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从碳达峰到碳中和,中国将怎样用30年走完西方国家60年的路?

时间:2021-04-01 22:01:29 点击:

  核心提示: 吴林中国科学院大气物理研究所正研级高级工程师 2020年9月22日,我国在联合国大会上提出,二氧化碳排放力争于2030年前“达峰”,力争在2060年前...

来源:科普中央厨房

[主讲嘉宾]

吴林 中国科学院大气物理研究所正研级高级工程师

吴林 中国科学院大气物理研究所正研级高级工程师

2020年9月22日,我国在联合国大会上提出,二氧化碳排放力争于2030年前“达峰”,力争在2060年前实现碳中和。我国从碳达峰到碳中和的过渡期仅有30年,能源和经济转型、二氧化碳和温室气体减排的速度和力度,比发达国家实现转型过程的速度和力度要大得多。

2021年1月4日,江西省赣州市会昌县庄口镇黄沙村的贫瘠荒山上建起光伏扶贫电站,鳞次栉比的蓝色光伏聚能板为国家电网持续提供着绿色能源。(供图 视觉中国)

2021年1月4日,江西省赣州市会昌县庄口镇黄沙村的贫瘠荒山上建起光伏扶贫电站,鳞次栉比的蓝色光伏聚能板为国家电网持续提供着绿色能源。(供图 视觉中国)

2020年12月召开的中央经济工作会议将碳达峰、碳中和列为2021年八项重点任务之一。中国主动顺应全球绿色低碳发展潮流,提出有力度的碳中和目标,释放了清晰、明确的信号,彰显了大国的责任与担当。

到底什么是碳达峰、碳中和?我国的碳中和实现途径与内涵外延又是什么?让我们一起了解我国的碳中和路径与贡献,展望碳中和与可持续发展的中国故事。

我国的碳中和路径

碳达峰是要求碳排放在设定时间后不再增长。碳中和是指国家、地区、企业、团体或个人在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量,通过植树造林等形式人为抵消。

欧洲是大约在20世纪90年代实现的碳达峰,碳达峰与否是事后进行大量数据评估才知道的。欧洲在二氧化碳排放达到峰值后,其实是经历了一个平台期,之后才开始下降的。如果没有顶层规划设计,碳排放的下降是自然而缓慢的,这是由经济社会自然发展决定的。欧洲发达国家承诺在2050年实现碳中和,这将开启其碳排放快速下降的阶段,欧洲碳达峰时间与其承诺的碳中和时间相距约为60年。

我国是世界第一大碳排放国家,实现碳中和目标,既是挑战,也是机遇。我国正处在迈向高质量发展的阶段,在生产、生活方式转型的过程中,碳中和与经济发展、新兴产业的发展是协同关系。与此同时,我国既定的发展目标,比如环境治理、美丽中国、可持续发展目标等,与碳中和目标的实现都是协同关系。

实现碳达峰、碳中和首要是减排。首先,需要通过技术升级改造,让工业排放更少、更清洁,这也有助于解决空气质量的问题,钢铁、石化、水泥等高排放行业需要在减排方面做技术投入,各地区也需要在产业结构规划方面考虑碳达峰、碳中和。其次,在交通方面调整交通结构,建设更好的公共交通基础设施,提高绿色出行的比例,比如城市间高铁出行,城市内地铁、共享单车出行,尽量少开车,少乘坐飞机,减少交通出行方面的排放。再有,建筑也是重要的碳排放来源,需要做供暖等方面的改造以减少排放,新建建筑尤要注意践行绿色建筑相关标准。工业、交通、建筑是能源使用大户,是需求端大的排放来源,是减排重点,也需逐渐减少其他行业的排放。

实现碳达峰、碳中和的核心是能源问题。人为碳排放主要是化石燃料燃烧产生的。我国现在化石能源主要以煤电为主,煤电占比非常大,2019年我国能源消费量58%是由煤炭提供的,二氧化碳总排放量80%来自煤炭,我国这种能源结构如无重大改变,是不可能实现碳达峰、碳中和的。煤炭必须被替代,可供选择的必然是清洁可再生能源,主要是风能、太阳能和水电。全球能源互联网发展合作组织研究表明,我国煤电总量应在2025年达峰,整个化石能源在2028年左右达峰,2050年电力系统要实现近零排放,煤电要在2060年完全退出。2030年达峰时,清洁能源装机占比要达到67.5%,2060年中和时,超过96%的电源装机和发电量要来自清洁能源。简单来讲,就是用可再生能源替代化石能源,在能源供给端实现少排,甚至是不排。

然而人类的生产、生活总是不可避免地会产生一些无法替代的排放,这些排放如何处理才能实现碳中和呢?我们需要采取措施吸收排放出去的二氧化碳,这方面的重要路径是利用自然系统吸收二氧化碳的能力,比如植树造林,让树木从大气里面吸收二氧化碳。也有其他生态系统,比如海洋也可以吸收二氧化碳,这就是我们所说的增加碳汇。工业上也有吸收二氧化碳的方法,被称为碳捕获、碳利用、碳封存技术,就是制造工业设备,捕获大气里面的二氧化碳,并把其封存在地球系统里,比如地底、海底,实现负排放。

碳排放加速增加、达峰与碳中和路径示意图。我国生态环境治理的重要工作将逐渐从大气环境治理过渡到碳中和(图源:清华大学气候变化与可持续发展研究院研究报告)

碳排放加速增加、达峰与碳中和路径示意图。我国生态环境治理的重要工作将逐渐从大气环境治理过渡到碳中和(图源:清华大学气候变化与可持续发展研究院研究报告)

简言之,我国的碳中和路径就是:少排、不排和负排放。虽然我国实现碳中和比发达国家实现碳中和的难度大、时间短,但是我国主动顺应全球绿色低碳发展潮流,提出有力的“碳中和”目标,释放了清晰、明确的信号,彰显了大国的责任与担当。

我国新能源之路前景光明

我国是世界最大的制造业国家,是全球最大的工业制成品出口国,工信部2021年3月初发布的数据显示,我国制造业对世界制造业贡献的比重接近30%,工业制成品出口约占全球1/7。制造业是把能源和资源转化成人类生活生产所需要的制成品,制造过程消耗能源,尤其是化石能源,会产生二氧化碳排放,这是我国成为世界最大的二氧化碳排放国的主要原因。

我国的制造业,既是高碳排放的最大来源,同时也孕育着碳中和能源问题的解决方案。能源问题的解决,必然是产业化的解决方案,必然遵循产业发展规律。

能源产业也是工业的一种,我国制造业的优势,决定了我国新能源产业的壮大发展。首先我国是世界上少数工业体系完备的国家,产业链相对完整;其次我国是世界上最大的单一市场,拥有需求促进产业发展的优势;再者我国有丰富的产业政策制定与执行经验,可保障我国各新兴产业的发展。从新能源工业的资源禀赋上看,我国幅员辽阔,气候资源丰富,比如新疆地区太阳能丰富,内蒙、新疆、广东等地区风能资源丰富,西南地区水利资源丰富。这些有利条件,使得我国在非化石能源发电领域,处于国际领先水平,且占比也居国际领先水平。

国务院新闻办公室发布信息显示,目前中国的风电装机、水电装机、光伏装机和建设中的核电,全球范围内均稳居行业之首。下一步,中国将以更大的力度来推进清洁能源的发展,尽早实现非化石能源更大幅度提升。(供图 视觉中国)

国务院新闻办公室发布信息显示,目前中国的风电装机、水电装机、光伏装机和建设中的核电,全球范围内均稳居行业之首。下一步,中国将以更大的力度来推进清洁能源的发展,尽早实现非化石能源更大幅度提升。(供图 视觉中国)

由于我国能源生产主要在西部而消费主要在东部,为解决这个供需不平衡而催生了我国输电技术突破——特高压电网,而此高效输电网络又为清洁能源开发、输送和使用以及互联互通的能源互联网建设奠定了基础。当前,大规模储能技术也在突破的前夜,比如用化学能技术将太阳能转变成液体燃料,例如采用太阳能电解水制氢,然后将氢与二氧化碳结合制成液态甲醇,最后液态甲醇实现工业化应用。此过程也实现了二氧化碳资源化利用,如与高碳行业的碳捕获相结合,可形成零碳工业的一个解决方案。我国拥有全球最大的新能源汽车市场,将来数以亿计的电动轿车,其电池系统本身就起到了巨量的储能作用。

总之,作为制造业第一大国,我国的新能源之路前景光明,全面实现碳中和所需要的能源行业减排和替代,从技术上和经济上说都是可行的。

碳中和地球系统科学

人类为什么要应对气候变化呢?当前科学共同体研明,温室气体排放会导致全球温度升高并触发气候灾难,比如干旱、飓风等,一些百年一遇的灾难可能会变成十年一遇,这是人类难以承受的。为了把温度控制在有限的升高范围之内,人类就要控制温室气体的排放量。那么二氧化碳的排放量和温度升高是一个什么样的关系呢?通过研究,科学家发现二氧化碳以及其他温室气体的累积排放与温度升高之间大致呈线性关系的。

如果人类想把大气温度升高控制到2摄氏度内,那么从工业革命到现今,人类总排放——所有累积的二氧化碳排放量不能超过29000亿吨。但是截至2011年,人类就已经排放了大约19000亿吨二氧化碳了。2019年,全球化石燃料使用以及工业活动产生的二氧化碳排放量单年就达到约368亿吨,所以按此排放力度,人类将很快用光可允许排放的二氧化碳总量。科学计算表明,如果保证地球温度升高到不超过1.5摄氏度,则气候灾难是人类可承受的,此情景下人类的二氧化碳排放必须得到控制,在2050年左右必须实现碳中和。

碳中和是人类意识到自身对环境的灾难性影响后,采取的全体应对行动,改变人类发展轨迹,进而改变地球演变变化,促进形成人类可持续发展的共同命运。因此,碳中和是人类命运共同体的有机组成部分,而碳中和科学是涉及到研究地球系统演变变化的科学,亦可归于地球系统科学范畴。

中国科学院大气物理研究所(简称“大气所”)是一家长期聚焦大气科学、气候变化与地球系统科学的科研单位。针对碳中和国家重大需求,2020年12月24日,大气所成立了国内第一家以碳中和为基础研究方向的科研机构——碳中和研究中心。

实际上,大气所的老一辈科学家早已前瞻性地开创了相关理论,可用于建立碳中和科学体系,增进对碳中和的科学认识,支撑我国碳中和实践。

叶笃正先生是国家最高科技奖获得者。上世纪80年代初期,他开辟了我国气候变化的研究,提出人类有序适应理论。他认为,排放温室气体是人类的无序活动,应对全球变暖缺乏整体措施,要建立研究模型,进行模拟试验研究,以试验结果提出解决办法,各国应有序适应全球变暖,寻求全球整体可持续发展的最佳方案。碳中和行动即是这样一种全球有序适应。

曾庆存院士同样获得了国家最高科技奖,他于上世纪90年代提出了自然控制论,他认为,人类必须合理最优地规划人类本身的活动,以达到对自然环境的负面影响最小,而正面影响最大,或者简而言之,是对自然环境的合理的或最优的调控。人类有序适应和自然控制论构成碳中和理论分析框架与路径优化方法,形成碳中和科学体系,这是我国学者对碳中和的贡献。

大量的科研工作可以为碳中和提供科技支撑。大气所承担的国家地球数值模拟科学大装置即将投入运行,该装置可以全方位模拟地球演变过程,服务于碳中和相关模拟计算。中科院负责工程总体、大气所承担重要设计工作的我国首颗全球二氧化碳科学监测试验卫星TanSat,提供了二氧化碳的全球监测。结合地面观测、飞机航测等可以构建起天空地一体化的碳观测网络,对地区的碳达峰、碳中和目标实现提供第三方基于大气观测的客观评估。对内支撑我国区域与城市碳管理,对外支撑全球盘点,争取我国气候外交话语权与核查权。

近期,大气所刘毅团队在《自然》上发表的一篇文章,就采用了这种大气观测评估方法,得出我国陆地生态系统年均吸收二氧化碳大概是11亿吨,而国外研究结果远低于11亿吨。

城市决定了全球70%以上的二氧化碳排放,所以城市二氧化碳的监测和减排,是碳达峰、碳中和的重要内容。大气所在城市碳排放监测领域也有着独特的优势,在北京市区建有一个325米高的全天候运行的气象高塔,可以获得宝贵的垂直大气观测信息,有利于推算城市排放。京津冀地区还建有一个综合地面站、飞机航测、卫星遥感、城市高密度监测网在内的天空地一体化观测网络,用于研究区域与城市的碳排放。

我国碳卫星TanSat的二氧化碳观测数据

我国碳卫星TanSat的二氧化碳观测数据

我国还有许多科研院所在为碳中和的实施进行科技攻关,科学共同体需要为我国碳中和的实施提供科技支撑,为全球碳中和的实现作出应有的贡献。

多视角下的碳中和故事

碳中和是人类应对气候变化的重大举措,可以认为是人类自我救赎、构建人类命运共同体,实现人与自然和谐相处的行动。碳中和还可以被认为是人类可持续发展进程中自我解放的过程。

从碳达峰到碳中和,我国如此大规模的社会转型和经济转型,是人类历史上所没有的。在三十年一个这么短的时间,在拥有近14亿人口的国家实现碳中和,是一个伟大的挑战,也是对人类的巨大贡献。

习近平总书记指明要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。除了制造业,我国在数字化技术与产业上也具有优势,碳中和生态文明建设具有鲜明的绿色数字底座。同时,我国还将稳步推进碳市场建设,碳中和相关监测、评估、资产化后,与数字化体系结合,可形成产业升级、社会转型的高效治理。有学者提出用绿色GDP替代传统GDP,绿色发展和数字化治理互相作用,会带来崭新的生活、生产形态。可以想象,未来社会上所有组成部分经由物联网联系形成泛在网络,采用普适计算提高生产效率、生活质量。

中国的碳中和路径是将化石能源替代为可再生能源。包括发电、储能和能源互联网等的可再生能源体系建立后,能源的价格将趋近于零。由于工业主要由能源决定,未来工业成品的价格也将极为低廉。这种情况下的文明形态,整个社会的生产、生活成本很低,人类的吃穿住行等物质需求将得到极大满足。其后,人类可开启对生命和宇宙的无尽探索,比如,我们可以探寻宇宙的起源,以及更好地了解人类自身。从这个角度上讲,碳中和是人类的一次从物质中自我解放的过程。

拥有不同文化背景、不同民族的人在应对自然灾难时的反应,以及采取的行动是截然不同的。欧洲人在洪水来临的时候,选择诺亚方舟。中华民族在遇到洪水时,却采用了截然不同的做法,大禹团结了一切可以团结的力量,利用集体智慧治水。换言之,中华民族通过整个民族的力量,面对困难,必将为全球碳中和行动描绘出自己民族的文明底蕴。

总体而言,碳中和是关乎人类命运的重要事件。我国将在全球碳中和的进程中,起到巨大的推动作用,作出重大贡献

作者:不详 来源:网络
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