制像二氧化碳這樣的溫室氣體的排放，到21世紀末，最大的升溫可能會達到3～4攝氏度。從曆史溫度記錄看，冰河時期全球平均溫度和現在比也就低6攝氏度；恐龍時期，天氣比較熱，平均溫度和現在比也就高了4攝氏度，研究發現當時在北極有典型熱帶動物比如鳄魚存在。所以，3～4攝氏度對于全球氣候系統和生态系統的影響巨大。
碳達峰與碳中和
未來溫控目标安全線是升溫幅度不能超過2攝氏度，更穩妥一點，是要實現不超過1.5攝氏度的溫控目标，這也是2015年《巴黎協定》裡全球達成的基本共識。
溫度上升最大驅動力是溫室氣體，溫室氣體裡最典型的是二氧化碳。最近二百多年中，特别是工業革命以來，累計的二氧化碳排放量和全球平均溫度的上升有非常強的正相關關系，這也是為什麼首先要控碳的基本出發點。
全球特别是聯合國系統采取這樣的行動并非今天才開始。過去幾十年裡有三大裡程碑事件，第一，1992年《聯合國氣候變化框架公約》，到目前為止這仍是應對氣候變化的一個基礎性法律文件。第二，1997年《京都議定書》。第三，2015年《巴黎協定》。在《巴黎協定》的框架下，許多國家提出了碳達峰、碳中和的目标。
碳達峰是指在某一個時點，二氧化碳排放不再增長，達到峰值，之後逐步回落。它可能有個平台期，即達到峰值不再上升，穩定一段時間，然後再下降。碳中和是指一定時期内二氧化碳排放量與二氧化碳吸收量相平衡的狀态。人類的生産生活會大量排出二氧化碳，但生态系統，陸生生态系統比如森林，以及海洋生态系統，對碳有吸收作用，這叫碳彙，目前人類生産生活活動造成的二氧化碳的排放大大超過了陸生生态系統和海洋生态系統最大的吸收能力，這叫不中和或者不平衡，碳中和的目标就是要在一定時段範圍之内使二氧化碳的排放量下降到和二氧化碳的陸生生态系統、海洋生态系統的吸收量相平衡的狀态。
所以，碳達峰、碳中和最核心的是要采取各種措施、采取共同行動，把二氧化碳排放量大幅降低。
為實現全球“零碳未來”願景，截至2020年年底，已有100多個國家或地區提出了碳中和承諾，占全球二氧化碳排放量65%以上和世界經濟70%以上。
應對氣候變化，中國在行動
從上世紀九十年代初簽署《聯合國氣候變化框架公約》開始，中國一直在行動。和1990年相比，2020年單位GDP的二氧化碳排放強度降幅超過90%。煤炭在一次能源當中所占的比例，從1990年的76.2%下降到了2020年的57.7%，未來比例還會大幅下降。非化石能源占比穩步上升，到2019年已超過15%，在我們已宣布的目标當中，2030年這個比例會超過25%，還會繼續往上推進。
減碳助推PM2.5濃度大幅降低。2013年開始國家大力治理大氣污染，先後推行了《大氣十條》五年計劃、《打赢藍天保衛戰3年行動計劃》，通過8年努力，和2013年相比，到2020年，全國300多個城市PM2.5平均濃度下降了46%。老百姓現在藍天的獲得感和減碳行動是協同增效的。
2020年9月22日，習近平主席在第75屆聯合國大會一般性辯論上正式宣布我們的“雙碳”目标，提出中國将提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前達到峰值，努力争取2060年前實現碳中和。
如果我們還繼續延續過去以末端治理為主的控制路徑，未來十年我們減排大氣污染物的潛力将基本耗盡，即使是進一步努力，一直幹到2060年，PM2.5濃度最好大概是在25微克立方米左右，現在全國300多個城市平均濃度是33微克立方米，可以發現，減下去的仍非常有限，所以我們寄希望于在碳中和目标下實現深度能源轉型。在碳中和目标下，我們可以大幅降低PM2.5濃度，未來可以降到世衛組織現在的最低推薦值10微克立方米以下，全中國平均值大概在8微克立方米左右，老百姓的健康獲益會大幅增加。
要實現碳中和目标，我們任務非常艱巨。全國二氧化碳總排放量在2020年是104億噸，到2030年前達峰，預計達到110億噸左右，略有增長。我們的碳彙能夠吸收碳的那部分能力大概是十億噸左右，要把二氧化碳排放降到這個水平，意味着超過90%的排放量要減下來。
考慮到現階段我們的國情，減碳存在三大難度：
第一，我們現在還是高碳能源結構，化石能源比例和歐美比明顯高，雖然煤炭比例已下降，但仍是全球煤炭比例最高的國家之一。
第二，我們是高碳産業結構。現在在全球産業鍊分工裡，水泥、鋼鐵、石化這樣高耗能的工業，在我們整個産業中的比例還比較高，這些是比較難減排的行業。
第三，我們是世界上最大的發展中國家，還在中高速發展階段，在這個過程中，減碳絕不是輕輕松松能實現的。
我們未來的減排任務怎麼逐步完成？可通過“五碳并舉”來攻克難關。第一，資源增效減碳。達到同樣的經濟目标，但将能源需求降到最低。第二，能源結構降碳，大幅提升非化石能源比例。非化石能源比例大幅提升後，仍有部分化石能源存在，即使到了2060年仍會存在，還會産生一部分二氧化碳，要有其他措施來解決。第三，地質空間存碳，通過碳捕集利用和封存（CCUS技術）來解決一部分二氧化碳。第四，生态系統固碳，通過各種生态建設手段，使二氧化碳的碳彙能力鞏固和增加。這四個都是技術手段，什麼樣的技術在什麼樣的時空範圍裡應該優先使用，第五個措施即市場機制融碳可以發揮重要作用，碳市場會通過市場機制來推動各類技術更合理有效地應用。“五碳”一起發力是我們未來可能實現碳中和的基本路徑。
廣泛而深刻的系統性變革
我認為，“五碳并舉”實現碳中和會帶來政府行為、企業行為和個人行為的根本變化，影響範圍非常大。這場經濟社會系統性變革，涉及觀念重塑、價值重估、産業重構及廣泛的社會經濟和生活影響。
第一是觀念重塑。全球推進實現碳中和目标，世界經濟發展将從資源依賴型向技術依賴型轉變。現在的全球經濟高度依賴化石能源，但化石能源地域分布極不均勻，目前，煤炭儲量最多的前五個國家占了全球煤炭75%的儲藏量；石油儲量，前五個國家占了62%；天然氣儲量，前五個國家占了64%。“五碳并舉”裡的第二碳是能源結構降碳，核心是要大幅提升可再生能源或者非化石能源比例。非化石能源最典型的分别是風能、太陽能、水能、核能。其中風能、太陽能将來比例會更高。全球風、光資源分布相對更均勻，誰能夠更好地抓取風、光資源，即開發出大規模應用風電、光伏電的領先技術體系，誰就提升了長期經濟發展支撐能力。未來會更關注關鍵技術的競争。國際能源署（IEA），分别對低碳發電、電力基礎設施、交通運輸用電、工業用電、建築物用電、燃料轉化用電等技術做了梳理分析，在低碳發電領域像光伏發電等技術已比較成熟，可走向市場；在電力基礎設施領域，智能充電等技術目前還需要進一步研發、競争，才能推向市場。IEA2021年的最新報告顯示在全球能源行業的路線圖裡，2050年實現淨零排放的關鍵技術中，50%目前尚未成熟，需要進一步研發提升，可見走向技術依賴型的經濟發展模式對科技創新的需求更加迫切。
第二，價值重估。先看能源成本。目前風、光發電和火力發電的成本已相近。但如果加上并網成本，風、光伏電目前和火電比還比較高。碳市場的建立和逐步完善會使碳價在全國或者全世界發揮作用，逐漸使技術的競争優勢發生變化，并網成本随着規模的應用将大大降低，因此風電、光伏電的價值和競争力會被重新認識。
再看看地域價值。目前，我們國家東部是發達地區，中西部是欠發達地區，但風、光資源恰恰比較集中在中西部，這會給這些地域帶來新的發展機遇，可能一些耗能比較高的産業在那些供能比較密集的地域有更多的發展機遇，一定程度上也能帶動這些地區的經濟發展，使發展不平衡的問題得到一定解決。舉個例子，甯夏地域很廣闊，但沙地很多，一家企業做了大量的太陽能闆，獲得的太陽能用于發電，太陽能闆造成大量的陰影，在陰影下種的甯夏特産枸杞，和沒有太陽能闆覆蓋的枸杞相比，水分保持時間更長。太陽能闆到一定時候是有污染的，會影響吸收太陽能，需要沖洗，沖洗太陽能闆的水可以用來灌溉下面的枸杞，實現循環利用。這個經濟模式，把原來比較荒的沙地大幅改變為能源利用地和新的經濟作物生産地，為發展帶來全新機遇。
價值重估還有一個例子，光伏發電需要多晶薄膜材料，制造這種材料需要的關鍵稀缺元素如铟、碲等，這些元素如果以現有資源量供給現有用量沒有問題，但2050年光伏裝機總量的目标是要比2020年增加19倍，因此這些稀缺元素的累計需求量會大幅增加，其未來價值會更大提升。現在的固體廢物裡有這些元素，但現在更多地把這些元素視為有毒有害物，想辦法進行無害化處理，一旦其價值增加後，可能就需要提高技術精打細算地從固體廢物裡把它們提取出來，這将大大推動它們的循環利用，這也是價值重估推動技術變化。
第三，産業重構。未來在減碳推動下，傳統加油站會變成加能站，在我們國家這正在走向現實。中石化在“十四五”期間計劃利用原有3萬座加油站、870座加氣站的布局優勢，建設1000座加氫站或油氫合建站、5000座充換電站、7000座分布式光伏發電站點。
供電系統也會發生變化。傳統上，我們通過火電、核電、水電的電網系統滿足生産生活所需，但未來，風和光這兩種新能源會引入到新型電力系統，其比例高了以後，有一個非常重要的特點，即其波動性非人為可控，風、光是天然資源，有季節性變化，甚至有日變化，波動性很大，不像火電可控。這個情況下電力供需管理系統會催生新型産業——虛拟電廠。以前“以需定供”的模式相對穩定，現在“供”的地方出現了不穩定，就要最大限度挖掘“需”的地方，找到調節能力，這個調節能力如果在建築物裡，就是調節生活用能，比如洗碗機、洗衣機這些生活用電對時間不是特别敏感，早點幹晚點幹都行，放在什麼時候洗系統來控制，反正到時候就洗幹淨，這是生活用能的一種做法。生産上，比如水泥工業一些研磨工藝、有色冶金電解鋁工藝、鋼鐵行業電爐用電等，在一定幅度裡可調節，這個調節通過智能系統就能在供需之間形成相對平衡。大規模的電動車應用，其充電也有較大的調節波動能力。我們把未來發展中，這部分從調節“需”方來适應“供”方的波動的功能，叫做虛拟電廠。這是未來發展裡非常值得期待的。現在江蘇等一些省份已有這樣的例子，水泥、有色冶金電解鋁、鋼鐵行業這三種工業已可形成2000兆瓦的虛拟電廠，相當于十來個燃煤火電廠的發電量的供需調節能力。未來，這部分新業态發揮的作用還會更大。
産業重構方面，減碳壓力的産業鍊傳遞也很突出。越來越多的全球性大公司自主承諾減排，原來對一家企業到底排多少碳主要看生産過程，但現在已擴大到産業鍊。一個産業鍊包括上遊原料和下遊産品應用，把上下遊綜合考慮起來，就會形成減碳壓力的産業鍊傳遞。比如，中國現在是世界上最大的小汽車生産和消費市場，每年産銷2500～3000萬輛，是美國和日本的總和，這麼大的量，對鋼材需求比較大。一家承諾了産業鍊上要減碳的跨國公司在生産小汽車時，就會要求上遊生産鋼材的廠家也要跟着它減碳，形成倒逼，煉鋼廠如果達不到它的要求，它就會去找其他能達到要求的供應商。
工業産業鍊也會發生重大變化，傳統石油煉制形成汽柴油輸送給燃油車，燃油車消費後會排放大量二氧化碳，未來這一産業鍊的市場空間會被大大壓縮。新能源大幅推廣後，通過石油生産基礎化工原料，産出橡膠、塑料、纖維這樣的産品還有很大市場空間，而相關新材料還會進一步拓展市場空間。因此化工生産系統未來的主要方向會是燃料變成原料、能源變成資源，這樣在終端産品裡碳排放的壓力會明顯減少。
除了觀念重塑、價值重估和産業重構以外，碳中和對社會生活也會造成廣泛影響。
先看出行方面。比如大幅使用新能源汽車，特别是電動車，在全國會形成比較大的消納風電、光伏電的能力，這也是虛拟電廠的組成部分。一個電動小汽車用戶，可能根據充放電的過程做優化選擇，未來可能會通過虛拟電廠的方式，在整個優化系統裡發揮調節作用，當光伏電、風電特别充足時，電價相對低，可把小汽車的電充滿，形成一個分布式儲能系統。當風電、光伏電不足時，電價會漲，小汽車用戶可以去放電，相當于賣電。國家電網在北京一個雙向充放電互動樁試點，結果表明，一輛小汽車選擇合适時段充放電，一度電能掙4毛錢，一年下來能掙4000塊錢。此外，小汽車用戶白天到單位上班，把車充滿光伏高峰電，晚上回到家，停車位可以直接和家中用電系統關聯，晚上用的就是白天充的便宜電，将來怎麼優化這個系統也是很有趣的課題。據《節能與新能源汽車技術路線圖》研究報告預測，2040年中國電動汽車保有量将達到3億輛，每輛車平均65千瓦時，車載儲能容量約達200億千瓦時，将與中國每天消費總電量基本相當。
其次是住——建築。現在有個概念叫“光儲直柔建築”，“光”指的是利用建築的表面去發展光伏電，有研究表明，理論上如果把全北京的屋頂都裝上光伏電，獲得的電能可能是北京市用電量的2倍。“儲”就是建築物裡可以鍊接建築物外充電樁或蓄電池。“直”是内部直流配電。“柔”是彈性負載、柔性用電，直流和交流用電會提升15%效率，同時如果用了柔性用電系統，建築在用電上會有15%～30%的調節能力，所以在适應未來高比例的風電、光伏電時，會成為非常重要的系統。如果是典型的住宅建築和辦公建築群的組合，可以消納近百公裡範圍的光伏電，春夏秋三季基本可以實現供電平衡，冬季因為有供暖需要，供電量會有缺口。柔性用電是充分利用風、光這些非化石可再生資源。
第三，對老百姓個人行為也有影響。在上海已開始實施碳普惠行動，無論是垃圾分類、綠色出行、節約用電，還是光盤行動等，都可以積分制，這個分叫作碳币，你可以在一定範圍内使用它，購買一些你需要的其他商品、服務，這是鼓勵簡約生活，人人都可以對減碳行動作出或大或小的貢獻。
碳中和倒逼能源結構、交通結構大幅調整，可以根本性地解決PM2.5、臭氧污染等大氣污染問題，使我們長期穩定地獲得藍天。同時由于增加碳彙的需要，我們的陸生生态系統、海洋生态系統的建設會加速改善，也就是生态恢複和生态工程的建設會大幅加速推進。到2030年，中國森林蓄積量要比2005年增加60億立方米，這個數字将來還會增加，此外對土壤碳彙、海洋碳彙、礦物碳彙和地質碳彙改善都會有不同程度的加速推進。因此，碳中和能大大促進美麗中國的目标穩定實現。
要适應這場經濟社會系統性變革，需要政策的引導、技術的變革和人才的培養，這三個是最關鍵的重要支柱。碳中和可能是對中國未來具有巨大影響的一個重大事件，将對自然科學、工程科學、社會科學的發展和創新提出巨大需求，需要多學科協同，通過科技創新和人才培養來實現這個重要目标。從現在到2060年，又是一個40年，碳中和的目标絕不是像我們這個年齡段的人可以徹底完成的，需要幾代人來傳承。所以，我們非常希望有更多年輕人投身新事業，為了“雙碳”目标共同努力。
來源：光明日報 6-26 賀克斌
