演講人：賀克斌 演講地點：清華大學(xué)“人文清華講壇” 演講時間：2021年6月
賀克斌 中國工程院院士，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授，國家自然科學(xué)基金委杰出青年基金獲得者。現(xiàn)任國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)專家委員會副主任，教育部科技委環(huán)境學(xué)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(huán)境組組長等。長期致力于大氣復(fù)合污染來源與多污染物協(xié)同控制方面的研究。獲國家自然科學(xué)獎二等獎1項、國家科技進(jìn)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，生態(tài)環(huán)境部宣布全國碳市場將在6月底上線交易。全球關(guān)于碳的定價問題，已有61個國家啟動，采取了兩種機(jī)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(jī)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(tǒng)推進(jìn)，電力工業(yè)覆蓋中國二氧化碳排放量的35%；第二步將會引入建材行業(yè)的水泥和有色金屬行業(yè)的電解鋁，這兩個行業(yè)引入后，覆蓋的二氧化碳排放量會達(dá)到47%；之后引入化工、建材、石化等八大行業(yè)，這八大行業(yè)會覆蓋全國二氧化碳排放量的70%。未來還會從生產(chǎn)領(lǐng)域擴(kuò)展到生活領(lǐng)域，在我們生活中也會逐步引入碳市場的概念和實際應(yīng)用，也就是我們個人的碳足跡。
碳市場主要目的是促進(jìn)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(jī)制減少了10億噸二氧化碳，相當(dāng)于歐盟總排放量的4%左右。為什么要花這么大力氣來減少二氧化碳？因為全球變暖問題已越來越嚴(yán)重，造成熱浪、暴雨、北極冰蓋融化、干旱、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(jì)末，最大的升溫可能會達(dá)到3～4攝氏度。從歷史溫度記錄看，冰河時期全球平均溫度和現(xiàn)在比也就低6攝氏度；恐龍時期，天氣比較熱，平均溫度和現(xiàn)在比也就高了4攝氏度，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)時在北極有典型熱帶動物比如鱷魚存在。所以，3～4攝氏度對于全球氣候系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)的影響巨大。
碳達(dá)峰與碳中和
未來溫控目標(biāo)安全線是升溫幅度不能超過2攝氏度，更穩(wěn)妥一點，是要實現(xiàn)不超過1.5攝氏度的溫控目標(biāo)，這也是2015年《巴黎協(xié)定》里全球達(dá)成的基本共識。
溫度上升最大驅(qū)動力是溫室氣體，溫室氣體里最典型的是二氧化碳。最近二百多年中，特別是工業(yè)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(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，這也是為什么首先要控碳的基本出發(fā)點。
全球特別是聯(lián)合國系統(tǒng)采取這樣的行動并非今天才開始。過去幾十年里有三大里程碑事件，第一，1992年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，到目前為止這仍是應(yīng)對氣候變化的一個基礎(chǔ)性法律文件。第二，1997年《京都議定書》。第三，2015年《巴黎協(xié)定》。在《巴黎協(xié)定》的框架下，許多國家提出了碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)。
碳達(dá)峰是指在某一個時點，二氧化碳排放不再增長，達(dá)到峰值，之后逐步回落。它可能有個平臺期，即達(dá)到峰值不再上升，穩(wěn)定一段時間，然后再下降。碳中和是指一定時期內(nèi)二氧化碳排放量與二氧化碳吸收量相平衡的狀態(tài)。人類的生產(chǎn)生活會大量排出二氧化碳，但生態(tài)系統(tǒng)，陸生生態(tài)系統(tǒng)比如森林，以及海洋生態(tài)系統(tǒng)，對碳有吸收作用，這叫碳匯，目前人類生產(chǎn)生活活動造成的二氧化碳的排放大大超過了陸生生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)最大的吸收能力，這叫不中和或者不平衡，碳中和的目標(biāo)就是要在一定時段范圍之內(nèi)使二氧化碳的排放量下降到和二氧化碳的陸生生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)的吸收量相平衡的狀態(tài)。
所以，碳達(dá)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(xiàn)全球“零碳未來”愿景，截至2020年年底，已有100多個國家或地區(qū)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(jīng)濟(jì)70%以上。
應(yīng)對氣候變化，中國在行動
從上世紀(jì)九十年代初簽署《聯(lián)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(qiáng)度降幅超過90%。煤炭在一次能源當(dāng)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(wěn)步上升，到2019年已超過15%，在我們已宣布的目標(biāo)當(dāng)中，2030年這個比例會超過25%，還會繼續(xù)往上推進(jìn)。
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，先后推行了《大氣十條》五年計劃、《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)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(xiàn)在藍(lán)天的獲得感和減碳行動是協(xié)同增效的。
2020年9月22日，習(xí)近平主席在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上正式宣布我們的“雙碳”目標(biāo)，提出中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。
如果我們還繼續(xù)延續(xù)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將基本耗盡，即使是進(jìn)一步努力，一直干到2060年，PM2.5濃度最好大概是在25微克立方米左右，現(xiàn)在全國300多個城市平均濃度是33微克立方米，可以發(fā)現(xiàn)，減下去的仍非常有限，所以我們寄希望于在碳中和目標(biāo)下實現(xiàn)深度能源轉(zhuǎn)型。在碳中和目標(biāo)下，我們可以大幅降低PM2.5濃度，未來可以降到世衛(wèi)組織現(xiàn)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(xiàn)碳中和目標(biāo)，我們?nèi)蝿?wù)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(dá)峰，預(yù)計達(dá)到110億噸左右，略有增長。我們的碳匯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，意味著超過90%的排放量要減下來。
考慮到現(xiàn)階段我們的國情，減碳存在三大難度：
第一，我們現(xiàn)在還是高碳能源結(jié)構(gòu)，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，我們是高碳產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在在全球產(chǎn)業(yè)鏈分工里，水泥、鋼鐵、石化這樣高耗能的工業(yè)，在我們整個產(chǎn)業(yè)中的比例還比較高，這些是比較難減排的行業(yè)。
第三，我們是世界上最大的發(fā)展中國家，還在中高速發(fā)展階段，在這個過程中，減碳絕不是輕輕松松能實現(xiàn)的。
我們未來的減排任務(wù)怎么逐步完成？可通過“五碳并舉”來攻克難關(guān)。第一，資源增效減碳。達(dá)到同樣的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，但將能源需求降到最低。第二，能源結(jié)構(gòu)降碳，大幅提升非化石能源比例。非化石能源比例大幅提升后，仍有部分化石能源存在，即使到了2060年仍會存在，還會產(chǎn)生一部分二氧化碳，要有其他措施來解決。第三，地質(zhì)空間存碳，通過碳捕集利用和封存（CCUS技術(shù)）來解決一部分二氧化碳。第四，生態(tài)系統(tǒng)固碳，通過各種生態(tài)建設(shè)手段，使二氧化碳的碳匯能力鞏固和增加。這四個都是技術(shù)手段，什么樣的技術(shù)在什么樣的時空范圍里應(yīng)該優(yōu)先使用，第五個措施即市場機(jī)制融碳可以發(fā)揮重要作用，碳市場會通過市場機(jī)制來推動各類技術(shù)更合理有效地應(yīng)用。“五碳”一起發(fā)力是我們未來可能實現(xiàn)碳中和的基本路徑。
廣泛而深刻的系統(tǒng)性變革
我認(rèn)為，“五碳并舉”實現(xiàn)碳中和會帶來政府行為、企業(yè)行為和個人行為的根本變化，影響范圍非常大。這場經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革，涉及觀念重塑、價值重估、產(chǎn)業(yè)重構(gòu)及廣泛的社會經(jīng)濟(jì)和生活影響。
第一是觀念重塑。全球推進(jìn)實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展將從資源依賴型向技術(shù)依賴型轉(zhuǎn)變。現(xiàn)在的全球經(jīng)濟(jì)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”里的第二碳是能源結(jié)構(gòu)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別是風(fēng)能、太陽能、水能、核能。其中風(fēng)能、太陽能將來比例會更高。全球風(fēng)、光資源分布相對更均勻，誰能夠更好地抓取風(fēng)、光資源，即開發(fā)出大規(guī)模應(yīng)用風(fēng)電、光伏電的領(lǐng)先技術(shù)體系，誰就提升了長期經(jīng)濟(jì)發(fā)展支撐能力。未來會更關(guān)注關(guān)鍵技術(shù)的競爭。國際能源署（IEA），分別對低碳發(fā)電、電力基礎(chǔ)設(shè)施、交通運輸用電、工業(yè)用電、建筑物用電、燃料轉(zhuǎn)化用電等技術(shù)做了梳理分析，在低碳發(fā)電領(lǐng)域像光伏發(fā)電等技術(shù)已比較成熟，可走向市場；在電力基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，智能充電等技術(shù)目前還需要進(jìn)一步研發(fā)、競爭，才能推向市場。IEA2021年的最新報告顯示在全球能源行業(yè)的路線圖里，2050年實現(xiàn)凈零排放的關(guān)鍵技術(shù)中，50%目前尚未成熟，需要進(jìn)一步研發(fā)提升，可見走向技術(shù)依賴型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式對科技創(chuàng)新的需求更加迫切。
第二，價值重估。先看能源成本。目前風(fēng)、光發(fā)電和火力發(fā)電的成本已相近。但如果加上并網(wǎng)成本，風(fēng)、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(fā)揮作用，逐漸使技術(shù)的競爭優(yōu)勢發(fā)生變化，并網(wǎng)成本隨著規(guī)模的應(yīng)用將大大降低，因此風(fēng)電、光伏電的價值和競爭力會被重新認(rèn)識。
再看看地域價值。目前，我們國家東部是發(fā)達(dá)地區(qū)，中西部是欠發(fā)達(dá)地區(qū)，但風(fēng)、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(fā)展機(jī)遇，可能一些耗能比較高的產(chǎn)業(yè)在那些供能比較密集的地域有更多的發(fā)展機(jī)遇，一定程度上也能帶動這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使發(fā)展不平衡的問題得到一定解決。舉個例子，寧夏地域很廣闊，但沙地很多，一家企業(yè)做了大量的太陽能板，獲得的太陽能用于發(fā)電，太陽能板造成大量的陰影，在陰影下種的寧夏特產(chǎn)枸杞，和沒有太陽能板覆蓋的枸杞相比，水分保持時間更長。太陽能板到一定時候是有污染的，會影響吸收太陽能，需要沖洗，沖洗太陽能板的水可以用來灌溉下面的枸杞，實現(xiàn)循環(huán)利用。這個經(jīng)濟(jì)模式，把原來比較荒的沙地大幅改變?yōu)槟茉蠢玫睾托碌慕?jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)地，為發(fā)展帶來全新機(jī)遇。
價值重估還有一個例子，光伏發(fā)電需要多晶薄膜材料，制造這種材料需要的關(guān)鍵稀缺元素如銦、碲等，這些元素如果以現(xiàn)有資源量供給現(xiàn)有用量沒有問題，但2050年光伏裝機(jī)總量的目標(biāo)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(xiàn)在的固體廢物里有這些元素，但現(xiàn)在更多地把這些元素視為有毒有害物，想辦法進(jìn)行無害化處理，一旦其價值增加后，可能就需要提高技術(shù)精打細(xì)算地從固體廢物里把它們提取出來，這將大大推動它們的循環(huán)利用，這也是價值重估推動技術(shù)變化。
第三，產(chǎn)業(yè)重構(gòu)。未來在減碳推動下，傳統(tǒng)加油站會變成加能站，在我們國家這正在走向現(xiàn)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(yōu)勢，建設(shè)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(fā)電站點。
供電系統(tǒng)也會發(fā)生變化。傳統(tǒng)上，我們通過火電、核電、水電的電網(wǎng)系統(tǒng)滿足生產(chǎn)生活所需，但未來，風(fēng)和光這兩種新能源會引入到新型電力系統(tǒng)，其比例高了以后，有一個非常重要的特點，即其波動性非人為可控，風(fēng)、光是天然資源，有季節(jié)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(tǒng)會催生新型產(chǎn)業(yè)——虛擬電廠。以前“以需定供”的模式相對穩(wěn)定，現(xiàn)在“供”的地方出現(xiàn)了不穩(wěn)定，就要最大限度挖掘“需”的地方，找到調(diào)節(jié)能力，這個調(diào)節(jié)能力如果在建筑物里，就是調(diào)節(jié)生活用能，比如洗碗機(jī)、洗衣機(jī)這些生活用電對時間不是特別敏感，早點干晚點干都行，放在什么時候洗系統(tǒng)來控制，反正到時候就洗干凈，這是生活用能的一種做法。生產(chǎn)上，比如水泥工業(yè)一些研磨工藝、有色冶金電解鋁工藝、鋼鐵行業(yè)電爐用電等，在一定幅度里可調(diào)節(jié)，這個調(diào)節(jié)通過智能系統(tǒng)就能在供需之間形成相對平衡。大規(guī)模的電動車應(yīng)用，其充電也有較大的調(diào)節(jié)波動能力。我們把未來發(fā)展中，這部分從調(diào)節(jié)“需”方來適應(yīng)“供”方的波動的功能，叫做虛擬電廠。這是未來發(fā)展里非常值得期待的。現(xiàn)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(yè)這三種工業(yè)已可形成2000兆瓦的虛擬電廠，相當(dāng)于十來個燃煤火電廠的發(fā)電量的供需調(diào)節(jié)能力。未來，這部分新業(yè)態(tài)發(fā)揮的作用還會更大。
產(chǎn)業(yè)重構(gòu)方面，減碳壓力的產(chǎn)業(yè)鏈傳遞也很突出。越來越多的全球性大公司自主承諾減排，原來對一家企業(yè)到底排多少碳主要看生產(chǎn)過程，但現(xiàn)在已擴(kuò)大到產(chǎn)業(yè)鏈。一個產(chǎn)業(yè)鏈包括上游原料和下游產(chǎn)品應(yīng)用，把上下游綜合考慮起來，就會形成減碳壓力的產(chǎn)業(yè)鏈傳遞。比如，中國現(xiàn)在是世界上最大的小汽車生產(chǎn)和消費市場，每年產(chǎn)銷2500～3000萬輛，是美國和日本的總和，這么大的量，對鋼材需求比較大。一家承諾了產(chǎn)業(yè)鏈上要減碳的跨國公司在生產(chǎn)小汽車時，就會要求上游生產(chǎn)鋼材的廠家也要跟著它減碳，形成倒逼，煉鋼廠如果達(dá)不到它的要求，它就會去找其他能達(dá)到要求的供應(yīng)商。
工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈也會發(fā)生重大變化，傳統(tǒng)石油煉制形成汽柴油輸送給燃油車，燃油車消費后會排放大量二氧化碳，未來這一產(chǎn)業(yè)鏈的市場空間會被大大壓縮。新能源大幅推廣后，通過石油生產(chǎn)基礎(chǔ)化工原料，產(chǎn)出橡膠、塑料、纖維這樣的產(chǎn)品還有很大市場空間，而相關(guān)新材料還會進(jìn)一步拓展市場空間。因此化工生產(chǎn)系統(tǒng)未來的主要方向會是燃料變成原料、能源變成資源，這樣在終端產(chǎn)品里碳排放的壓力會明顯減少。
除了觀念重塑、價值重估和產(chǎn)業(yè)重構(gòu)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，特別是電動車，在全國會形成比較大的消納風(fēng)電、光伏電的能力，這也是虛擬電廠的組成部分。一個電動小汽車用戶，可能根據(jù)充放電的過程做優(yōu)化選擇，未來可能會通過虛擬電廠的方式，在整個優(yōu)化系統(tǒng)里發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，當(dāng)光伏電、風(fēng)電特別充足時，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(tǒng)。當(dāng)風(fēng)電、光伏電不足時，電價會漲，小汽車用戶可以去放電，相當(dāng)于賣電。國家電網(wǎng)在北京一個雙向充放電互動樁試點，結(jié)果表明，一輛小汽車選擇合適時段充放電，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(tǒng)關(guān)聯(lián)，晚上用的就是白天充的便宜電，將來怎么優(yōu)化這個系統(tǒng)也是很有趣的課題。據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》研究報告預(yù)測，2040年中國電動汽車保有量將達(dá)到3億輛，每輛車平均65千瓦時，車載儲能容量約達(dá)200億千瓦時，將與中國每天消費總電量基本相當(dāng)。
其次是住——建筑。現(xiàn)在有個概念叫“光儲直柔建筑”，“光”指的是利用建筑的表面去發(fā)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”就是建筑物里可以鏈接建筑物外充電樁或蓄電池。“直”是內(nèi)部直流配電。“柔”是彈性負(fù)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(tǒng)，建筑在用電上會有15%～30%的調(diào)節(jié)能力，所以在適應(yīng)未來高比例的風(fēng)電、光伏電時，會成為非常重要的系統(tǒng)。如果是典型的住宅建筑和辦公建筑群的組合，可以消納近百公里范圍的光伏電，春夏秋三季基本可以實現(xiàn)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(fēng)、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(jié)約用電，還是光盤行動等，都可以積分制，這個分叫作碳幣，你可以在一定范圍內(nèi)使用它，購買一些你需要的其他商品、服務(wù)，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(xiàn)。
碳中和倒逼能源結(jié)構(gòu)、交通結(jié)構(gòu)大幅調(diào)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(wěn)定地獲得藍(lán)天。同時由于增加碳匯的需要，我們的陸生生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)會加速改善，也就是生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)工程的建設(shè)會大幅加速推進(jìn)。到2030年，中國森林蓄積量要比2005年增加60億立方米，這個數(shù)字將來還會增加，此外對土壤碳匯、海洋碳匯、礦物碳匯和地質(zhì)碳匯改善都會有不同程度的加速推進(jìn)。因此，碳中和能大大促進(jìn)美麗中國的目標(biāo)穩(wěn)定實現(xiàn)。
要適應(yīng)這場經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革，需要政策的引導(dǎo)、技術(shù)的變革和人才的培養(yǎng)，這三個是最關(guān)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，將對自然科學(xué)、工程科學(xué)、社會科學(xué)的發(fā)展和創(chuàng)新提出巨大需求，需要多學(xué)科協(xié)同，通過科技創(chuàng)新和人才培養(yǎng)來實現(xiàn)這個重要目標(biāo)。從現(xiàn)在到2060年，又是一個40年，碳中和的目標(biāo)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(yè)，為了“雙碳”目標(biāo)共同努力。
編輯：李華山
