“碳中和”作为未来四十年中国的一项重大国策，相关讨论一直热度不减。但“碳中和”到底意味着什么？会对哪些行业产生什么影响？对个人来说有什么样的机遇可以把握？


在我们看来，只有全面、系统地梳理相关概念，并把握了各个要素之间的脉络关系，才能对“碳中和”有高屋建瓴的认知。本文将从碳中和的背景、危机、目标、意义、选择和关键等6方面进行分析介绍。

一、背景：全球能源结构中，化石能源占据绝对主流

在工业革命之前，人类主要的能源来源是自然界的木材。在1840年，煤炭在世界能源消耗中的占比首次超过5%。这个比例在1900年才达到50%。后来石油和天然气逐渐被广泛应用，成为与煤炭一样的主流化石能源。

在过去的三十多年里，全球能源消耗量基本保持逐年增长的趋势，但化石能源在人类的能源结构中占比基本保持稳定。当前，化石能源占全球能源消耗的85%左右；能源消耗占比第二的是水电，约占7%；核能排名第三，约占4.5%；太阳能、风能、潮汐能、地热能、现代生物质能全等加总在一起，约占3.5%。我们必须清醒地认识到，备受关注的新能源在全球的能源结构中体量小得可怜，距离成为“主流能源”还有相当长的距离。





二、危机：人类活动导致全球变暖，证据确凿，后果严重






第一次工业革命以来，人类产生并排放了大量的温室气体。根据中科院杜祥琬院士的说法，全世界温室气体排放主要是二氧化碳，占比约74%。二氧化碳的大量排放直接推高了全球地表的平均温度。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的估算，和工业革命前（1850-1900年）相比，2017年全球平均气温已经上升了约1℃。如果持续目前的速度，那每过十年，全球就又会变暖0.2℃，到2040年左右将升温1.5℃。


全球气候变暖带来的一大直接后果是海平面上升。根据估算，如果全球平均海平面上升50cm，纽约、上海、东京等特大型城市圈将受到严重影响。除此之外，IPCC经过评估后发现，全球气候变化还可能会造成包括水资源短缺、农林牧渔食物减产、极端天气频发（洪水、飓风等）、传染病流行等一系列后果，对生态环境和人类社会造成巨大的影响。




图片来源：IPCC，Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability

三、目标：《巴黎协定》制定目标，中国碳中和时间紧迫




为应对气候变暖，人类需要设法在宏观层面实现“碳的零排放”，即“碳中和”。在2015年12月举行的第21届缔约方会议（COP21）上，包括我国在内的195个国家签署了《巴黎协定》，确立了“把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2°C之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5°C之内”的目标。


中国在人类“碳中和”进程中扮演着不可或缺的作用。作为世界上最大的能源消费国和碳排放国，中国的二氧化碳的排放量占全球总量的三分之一，温室气体的排放量约占全球总量的四分之一。中国现有的排放密集型基础设施如果继续以相同方式运作，到2060年预计将排放1750亿吨的二氧化碳。对“将全球温度上升幅度限制在1.5℃”这个目标来说，排放1750亿吨二氧化碳意味着中国占用了全球排放预算的三分之一。


2020年，中国宣布了自己的“双碳目标”：2030年前碳排放达峰，2060年前实现碳中和。这个目标也被写进了《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》。我们必须要看到，中国从排放达峰到净零排放的时间比美国、法国、德国等国家更短。主动承担这么艰巨的任务，不仅提升了我们国家在国际舞台上的形象，也为中国提供了政治博弈的工具：在特朗普任期内，由于美国退出了《巴黎协定》，欧盟作为国际气候谈判最主要的推动者，面临着巨大的压力和挑战。我国提出碳中和的目标，实际上侧面响应了欧盟的主张，拉近了和欧盟的关系。今后在美、欧、中三方博弈时，碳中和很可能会是一张中国为获得欧盟支持而可打的牌。

四、意义：中国有必要举全国之力来实现碳中和





碳中和绝不仅是为了全人类的福祉，以及为我国提供政治博弈手段。对中国来说，实现碳中和有重大且长远的价值。


1.保障能源安全

“富煤、贫油、少气”的基本国情决定了我国对石油和天然气对外依存度很高。根据IEA和BP统计，中国已于2017年超过美国成为最大的石油进口国，并于2018年取代日本成为最大的天然气净进口国。2020年，中国消费的石油和天然气中分别有超过70%和45%来自进口。一旦像马六甲海峡这样的运输通道被封锁，我国的能源安全就会受到严重威胁。



化石能源的分布情况和储量是中国不能决定的，但如果能用风、光等全球分布相对均衡的新能源取代化石能源，将打破我国资源过度依赖海外进口的现状。而利用这些新能源的关键，取决于技术水平和制造业能力。未来在新能源利用领域的技术成熟后，中国有望从“化石能源进口国”转型为“新能源生产能力出口国”。在过去十年，中国在许多清洁能源技术的制造领域已经占据全球领先地位，加快能源转型将巩固中国在全球清洁能源技术价值链中的地位。


2.提供发展动能

索洛模型（Robert Solow Model）常被用于解释经济增长、帮助国家寻找发展动能。在索洛模型中，“技术增长率”（即“全要素生产率“，TFP）对经济增长有着持续且巨大的价值。根据北京大学光华管理学院院长刘俏教授的测算，在1980年到2010年，中国的“技术增长率”维持在4%~5%的水平，但在2010年到2018年之间，随着中国已经逐渐完成工业化，“技术增长率”下降到了2%。



在《碳中和与中国经济增长逻辑》一文中，刘俏认为，“碳中和”将促使中国在很多的底层技术上进行研发投入，从而为中国未来的经济发展提供持续动能。与“再工业化”（产业的数字化转型）、“新基建”（再工业化所需的基础设施）、“更彻底的改革开放”等其他选项相比，刘俏等学者认为，碳中和“是新发展阶段推动全要素生产率提升的最大动能”，能带来更大的“经济社会系统性的深刻变革”。



事实上，中国已经开始在“十四五”规划中制定具体的行动。根据国务院第十四个五年规划（2021-2025年），中国力争将下一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端设备、新能源车辆等战略性新兴产业在GDP中的份额从2019年的12%左右提高到2025年的17%。



五、选择：中国将以“减排为主、吸收为辅”的思路实现碳中和

“减少碳排放”和“增加碳吸收”这两件事都有助于实现碳中和，但谁主谁次，决定了不同的碳中和技术路线。




1.减少碳排放

“减少碳排放”将注意力主要放在减少化石能源的使用上，需要对经济体的能源结构、产业结构做出大规模的调整。对中国这样一个“生产型的能源消费结构”的国家来说，存量上的调整更加“伤筋动骨”，因为我国能源被大量消耗在基础制造业（如钢铁、水泥、有色金属等），进行减排难度巨大，而且，考虑到我国大量信贷流向基础制造业的企业，一旦减排过程中稍有不慎，不仅大量资产和资源会被浪费、闲置，还可能造成大量坏账，影响金融体系的稳定。


2.增加碳吸收

如果把注意力放在吸收排放出的二氧化塘，就可以只做增量投入，不涉及存量改造，短期内社会经济运行不会受到较大影响。具体来说，“增加碳吸收”这条路径主要分成“生物固碳”和“技术固碳”两个思路来捕捉空气中的二氧化碳、实现二氧化碳的再次利用。


2.1生物固碳


首先讨论“生物吸碳”。这个思路又可以分成两大类：林业碳汇和海洋碳汇。


林业碳汇


森林可以通过其自身的光合作用，将大气中的二氧化碳储存起来。吸收进来的二氧化碳一部分随着植物和土壤的呼吸、植被的死亡、人工的砍伐等释放出去，剩余的部分可以被固定在植被和土壤中，形成碳汇。


然而，在讨论森林对碳排放的影响时，需要同时考虑植物呼吸作用、死亡后燃烧等因素释放的二氧化碳。社科院城市发展与环境研究所的潘家华教授提出过“气候中性碳”理论：该理论认为，从最新的生态学研究来看，森林吸收的碳和排放的碳基本相等，无法对气候产生影响。除此之外，已有大量研究指出，造林并不是降低大气二氧化碳含量最有效的手段，甚至可能起到反作用：比如，在高纬度地区造林反而可能降低地表对太阳辐射的反射，造成升温；再生林达到原始森林固碳能力需要几十、上百年；人工林树种单一且往往在成熟前就再次被砍伐等。


海洋碳汇


海洋碳汇（“蓝碳”）的概念，是相对于陆地生态系统中被植被和土壤固定的“绿碳”所提出的，指的是利用海洋活动及海洋生物吸收和存储大气中二氧化碳的过程、活动和机制。根据联合国的测算，有大约93%的碳都被暂时储存在海洋生态系统中。人类排放到大气中的二氧化碳，有近三分之一也是被海洋吸收的。因此海洋是与森林等陆地生态系统同等重要的“碳库”。


海洋碳汇的发展重点聚焦在红树林、海草床、盐沼三大蓝碳生态系统上。尽管它们的覆盖面积相较海床整体面积虽微乎其微，但其能捕获和存储大量的碳，并将这些碳长期埋藏在海洋的沉积物中，具有巨大的固碳潜力。做好红树林、海草床、盐沼等生态系统的保护，就等于是在增加碳吸收。


不过与林业碳汇一样，针对海洋碳汇也有一些质疑的声音。有研究指出，海洋中的碳很可能处在循环状态，短时间看可以增加，长期看，排放和吸收也是相等的。因此我们必须认识到，依靠碳汇来进行碳吸收的思路有巨大的争议，目前尚未能形成统一共识。


2.2技术固碳


其次讨论“技术固碳”：尽管美国等国将其作为碳中和的主要路径，但技术固碳目前经济成本高昂。另一方面，技术固碳的“碳成本”也很高：制造、运输碳捕捉相关设备、碳捕捉设备工作都是需要消耗能源、产生碳排放的。因此，在技术固碳能够被大规模、低成本和低碳排放地应用之前，技术固碳无法成为实现碳中和所主要仰仗的手段。


2021年10月发布的《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出：到2025年，全国化石能源消费比重，要降低到80%左右；到2030年，降到75%左右；到了2060年，比重要降低到20%以下。另外根据《中国2030年能源电力发展规划研究及2060年展望》中对各类型能源装机量的占比规划，我们进一步确认了中国选择了以“减少碳排放”为主，“增加碳吸收”为辅的路径。


结合上文的讨论，我们认为中国选择减少碳排放的这一条路径主要有如下三条理由：



借助碳中和相关的底层技术研发，为中国寻找下一个经济增长的引擎


摆脱能源体系过度依赖他国的现状，改善中国的能源处境


增加碳吸收相关的技术目前太不成熟，且能够起到的作用有限

六、关键：电力部门实现能源转型是中国碳中和的首要发力点


在确定了“减排为主”的大方针后，中国需要确定发力点。根据IEA和CEADs的数据，2020年，燃料燃烧和工业过程（也被称为“能源体系”）的二氧化碳排放量超过11吉吨，占中国温室气体排放总量的90%，远高于世界其他地区的60%比例。其中，发电部门排放的二氧化碳又占整个中国能源体系二氧化碳排放总量的48%（工业、交通运输、建筑部门次之，分别占比36%、8%、5%）。


电力部门在现有基础设施的排放总量中占有很大比重，原因是我国的发电设施以燃煤电厂为主。燃煤电厂提供发电总量的60%以上，其排放量占电力部门现有电厂到2060年潜在累积排放总量的95%以上。因此，电力行业的改造，也就是中国从以煤炭为主的电力系统转向可再生能源为主的电力系统，是实现碳中和的关键。事实上，对所有已经实现重大减排的国家而言，电力部门的转型无一例外都是主要的驱动力量之一。例如，英国和美国从煤炭转向天然气和可再生能源，德国从煤炭转向可再生能源，法国从煤炭和石油转向核能。


IEA根据中国在2020年的承诺目标情景测算，基于可再生能源的发电（主要是风能和太阳能光伏发电），在2020年至2060年间将增加6倍，届时将占发电总量的约80%。2060年的发电结构中，仅太阳能光伏发电的比重就将接近45%。相比之下，煤电的份额将下降到5%左右，届时这些燃煤电厂几乎都将配备碳捕捉设施，用于提供灵活服务，而不是作为基荷电厂运行。不过为保障经济和居民生活平稳地运行，短期内中国不能激进地清退火电。在碳中和前期，提高化石能源使用效率会成为包括电力、石化等行业的重要发展方向（比如发展陶瓷膜分离技术，还有催化燃烧技术等）。


但是对任何一国而言，不可能只在一个方向上持续突破来实现本国净零排放所需的减排量。中国也不例外。根据IEA的测算，中国从2020到2030年的清洁能源转型可以建立在多项可用技术和有效政策的基础上，承诺目标情景中初期最大的减排量将来自能效的提高，特别是在工业过程、空间采暖制冷以及道路车辆方面。承诺目标情景下，仅能效一项就将贡献2030年二氧化碳减排量的四分之一左右，可再生电力（主要是风能和太阳能光伏）将贡献2030年减排总量的三分之一。到2060年，可再生能源的贡献份额将上升到近40%，能效的贡献比重将会下降至12%左右。




在明确了中国的碳中和集中发力点在使用清洁能源后，我们需要对各类型清洁能源的发展现状有清晰的了解，并洞察未来技术演进和突破的方向。