鄒才能，男，1963年9月出生于重慶，1987年本科畢業于西南石油學院石油地質勘查專業，2004年獲中國石油勘探開發研究院工學博士學位，2017年當選中國科學院院士。石油天然氣地質學家，教授級高級工程師，非常規油氣地質學理論奠基人與能源戰略研究科學家。現任中國石油集團新能源首席、中國石油勘探開發研究院副院長、國家油氣戰略研究中心副主任、頁巖氣勘探開發國家地方聯合工程中心學術委員會主任等。

主要從事常規-非常規油氣地質理論研究與勘探實踐。創建了非常規油氣地質學理論，第一個發現北美以外更古老的頁巖氣層系和具有工業價值的納米孔隙，首創“人工油氣藏”開發概念;論證了巖性地層油氣成藏機理，建立湖盆中心砂質碎屑流等沉積模式;闡明了古老碳酸鹽巖大氣田形成分布規律，推動了我國油氣勘探戰略轉變與重大發現;研判世界能源發展大勢，提出了“氫能中國”、中國“能源獨立”、新能源在碳中和中的地位與作用等戰略認識。

出版《非常規油氣地質學》《新能源》等第一著者中英文專著8部，發表學術論文260余篇(其中第一作者92篇，SCI共45篇、EI共38篇)，5篇論文獲“中國百篇最具影響國內學術論文”。2019年起，連續三年入選愛思維爾中國高被引學者榜單。2020年入選全球前2%頂尖科學家榜單。獲批4個國家標準，獲國家科技進步一等獎1項與二等獎1項、省部級獎10余項、李四光地質科學獎等。

摘要:地質作用引起的全球性氣候變化是地質歷史時期5次全球性生物大滅絕的主要誘因之一。人類工業化活動導致生態系統遭到嚴重破壞，大氣CO2溫室效應加劇，生存環境面臨威脅與挑戰。碳中和目標是人類面對氣候變化危機的主動作為和共同追求，探究“碳中和學”的理論與技術內涵、科技創新體系和發展前景，具有深遠的意義。研究結論認為：①碳中和體現“能源學”與“碳中和學”的理論內涵，包含碳減排、零碳、負碳、碳交易等;②碳中和催生以CCUS(碳捕集、利用和封存)/CCS(碳捕集與封存)為核心的碳工業和以綠氫為核心的氫工業等新產業;“灰碳”和“黑碳”是CO2的兩種應用屬性，“碳+”“碳-”“碳=”是碳中和的3種產品與技術;③中國實現碳中和目標面臨三大挑戰：一是能源轉型規模大，碳中和實現周期較短;二是能源轉型過程中存在著安全不確定性、利用經濟性、顛覆性技術難預測性等問題;三是轉型后可能面臨新的關鍵技術“卡脖子”和關鍵礦產資源“斷鏈子”等風險;④基于目前的認知預判能源領域的十大顛覆性技術與產業包括煤炭地下氣化、中低熟頁巖油原位開采、CCUS/CCS、氫能與燃料電池、生物光伏發電、天基太陽能發電、光儲智能微網、超級儲能、可控核聚變、智慧能源互聯網，同時碳中和需要實施節能提效、減碳固碳、科技創新、應急儲備、政策支撐五大戰略協同工程;⑤未來我國不同能源類型定位各有側重，煤炭將發揮保障國家能源戰略“儲備”與“兜底”作用，石油將發揮保障國家能源安全“急需”與民生原料用品“基石”作用，天然氣將發揮保障國家能源“安全”與新能源最佳“伙伴”作用，新能源將發揮保障國家能源戰略“接替”與“主力”作用;⑥碳中和是綠色化工業革命、減碳化能源革命、生態化科技革命的重大實踐，將為人類社會、環境與經濟帶來新的深刻變革;⑦碳中和進程中需遵循“技術的顛覆性突破、能源的安全性保障、經濟的可行性實現、社會的穩定性可控”4項原則，重點依靠科技創新與管理變革保障國家能源“獨立自主”與碳中和目標的實現，為宜居地球、綠色發展、生態文明建設做出中國貢獻。

0　引言

氣候變化深刻影響地球環境，這是人類共同面臨的巨大挑戰。為了應對全球氣候變化，實現人類社會文明進步與地球生態系統的可持續發展，第21屆聯合國氣候變化大會通過了《巴黎氣候協定》，提出在2050年左右達到CO2“凈零排放”的目標，即碳中和。廣義上，碳中和是指人類化石能源利用、土地利用及自然界火山噴發碳排放等碳源體系與地球碳循環系統、海洋碳溶解、生物圈碳吸收等碳匯體系間形成動態平衡;狹義上，碳中和是指一個組織、團體或個人在一段時期內CO2的排放量，通過森林碳匯、人工轉化、地質封存等技術加以抵消，實現CO2“凈零排放”。

碳中和是有效控制全球氣溫快速升高，推動能源利用綠色轉型，促進綠色、低碳等技術進步的重要途徑，是推動世界經濟發展和增長的新動力。實現碳中和將改善人類賴以生存的地球生態環境，減少由人類活動引起的環境問題。2019年，世界衛生組織公布：空氣污染和氣候變化排在全球十大健康威脅之首。預計2030—2050年，氣候變化將導致全球每年新增約25萬人死于營養不良、瘧疾、腹瀉和氣溫過高，每年將有700萬人過早死于癌癥、中風、心臟病和肺病等疾病。碳中和將推動人類能源體系向綠色、低碳、無碳轉型，實現無碳新能源對高碳化石能源的替代，帶動新能源產業領域就業崗位增長和國民生產總值增加。預計到2050年，全球能源低碳轉型領域年均投資將超過3.2萬億美元，累計投資將超過95萬億美元，提供超1億個就業崗位。

碳中和是全人類的共同目標與追求，以共商共議為主體的全球協作機制是實現碳中和的前提和保障。在全世界積極推動碳中和的進程中，需以科學問題為導向開展碳中和研究。碳中和既是“能源學”和“碳中和學”的重大理論問題，又是實現人類能源利用與地球生態系統可持續發展的重大實踐問題，將催生以CCUS(碳捕集、利用和封存)/CCS(碳捕集與封存)為核心的碳工業、以綠氫為核心的氫工業，推動實施節能提效、減碳固碳、科技創新、應急儲備、政策支撐五大戰略工程協同創新發展。

1　碳中和提出的背景

1.1　氣候變化是引起地質歷史時期生物大滅絕的誘因之一

地球形成距今約46億年。38億～35億年前，原核生物出現，生命正式登上地球舞臺;距今約600萬年前，原始人類出現。自生物出現以來，地球上已經發生了5次大規模的生物大滅絕事件，分別發生在奧陶紀末、晚泥盆世、二疊紀末、三疊紀末和白堊紀末(表1)。全球氣候變化引起海平面變化，產生環境—生命互饋效應，導致大量物種滅絕。其中，二疊紀末生物大滅絕事件的毀滅程度最大，大約96%的海洋生物、70%的陸地生物物種滅絕。人類出現以前，火山爆發、天體撞擊地球、海洋生物變化等災難性事件引起大氣中CO2濃度發生突變，產生大氣溫室效應，發生全球性海平面變化、生物大滅絕等連鎖效應。生物滅絕也為形成化石能源奠定基礎。

 

 

1.2　大氣CO2溫室效應引起全球氣候變化加劇

人類進入工業化時代后，全球大氣中CO2平均濃度達到了近百萬年以來的最高水平，氣溫不斷升高，地球生態系統和人類社會發展受到嚴重威脅。據統計，過去80萬年至工業化前(1750年前)，全球大氣中CO2濃度低于280×10-6。2015年CO2濃度突破400×10-6，2019年CO2濃度繼續快速增長，僅4年時間突破了410×10-6。過去70年，大氣中CO2濃度的增長率是末次冰期結束時的100倍左右，1960年末期大氣中CO2濃度年均增速為0.7×10-6，2005—2019年間CO2濃度年均增速達到2×10-6，全球平均溫度也比工業化前升高約1.1 ℃。未來，人類將面臨全球氣溫上升、極端天氣事件增加、海平面上升和海洋、陸地生態系統被破壞等一系列日益嚴重的氣候變化及其連鎖反應。到本世紀末，如果全球氣溫升高達到2 ℃，海平面高度將上升36～87 cm，99%的珊瑚礁將消失，約13%的陸地生態系統將被破壞，許多植物和動物可能瀕臨滅絕。

1.3　碳中和是全球應對氣候變化的戰略舉措

目前，氣候異常“突變”、地球不斷“發燒”，是全人類必須共同面對的系統問題，共商共議是實現碳中和目標的必然要求。世界各國應積極采取措施，減少CO2排放量，共同應對氣候變化問題。1997年12月，在日本京都召開的聯合國氣候變化框架公約大會通過了《京都議定書》，并于2005年2月16日正式生效，旨在限制發達國家溫室氣體排放量以抑制全球氣候變暖;該協議書規定到2010年，所有發達國家的溫室氣體排放量要比1990年減少5.2%。2015年12月，第21屆聯合國氣候變化大會通過《巴黎氣候協定》，并于2016年11月4日起正式實施，目標是較之于工業化前，全球氣溫升高幅度控制在2 ℃以內，力爭將升高幅度控制在1.5 ℃以內。因此，全球在2050年左右需要實現碳中和。這次氣候變化大會邀請聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)評估全球升溫1.5 ℃的影響及溫室氣體的排放途徑。2018年10月8日，IPCC發布了《IPCC全球升溫1.5 ℃特別報告》，明確了全球升溫1.5 ℃的潛在影響及可能的減排路徑，并提出了在可持續發展和努力消除貧困的前提下加強全球響應的建議。

2　碳中和面臨的挑戰

碳中和已成為全球應對氣候變化的共識性目標，

但實現碳中和還面臨以下 5 個方面的挑戰：①全球CO2排放總量大，大氣中的平均CO2濃度仍在持續增加;②印度、俄羅斯等世界大國尚未承諾實現碳中和的時間;③全球能源消費結構仍以化石能源為主，呈現煤、石油、天然氣、新能源“四分天下”格局，新能源占比偏低，能源轉型面臨挑戰;④全球太陽能、風能等新能源資源存在間歇性、空間分布差異性，給新能源規模化發展帶來了挑戰;⑤氫能、CCUS、儲能等技術應用成本較高，尚未實現規模性商業化推廣與應用。

我國能源消費和CO2排放大致經歷了緩慢發展(緩坡區)、快速發展(陡坡區)和平穩發展(平臺區)3個階段(圖1)。1980—2001年，我國能源消費處于緩坡區，能源消費量年均新增0.43×108 t標煤，CO2排放量年均新增0.93×108 t，年增CO2排放量與年增能源消費量比值為2.2;2002—2013年，我國能源消費處于陡坡區，能源消費量年均新增2.06×108 t標煤，CO2排放量年均新增4.50×108 t，年增CO2排放量與年增能源消費量比值為2.2;2014—2020年，我國能源消費處于平臺區，能源消費量年均新增1.12×108 t標煤，CO2排放量年均新增0.81×108 t，年增CO2排放量與年增能源消費量比值為0.7。目前我國能源生產與消費結構中，主體偏煤炭、油氣偏輕、新能源偏少，中國實現碳中和需要將現階段以煤炭為主的“一大三小”能源消費結構，轉型為以新能源為主的“三小一大”結構，但在實施過程中將面臨以下三大挑戰：①能源轉型規模大，碳中和實現周期較短(僅有40年左右時間)，能否按期實現能源結構轉型存在很大困難;②能源轉型過程存在著能源供應安全的不確定性、能源利用的經濟性、能源顛覆性技術的難預測性等問題;③能源轉型后，以新能源為主的“三小一大”能源結構，可能面臨新的關鍵技術“卡脖子”和關鍵礦產資源“斷鏈子”等難題。

 

 

3　碳中和學的內涵

3.1　碳中和學的理論內涵

“碳中和學”是指以人類活動引起的碳排放與地球碳循環系統之間的動態平衡為目標，以無碳新能源有序替代化石能源為途徑，以經濟產業政策、能源技術等為內容，研究人類活動足跡對自然環境影響最小化的一門學科，是能源科學與社會科學的交叉學科。

“碳中和學”涉及能源科學，以地球、能源、人類三者相互影響與協同演化為核心的能源學研究思路，立足于地球系統演化，從時間尺度、空間尺度研究能源的形成分布、評價選區、開發利用、有序替代、發展前景等。“碳中和學”包含能源學三大核心內容：①地球系統背景下能源的形成和能源消耗對地球氣候與環境的反饋，體現了地球與能源間的相互關系;②地球環境孕育人類演進和人類行為改造地球環境，體現了地球與人類間的相互關系;③人類利用技術開發能源和能源驅動人類社會進步，體現了人類與能源間的相互關系。

構建以碳中和為目標的世界能源體系是“碳中和學”的理論核心和首要任務。地球能源始于生物在太陽下的繁盛、滅絕、埋藏和演化，并與地球系統同步演進，最終轉向“人造太陽”(可控核聚變)，完成能源“從太陽中來、回太陽中去”的終極循環(圖2)。碳中和目標下，將形成以清潔、無碳、智能、高效為核心的“新能源”+“智能源”體系的能源發展目標：能源體系的主體要素將發生根本性轉變，能源形態將從化石能源向新能源，從有碳向無碳轉變。能源技術將從資源優勢占主導地位的能源資源型，轉變為技術優勢占主導地位的能源技術型;能源結構將從以一次能源直接消費為主，調整至電氣化二次能源消費為主;能源管理將從集中式利用，發展為智能化平衡用能。碳中和目標符合能源學研究主旨，從資源角度揭示地球系統內化石能源與非化石新能源共生分布關系、碳系能源與氫系能源有序接替轉型、能源體系與綠色地球和諧發展的自然變化規律。

 

 

 

 

“碳中和學”也是社會科學，涉及人與自然的和諧可持續發展、人類能源利用與地球生態系統的動態平衡;既是人文社科領域的重大研究命題，也是社會科學與碳中和與時俱進的結合、拓展與創新。“碳中和學”聚焦碳中和目標下國際能源經濟、能源政策和能源法律法規等經濟社會領域的根本性轉變，涉及社會科學領域的重大理論研究問題。當前，碳中和相關理論研究已經逐漸成為國際科技和人文研究領域的前沿課題。2010年12月1日，日本九州大學成立國際碳中和能源研究所;2017年2月27日，英國諾丁漢大學化學學院成立全球碳中和實驗室;2020年12月25日，中國科學院大氣物理研究所成立碳中和研究中心;2021年5月9日，西北大學聯合榆林市人民政府成立榆林碳中和學院;2021年5月22日，上海交通大學成立碳中和發展研究院。

3.2　碳中和學的技術內涵

“碳中和學”的技術內涵包括人類生產生活引起的CO2排放、捕集、利用、封存和移除的全過程及其相關的技術體系。首先，從源頭上研究制定經濟政策和產業政策，引導人類低碳生活和低碳消費，降低由人類生產、生活的碳排放量。其次，以減少和降低碳排放量為目標，研究降低碳排放量的相關技術，同時滿足人類生產生活對能源、物質的需求。最后，對過去過度排放的存量CO2，研發碳捕集、碳封存和碳移除等技術，有效降低地球大氣系統中的CO2濃度。“碳中和學”的技術內涵涉及以下4個方面：①化石能源清潔利用、清潔用能替代、資源回收利用、節能提效等碳減排技術;②利用風能、太陽能、海洋能、地熱能等可再生能源，以及氫能、新材料儲能、智慧能源、核能與可控核聚變等零碳技術;③CO2捕集、利用、封存、轉化及林業、海洋、土壤碳匯等負碳技術;④碳稅制度、碳交易制度、復合碳排放權交易體系、碳經濟與碳產業政策、碳財政補貼等碳經濟技術。

4　碳中和核心技術體系

4.1　碳工業體系

碳中和的核心是降低甚至消除CO2排放量。CCUS/CCS可以發揮重要作用，以CCUS/CCS為核心的碳工業將成為碳中和目標下的新興產業。CO2具有實現生態系統有機物轉換和產生溫室效應的雙重屬性，可以分為可供人類利用或固定的“灰碳”和不可利用或固定的“黑碳”。在地球碳循環系統中CO2主要來源于能源消費、農林用地、土地利用、垃圾排放等。利用生態系統碳匯、CO2生產化工產品、CO2人工綠色轉化、CO2地質驅油等技術，可以增加“灰碳”的利用率，有效減少大氣中CO2的濃度。在碳中和目標下，以CCUS/CCS為核心的碳工業技術體系涵蓋碳捕集、碳運輸、碳驅油、碳封存、碳產品、碳金融等業務，是徹底消除“黑碳”的革命性技術(圖3、表2)。因此，以CCUS/CCS為基礎的低成本、高能效的碳工業將是世界各國實現碳中和目標的關鍵產業和新興產業之一。未來它將利用地下具有巨量儲集空間的枯竭性油田、氣田、水田等為碳中和做出大貢獻。此外，建立和完善碳稅制度、碳交易制度、復合碳排放權交易體系、財政補貼等碳經濟與政策杠桿，有效控制CO2排放量。

 

 

 

 

 

 

 

 

CO2主要來源于能源消費、農林用地、土地利用、垃圾排放等。利用生態系統碳匯、CO2生產化工產品、CO2人工綠色轉化、CO2地質驅油等技術，可以增加“灰碳”的利用率，有效減少大氣中CO2的濃度。在碳中和目標下，以CCUS/CCS為核心的碳工業技術體系涵蓋碳捕集、碳運輸、碳驅油、碳封存、碳產品、碳金融等業務，是徹底消除“黑碳”的革命性技術(圖3、表2)。因此，以CCUS/CCS為基礎的低成本、高能效的碳工業將是世界各國實現碳中和目標的關鍵產業和新興產業之一。未來它將利用地下具有巨量儲集空間的枯竭性油田、氣田、水田等為碳中和做出大貢獻。此外，建立和完善碳稅制度、碳交易制度、復合碳排放權交易體系、財政補貼等碳經濟與政策杠桿，有效控制CO2排放量。根據對碳中和貢獻程度的不同，形成“CO2=0”“碳+”(或“C+”)、“碳-”(或“C-”)、“碳=”(或“C=”)符號(圖4、表3)。“CO2=0”對應碳中和，即CO2排放量與吸收量相抵消。“碳+”對應于不符合碳中和發展要求的高能耗、高碳排放的能源、產品或技術，對碳中和具有負面作用，并將逐步被替代或退出市場，例如煤炭、石油等高碳化石能源和燃油車等能源與產品，以及煤發電、燃煤供熱等技術。“碳-”對應符合碳中和發展要求的綠色低碳能源、產品或技術，對碳中和具有長期正面作用，未來將逐步得到推廣與應用，例如太陽能、風能、地熱等可再生能源和可再生能源產生的綠電、綠氫等能源與產品，以及清潔能源發電、CCUS、儲能、智慧能源、海洋和森林碳匯等技術。“碳=”對應于CO2作為重要的循環介質，短期內能夠達到減少碳排放效果的能源、產品或技術，對碳中和具有短期的正面作用，未來或將被選擇性推廣與應用，如生物航油、燃料乙醇等和以CO2為原料生產的化學產品等能源與產品，以及生物質能加工技術、垃圾回收、CO2超臨界發電、CO2跨臨界循環制冷(制熱)、CO2熱電儲能等技術。

 

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4.2　氫工業體系

氫能是最清潔的二次能源，是后石油時代最理想的能量載體。在碳中和目標下，需建設與煤炭工業、石油工業類似的全產業鏈氫工業體系，以綠氫為核心，涵蓋氫制備、氫儲存、氫運輸、氫加注、氫利用、氫檢測及氫安全等業務，涉及氫交通、氫儲能、氫化工、氫冶金等領域。目前，絕大部分氫能都來源于化石燃料，主要應用于工業領域，如煉油、合成氨、制甲醇、煉鋼等，在交通、發電、建筑等領域尚未大規模推廣應用。當前，氫能應用成本較高是制約氫能在發電、工業和民用領域推廣應用的主要原因之一。預計到2030年，綠氫的生產成本將下降30%，綠氫的價格有望低于化石燃料制氫。2050年，預計全球氫能在終端能源消費結構中的占比將達18%左右，氫能將大規模應用于難以通過電氣化實現“零碳排放”的工業、長距離交通運輸等領域。以綠氫為核心的氫工業將替代以石油為核心的油氣工業，形成可再生能源制氫，并建立完整的制備、儲運、燃料電池用氫和加氫站為一體的氫能產業鏈，氫能將廣泛應用于發電、工業、建筑和交通等重點領域(圖5、表4)。

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3　十大顛覆性技術與產業預測

在煤炭、油氣、新能源等能源領域，突出煤炭地下氣化、中低熟頁巖油地下原位開采、CCUS/CCS、氫能與燃料電池、生物光伏發電、天基太陽能發電、光儲智能微網、超級儲能、可控核聚變、智慧能源互聯網十大顛覆性技術與產業研發(表5)，推動能源生產與消費結構革命性轉型，保障國家碳中和目標實現與能源安全可控。突破煤炭地下氣化、中低熟頁巖油原位開采，實現煤炭清潔化利用，提升國家油氣供應能力，保障國家油氣供應安全;大力發展安全高效、低成本氫能技術，重點推進交通領域用氫的制取/儲存/運輸/加注、規模化氫儲能及管網輸配、固定式燃料電池綜合供能等氫能全產業鏈技術創新;突破生物光伏發電、天基太陽能發電等太陽能利用技術，進一步拓寬太陽能的利用途徑，努力實現“從太陽中來、回太陽中去”的終極循環;攻克超級儲能、光儲智能微網、智慧能源互聯網等顛覆性技術，以支撐未來可再生能源發電的大規模開發利用，保障以新能源為主體的新型電力系統安全穩定運行;研發可控核聚變能源開發和應用關鍵技術，積極推進熱核聚變實驗堆建設，力爭早日實現“人造太陽”技術應用。

 

 

 

 

4.4　五大戰略工程

碳中和是一項系統性、革命性的重大協同工程，涉及節能提效、減碳固碳、科技創新、應急儲備、政策支撐五大戰略工程。

4.4.1　節能提效工程

節能提效工程是實現碳中和目標的首要工程，通過意識節能、結構節能、技術節能、管理節能等舉措，推動能源消費的剛性或強制性節約與高效。樹立“節能是第一能源”的理念，倡導全民節能行動，變“要我節能”為“我要節能”。調整產業用能結構，淘汰高耗能產業，有序推進產業結構調整、轉型升級，提高能源利用效率。加快節能技術及裝備研發，推進新一代數字技術、信息技術與能源行業的深度融合，依靠技術創新提高能效。健全節能提效制度，加大獎懲力度，保障節能減排管理長期穩定運行。

4.4.2　減碳固碳工程

碳中和不是完全無碳排放或零碳排放，而是通過技術手段，實現碳排放量與碳吸收量(或消除量)的平衡，達到“凈零排放”。碳中和目標下，要強化減碳、固碳、替碳、埋碳等舉措，實現能源生產和能源消費的碳中和。立足于節約能源和提高能效兩個抓手，大幅度提升用能效率和清潔能源利用率，實現減碳。堅持人工碳轉換與生態固碳相結合，加快發展CO2制備化學產品，積極推進植樹造林，增強生態系統固碳能力與規模。利用“綠電”替代煤電，“綠氫”替代“灰氫”，地熱和太陽能供熱替代燃煤供熱，實現清潔用能替代。石油工業發揮獨有優勢，按照攻關示范、推廣應用、全面實施“三步走”路線，大力發展CCUS/CCS技術，成為實現碳中和的兜底保障技術。

4.4.3　科技創新工程

大力發揮科技創新在碳中和過程中的戰略支撐作用，突出顛覆性技術布局與突破，推動能源生產和供應“凈零排放”。做好碳中和科技頂層規劃和路線設計，把加快碳中和科技創新作為當前科技發展的重要任務之一。設計碳中和科技創新行動方案，統籌推進科技創新支撐引領碳中和工作。編制碳中和技術發展路線圖，提出技術選擇和發展路徑，設立“碳中和關鍵技術研究與示范”重點專項。突出顛覆性技術研發，推動能源生產與消費結構革命性轉型，保障國家實現碳中和目標與能源安全。

4.4.4　應急儲備工程

構建安全可靠的“能源儲備系統”，增強能源安全保障能力。碳中和目標下不同能源定位各有側重，中國以“新能源豐富、煤多但油氣不足”的資源稟賦特征，決定未來煤炭將發揮保障國家能源戰略“儲備”與“兜底”作用;石油回歸“原料屬性”，發揮保障國家能源安全“急需”與民生原料用品“基石”作用;天然氣發揮保障國家能源“安全”與新能源最佳“伙伴”作用;新能源將發揮保障國家能源戰略“接替”與“主力”作用。今后，要加快中國特色能源儲備和應急體系建設，打造現代化應急能源供給體系與安全體系。

4.4.5　政策支撐工程

構建科學合理的政策支持體系，積極促進能源轉型平穩推進。健全以碳市場為核心的法律法規，成立國家碳中和管理委員會或領導小組，統籌協調能源綠色低碳開發利用，保障碳中和目標的實現。建立財稅支持體系，扶持相關企業及其主產區的低碳轉型發展。加快建設碳排放權交易市場，出臺碳排放權交易管理條例，持續完善碳交易、碳配額相關機制，探索建立“碳市通”境內外交易體系，充分發揮碳交易市場的激勵、約束兩大功能。探索建立綠色金融改革試驗區，鼓勵金融機構參與碳市場交易，豐富碳市場交易品種，建設具有國際影響力的碳定價中心，全面推動碳市場發展。

5　實現碳中和的原則、意義及前景

5.1　實現碳中和過程中遵循的原則

實現碳中和過程中需要遵循“技術的顛覆性突破、經濟的可行性實現、能源的安全性保障、社會的穩定性可控”4項原則。實現碳中和目標，需要依靠節能提效降低能源需求量，還要有顛覆性技術的突破與支撐，加快能源生產與消費結構革命性轉型。依靠科技與管理創新，降低能源生產和消費成本，實現新能源與相關產業經濟性利用。保障能源安全，是國家發展中的重要底線。同時還要確保在能源消費以煤炭、油氣等為主的城市或地區，實現轉型升級中人員社會的穩定。碳中和要重新定位不同能源的功能，煤炭、石油將作為國家中長遠應急保供與極端條件下的戰略儲備資源，保障國家能源安全可控與社會穩定發展;天然氣是化石能源向清潔低碳能源轉型過程中的“最佳伙伴”和支撐可再生能源大規模開發利用的“穩定器”，需進一步強化天然氣應急保障能力建設。未來，化石能源將成為國家能源安全的“兜底”儲備資源保障，CCUS/CCS將成為國家實現碳中和的“兜底”技術保障，需加快構建資源、技術“兩個兜底”的戰略儲備。以經濟可行為導向，依靠技術創新推動碳中和目標的實現，技術的經濟可行性是衡量碳中和技術的前提。在實現碳中和目標的過程中，需要統籌考慮傳統化石能源工業、企業、城市轉型問題，堅持社會穩定性可控，確保轉型平穩過渡。

5.2　碳中和是全球綠色低碳可持續發展的重大實踐

碳中和是全人類的一場綠色化工業革命、減碳化能源革命、生態化科技革命，將給人類社會與經濟發展帶來新的深刻變革，是實現人類能源利用與地球生態系統可持續發展的重大實踐。

碳中和是一場綠色化的工業革命。自進入工業革命以來，人類社會經歷了機械化、電氣化和信息化的3次工業革命，目前以大數據和人工智能為代表的先進信息技術掀起了第4次工業革命浪潮(圖6)。在碳中和目標下，此次工業革命將改變傳統的高碳、粗放的發展模式，加快構建低碳、環保、高效的綠色發展模式。碳中和引發的科技革命將對社會與經濟發展產生重大變革，其意義不亞于之前的工業革命。碳中和主要通過碳減排、碳轉移、碳轉化3種路徑來實現，具體內容包括：①加大可再生能源利用，提高能源利用效率，從而實現碳減排;②大力發展和推廣應用CO2埋藏與驅油技術，達到碳轉移目的;③推動以CO2為原料的化工產業，生產甲醇、尿素和可降解塑料等產品，最大限度地實現碳轉化。在碳中和目標下，人類工業化過程中將催生以CCUS為核心的碳工業和以綠氫為核心的氫工業等新興產業。

 

 

 

 

碳中和是一場減碳化的能源革命。人類歷史上，能源革命和工業革命一直交互進行。第1次工業革命以煤炭為能源，第2次工業革命使石油成為新的能源種類。碳中和將加速世界能源體系低碳化、無碳化轉型，世界能源消費結構由煤炭、石油、天然氣和新能源的“四分天下”向以新能源為主的“一大三小”新格局發生轉變 。與煤炭和石油等高碳化石能源不同，天然氣具有低碳、清潔的自然屬性，是化石能源中唯一的低碳品種。因此，天然氣是實現世界能源消費結構轉型的關鍵，是連接高碳化石能源與無碳新能源的橋梁，是新能源產業不斷發展和替代的最佳伙伴。天然氣“鼎盛期”與新能源“黃金期”具有重疊效應和累加效應，據國際可再生能源署(IRENA)預測，到2050年新能源、電氣化和提高能效將貢獻90%以上的CO2減排量，是能源轉型的三大支柱。終端用能的快速電氣化及綠氫制備技術的興起將推動電力需求的增加。到2050年，電力將成為最重要的能源消費形式，將占終端能源消費結構的58%以上，發電量將是當前水平的3倍，并且新能源在總發電量中的占比將大幅度提升至90%，30%的用電量將用于生產綠氫及其衍生物。

碳中和是一場生態化的科技革命。科技革命是人類社會發展與進步的驅動力，是工業革命和能源革命的推動力，科學創新和技術進步是實現碳中和目標的關鍵。世界正處于第4次工業革命和第6次科技革命時期，這是一場以原子能技術、智能化技術、空間技術和生物工程技術為主要標志，涉及新能源、新材料、信息、空間、海洋和生物等諸多技術領域的信息控制科技革命。碳中和目標與新一輪科技革命的融合，將指引科技革命向著生態化方向發展。新的科技革命和工業革命將推動第3次世界能源轉型，尤其是在碳中和目標下，新一輪科技革命的低碳化和生態化特征將更加顯著。以可再生能源為代表的新能源利用技術將成為主導力量，綠色、生態、可持續發展將是新科技革命的重要主題。

5.3　碳中和將大幅度提升人類幸福指數

發展新能源是實現碳中和與綠色低碳發展的戰略重點。新能源技術進步是推動能源從資源型向技術型轉變的關鍵，是實現能源利用“零碳排放”的重要環節。當前，在碳中和目標下，全球能源系統投資正逐漸從化石能源轉向可再生能源、提高能效和電氣化。據IRENA預測，到2050年全球實現“零碳排放”，能源系統總投資將達到130萬億美元，其中可再生能源占29%，提高能效占33%，終端用能電氣化占21%，化石能源占17%。同時，新能源技術領域投資收益遠高于投入，將進一步推動以新能源技術進步和規模發展為核心的能源轉型進程。全球能源系統的投資成本將增加26萬億美元，但通過降低環境損害和健康損害等帶來的收益將達到62萬億～169萬億美元。

碳中和是推動人類社會經濟發展和經濟增長的新動力，引領社會經濟發展模式發生變化，提升GDP增速，增加全人類的福祉指數。加速利用可再生能源、促進能源轉型將成為推動全球經濟復蘇的要素，預計到2050年全球可再生能源就業崗位將增加3倍，達到4 200萬個，能源相關工作崗位將達到1億個，比當前就業崗位增加72%。到2050年，碳中和將帶來GDP額外增加2.4%，從2019年到2050年，由能源轉型帶來的累計GDP增量將達到99萬億美元。碳中和提升了全球生態環境和人類健康水平，深入改善民生，到2030年和2050年人類的福祉指數將分別提高6.9%和13.5%。

5.4　碳中和是構建人類命運共同體的里程碑

氣候變化具有全球性和長期性，是全人類共同面臨的挑戰，發達國家與發展中國家需共同承擔責任。全球氣候變化是冷戰以后全球環境與發展領域或非傳統安全領域少數最受全球矚目、影響極為深遠的議題之一，是全球框架下國家治理體系和治理能力現代化中的新興主題。全球氣候變化和碳中和對國際關系有重要的影響，并已經超越了傳統的地緣政治范疇，逐步成為全球治理的關鍵領域。未來，全球需要建立以多贏、生態化、互信、協同、參與、分享為基礎的科技創新與國際合作新模式，共同應對氣候變化問題。2017年1月18日，中國提出了“構建人類命運共同體”理念。同年2月，該理念首次載入聯合國安理會決議，成為國際社會的共識。人類只有一個地球，各國共處一個世界，要倡導“人類命運共同體”意識。碳中和就是構建人類命運共同體的里程碑事件，將會深遠改變人類文明發展的進程。

5.5　碳中和是人類生態文明建設的共識性愿景

碳中和推動了人類社會政治、經濟、文化領域的變革，將深入影響人類生活方式與思維方式，加快人類文明向生態文明發展。碳中和目標下，人類能源消費結構將從以一次能源直接消費為主轉變為電氣化二次能源占主導地位，電能將成為最主要的能源載體，建筑、交通和家居等行業電氣化水平的不斷提升將給人類生活帶來根本性的變化和深層次的影響。到2050年，建筑行業的直接電氣化率最高，將從目前的32%上升到73%;交通運輸行業電氣化率將從目前的1%大幅度增至49%，交通出行將逐漸零碳化;電動汽車銷售量將占到汽車銷售總量的80%以上，電動汽車保有量將從目前的1 000萬輛增至17.8億輛。家庭家居將向碳中和目標邁進，采暖脫碳、環保施工、綠色建材等方面均有望形成進一步的創新并且得到應用;制冷、供暖、家電、照明、烹飪等環節的電氣化率不斷提高，將加快節能減排型智能家居的開發與推廣應用，不斷塑造人類節能、環保用能的觀念。在生活方面，垃圾分類、節能減排將徹底融入生活，從衣、食、住、行等方面，踐行低碳與綠色發展的生活理念與生活方式。

人類社會文明經歷從認識自然的原始文明，到利用自然的農業文明，再到征服自然、改造自然的工業文明，然后回到尊重自然、順應自然、呵護自然的生態文明，最后實現人類與自然的和諧共生。碳中和以人類能源利用與地球碳循環系統之間形成動態平衡為目標，最大限度地降低人類生產、生活對地球生態系統的破壞和影響。無論是原始文明、農業文明還是工業文明，均無法消除人類日益增長的物質文明需求與保護地球生態系統之間的矛盾。以碳中和目標為基礎和保障的生態文明將實現人類物質文明與地球生態系統協調統一，構建人類綠色、可持續發展的高度物質文明與精神文明。在碳中和目標約束下，人類將實現社會經濟與環境的可持續發展，走向人與自然和諧共生的生態文明。碳中和將促使能源從資源依賴走向技術依賴，最終實現人與自然和諧共存。因此，它是人類生態文明建設與綠色發展的重要組成部分與共識性愿景。

6　結束語

全球CO2過度排放，導致地球平均氣溫不斷升高，人類賴以生存的地球環境面臨前所未有的考驗。為了應對全球氣候變化，全球提出了2050年實現碳中和的發展目標。碳中和是全人類實現可持續發展的共同目標，世界各國需團結合作，共同應對挑戰。中國實現碳中和目標面臨三大挑戰：①能源轉型規模大、碳中和實現周期較短;②能源轉型過程中存在著能源供應安全的不確定性、能源利用的經濟性、顛覆性技術突破的難預測性等問題;③能源轉型后可能面臨新的關鍵技術“卡脖子”和關鍵礦產資源“斷鏈子”等風險。碳中和既是“能源學”與“碳中和學”的重大理論問題，又是碳減排、零碳、負碳、碳交易等技術問題。碳中和將催生以CCUS/CCS為核心的碳工業技術體系，涵蓋碳捕集、碳運輸、碳驅油、碳封存、碳產品、碳金融等業務;并產生以綠氫為核心的氫工業技術系列，涵蓋氫制備、氫儲存、氫運輸、氫加注、氫利用、氫檢測及氫安全等業務，涉及氫交通、氫儲能、氫化工、氫冶金等領域。“灰碳”和“黑碳”是CO2的兩種應用屬性，“碳+”“碳-”“碳=”是碳中和的3種產品與技術。煤炭地下氣化、中低熟頁巖油原位開采、CCUS/CCS、氫能與燃料電池、生物光伏發電、天基太陽能發電、光儲智能微網、超級儲能、可控核聚變、智慧能源互聯網十大顛覆性技術與產業領域，將推動能源生產與消費結構革命性轉型，保障實現碳中和目標與國家能源安全可控。

中國實現碳中和目標，需遵循“技術的顛覆性突破、能源的安全性保障、經濟的可行性實現、社會的穩定性可控”4項原則，實施節能提效、減碳固碳、科技創新、應急儲備、政策支撐五大戰略工程協同創新發展。碳中和目標下，未來煤炭將發揮保障國家能源戰略“儲備”與“兜底”作用，石油將回歸“原料屬性”，發揮保障國家能源安全“急需”與民生原料用品“基石”作用;天然氣將成為能源安全的穩定器，發揮保障國家能源“安全”與新能源最佳“伙伴”作用;新能源成為能源供給和消費的主體，將發揮保障國家能源戰略“接替”與“主力”作用。

碳中和與綠色低碳發展尊重自然、順應自然、呵護自然，實現人類與自然和諧共生，是生態文明建設重要組成部分與共識性愿景。碳中和又是綠色化工業革命、減碳化能源革命、生態化科技革命的重大實踐，將為人類社會、環境與經濟帶來新的深刻變革，大幅度提升人類的幸福指數。碳中和加快我國能源生產與消費結構革命性轉型，推動實現“能源獨立”戰略，提升生態文明建設的內涵和質量，保障“美麗中國”的目標早日實現。由于我國人口多，能源消費量大，當前以煤炭為主的“一大三小”能源生產與消費結構特點，決定我國需要通過高效協同，依靠顛覆性技術突破與變革性管理創新，完成以新能源為主的“三小一大”能源生產與消費結構轉型，如期實現能源“獨立自主”與碳中和兩大目標，為宜居地球、綠色發展、生態文明建設做出中國貢獻。

本文觀點與數據，是基于目前初步認識和引用，或有不妥和不完善之處。隨著世界科技與管理創新、全球政治與經濟格局等變化，相關認識也勢必不斷完善和發展。

(本文原載于《天然氣工業》2021年第8期)