40年如何減排近80%？“雙碳”目標背后的科技大腦

2020年9月22日，在第七十五屆聯合國大會上，中國向世界鄭重承諾，力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。一時間，全世界將目光投向中國，想看看這個擁有14億人口的發展中大國拿什么兌現承諾。

 

幾天后，在位于北京三里河的中國科學院院部辦公樓，幾位科學家圍坐在一間小會議室里。會議發起者是中國科學院時任副院長丁仲禮，能源領域專家、中國科學院時任副院長張濤坐在他身旁，與會者主要是來自能源、化學、生態、資源環境等研究領域的知名專家。

 

“我們首先要搞清楚一個問題：減排到什么程度才能達到碳中和？”有人說。

 

大家仔細一算，要實現碳中和目標，未來40年里我國要減排近80%，而我國的能源稟賦以煤炭為主，人均GDP剛跨過1萬美元大關，全社會還需要完成大量基礎設施建設。作為最大的發展中國家，我國實現這個宏偉目標時間緊、壓力大、任務重。

 

面對減排與發展的均衡難題，2020年底，中國科學院學部經過前期醞釀后，部署了由丁仲禮、張濤和高鴻鈞3位院士牽頭負責的“中國碳中和框架路線圖研究”重大咨詢項目（以下簡稱“碳中和”咨詢項目），目標是繪制可落地的碳中和路線圖，使我國在展現大國擔當的同時保障自身發展權益，解決政策制定背后的重大科學問題。

 

“火出圈”的咨詢報告

 

2021年5月30日，在中國科學院學部第七屆學術年會全體院士學術報告會上，丁仲禮的一場面向全網直播的報告，引發了國務院相關部門的關注。

 

報告中，丁仲禮介紹了中國科學院學部重大咨詢項目——“碳中和”咨詢項目的背景、意義、關鍵科學問題、任務設計和已有的初步認識，以及咨詢項目組對未來我國實現碳中和路徑的5點建議。

 

在張濤的印象中，從那時起，國務院各部門常來中國科學院調研交流，了解碳達峰碳中和建議報告的具體內容。他本人也經常接到來自各行業部門的報告邀約，去科普碳中和技術體系。

 

綜合考慮各方意見和建議后，2021年9月22日，《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》發布。緊接著，2021年10月26日，國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》，并逐漸形成了碳達峰碳中和“1+N”的政策體系，以全方位推動中國實現碳達峰碳中和目標。

 

2021年11月，“碳中和”咨詢項目建議報告最終定稿。報告不僅細致回答了我國要如何分步實現碳中和目標，還給出實現目標的具體技術路徑。此時，距離我國向世界作出“實現碳達峰碳中和目標”承諾剛過一年。

 

為了滿足各層級碳達峰碳中和戰略決策的需求，讓更多人了解“碳中和”咨詢項目的成果，咨詢項目組在服務部委和省級行政區的決策和行動之時，還著力對咨詢研究成果進行科普。2022年9月，基于“碳中和”咨詢項目研究成果，咨詢項目組出版了專著《碳中和：邏輯體系與技術需求》（以下簡稱《碳中和》），該書入選中宣部2022年主題出版重點出版物，為政府工作人員、相關行業從業者和科研工作者提供了一份重要的參考讀本。

 

有一次，張濤在一場會議期間偶遇一位金融投資界的企業家。那位企業家捧著50萬字的《碳中和》找到張濤，激動地翻開書說：“原來您就是這本書的一位作者?。∧次耶嬃硕嗌偌t道道！”

 

“自那之后我發現，原來有很多非科技界人士在讀這本書，想了解碳中和是什么、如何實現碳中和，以及全球的態勢和中國的舉措。”張濤回憶。

 

《碳中和》能夠“火出圈”，與“碳中和”咨詢項目的專業性、前瞻性和高質量有關。參與過不少咨詢項目并且曾經分管過中國科學院學部工作的張濤感慨：“這是我經歷過的規模最大的咨詢項目。”

 

一場樸素的“科學會戰”

 

時間回到2021年春天，在中國科學院學部明確要做“碳中和”咨詢項目之后，一場覆蓋中國科學院5個專業學部、上百位院士專家的“科學會戰”啟動了。

 

早在國家提出碳達峰碳中和目標之前，中國科學院就有多家研究院所自發開展了與碳排放相關的研究。目標提出后，分散在各個研究所里的科技力量被組織起來。

 

這場“會戰”以最樸素的方式開始——張濤手機里存著很多國內相關頂尖科學家的聯系方式，他第一通電話撥給了中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱大連化物所）所長、中國工程院院士劉中民。

 

“學部啟動了‘碳中和’咨詢項目，希望你能參與其中。”張濤說。

 

電話那頭，劉中民立刻答應下來。他意識到過去積累了很長時間的技術和數據，終于可以派上更大的用場。

 

和劉中民的反應一樣，接到張濤電話的每一位科學家都作出了積極回應。“參與咨詢工作要花很長時間，大家只要被點到名，都很積極，再忙都愿意參加，我覺得挺感動的。”張濤回憶。

 

很快，來自地學部、生命科學和醫學學部、技術科學部、數學物理學部、化學部的院士專家及其團隊組成了一個100多人的咨詢項目組。他們從天南海北趕赴北京，共商咨詢之策。

 

咨詢項目組首先明確了一條原則——先立后破。“碳達峰碳中和的目標，我們是一定要實現的，但是不能夠以犧牲老百姓的生活質量和國家的經濟發展為代價。”張濤說。

 

他們決定從科學出發，辯證把握“立”與“破”的關系，讓碳達峰碳中和目標的達成過程更符合中國實際。

 

在丁仲禮的領導下，大家經過熱烈討論，很快確定了技術體系的大致框架。核心專家團隊認為，實現碳中和需要建立一個“三端共同發力”體系。其中，“發電端”用風、光、水、核等非碳能源替代煤、油、氣；“消費端”通過工業過程、工藝流程重構，用電力、氫能、地熱等替代煤、油、氣；“固碳端”用生態建設、碳捕集-利用-封存等碳固存技術，將二氧化碳人為固定在地表、產品或地層中。

 

在此基礎上，咨詢項目組從排放、固碳、政策三大方面，設立了9個研究專題，聚焦技術清單和政策需求，涵蓋了電力供應系統、能源消費領域、生態和人為固碳領域的技術需求清單研究，以及碳排放歷史趨勢與現狀評估。

 

此外，項目組還按照2060年實現碳中和的目標倒推，將接下來的40年劃分為控碳階段、減碳階段、低碳階段和中和階段4個發展階段。

 

“經得起歷史的檢驗”

 

框架搭好之后，上百位院士專家憑借專業所長，各自負責或參與相應的專題研究任務。

 

劉中民及其團隊負責研究的是“能源消費領域的技術需求清單”，為的是找出一條面向碳中和目標的能源技術發展路線。

 

“我們要分析對比上千種技術路線，選擇合理的技術方向，最終形成系統的技術路線圖。”在劉中民看來，做戰略研究的最大難點正在于此。“社會各界積極性很高，提出很多技術路線，有些是近期的，有些是長遠的，很多技術之間甚至是互相矛盾的。既要立足現實，又要兼顧長遠；既要減排效果，又要經濟可行；既要考慮技術的成熟度，又要為未來技術和顛覆性技術留出空間。變數很多，但是減排的根本目的是為了更好發展，這是硬道理。技術大方向是不能搞錯的，觀點一旦提出來就要經得起歷史的檢驗。”

 

幸而，此前劉中民團隊在做中國科學院A類戰略性先導科技專項“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”項目時，就認識到戰略研究的必要性，并專門在大連化物所成立了能源戰略研究中心。“得益于該中心積累的大量數據基礎，我才敢承擔這項任務。我一個人是沒有這么大能力的，還是要靠團隊的積累和研究。”劉中民說。

 

劉中民團隊在能源戰略研究中心搭建起智能化模型，很快找到“最快的、最切合實際的‘坐標’”，厘清技術發展的優先順序。

 

“以化石能源為主的能源生產和消費過程排放了大量二氧化碳，主要集中在火電、鋼鐵、化工、有色金屬、水泥等工業領域以及交通、建筑等行業。要實現能源生產和消費的低碳化，一方面需要采用非碳能源替代化石能源發電，并應用于能源消費端各領域和行業；另一方面要推動各行業內在的技術變革及產業結構升級，從技術原理上設計不排放二氧化碳的新工藝流程，才能達到大幅度減排目標。這是一項涉及能源革命、工業革命和科技革命的極其復雜的系統性工作，同時需要加強頂層設計，考慮多能融合、多行業聯動的載體（如儲能、氫能）和關鍵技術節點等諸多問題。”劉中民說。

 

最終，劉中民團隊與中國科學院過程工程研究所、中國科學院電工研究所等團隊合作，給出了“能源消費領域的技術需求清單”，不僅提出工業、交通、建筑部門若干擬重點發展的先進低碳技術，還凝練出需要解決的關鍵科技問題，以及實現能源消費端低碳化的策略及技術發展路線。

 

在“碳中和”咨詢項目中，和劉中民團隊一樣以“經得起歷史的檢驗”為目標參與研究的團隊有很多。例如，來自中國科學院電工研究所等單位的院士專家，從風光熱發電技術、穩定電源、多能互補、電網基礎設施等多方面入手，給出“新型電力供應系統的技術需求清單”。

 

來自中國科學院青藏高原研究所、中國科學院植物研究所、中國科學院地理科學與資源研究所、中國科學院武漢巖土力學研究所等單位的院士專家，探索生態固碳、碳捕集、封存與利用等主要負排放技術，并給出“固碳領域的技術需求清單”。

 

來自北京理工大學、中國科學院科技戰略咨詢研究院等單位的院士專家和中國科學院全院政策研究與戰略情報研究力量，對碳排放的歷史趨勢與現狀進行國際對比，并對我國碳排放的來源進行行業層面的比較。

 

“及時地、實事求是地為國家提供戰略咨詢建議是中國科學院學部的重要責任。在‘碳中和’咨詢項目中，我們完成了碳達峰碳中和技術的系統化設計，交出了科技界的答卷，讓碳達峰碳中和目標的實現能夠更加有舉措、有內容、有步驟，做得更實。”張濤說。

 

完成“碳中和”咨詢項目后，科學家的工作仍在繼續。2022年3月2日，中國科學院發布“科技支撐碳達峰碳中和戰略行動計劃”（以下簡稱“行動計劃”），面向碳達峰碳中和的戰略重大科技需求，具體部署實施了18項重點任務。曾經因為戰略咨詢任務集結到一起的各個研究團隊，又回到各自實驗室，為滿足戰略重大科技需求大力攻關。

 

“我們希望通過‘行動計劃’的實施，實現‘四個一’，即拿出一張技術路線圖，解決碳達峰碳中和的實現路徑問題；提出一批新概念理論，解決降碳固碳的原理問題；突破一批新技術，解決減排增匯的工藝和裝備問題；算好一本收支賬，解決碳源碳匯的監測核算問題。”

 

面向未來，張濤信心滿滿，“相較于發達國家，中國正在用二三十年的時間去完成發達國家用了100年才完成的事。中國是一個負責任的大國，我們正在扎扎實實、分步實施、穩妥推進碳達峰碳中和行動，為全球應對氣候變化注入強勁動力。”