中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊    我國力爭于 2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和（以下簡稱“雙碳”），是以習近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國內(nèi)國際兩個大局做出的重大戰(zhàn)略決策，是貫徹新發(fā)展理念、構建新發(fā)展格局、推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，是中國對世界做出的莊嚴承諾。

實現(xiàn)碳達峰、碳中和是中國可持續(xù)發(fā)展的必然選擇

實施“雙碳”戰(zhàn)略是保障能源安全和實現(xiàn)能源強國的重要舉措

目前，我國石油和天然氣對外依存度已經(jīng)分別超過了 70%和 40%。在當前復雜的國際形勢下，油氣供應安全已經(jīng)成為我國經(jīng)濟安全和國家安全的重中之重。“能源的飯碗必須端在自己手里”，就必須降低對國外油氣的依賴。我國是世界上可再生能源資源最為豐富的國家之一，大力發(fā)展可再生能源等非化石能源生產(chǎn)和利用技術（例如，可再生能源電力代油、綠氫代油、生物質(zhì)制油等實現(xiàn)油氣替代），是保障我國能源安全的最可靠手段，是能源強國的重要標志，也是實現(xiàn)“雙碳”目標的必然選擇。

推進“雙碳”工作是建設美麗中國的迫切需求

《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中明確提出，推進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，加快構建清潔低碳安全高效能源體系，提升城鄉(xiāng)建設綠色低碳發(fā)展質(zhì)量，持續(xù)鞏固提升碳匯能力。實施“雙碳”目標是破解資源環(huán)境約束突出問題，推動經(jīng)濟結(jié)構轉(zhuǎn)型升級實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，促進人與自然和諧共生，以及推進生態(tài)文明建設、落實環(huán)境治理和生態(tài)修復的國家戰(zhàn)略；是建設美麗中國的現(xiàn)實和長遠需求。

“雙碳”戰(zhàn)略彰顯中國在構建人類命運共同體中的大國擔當

作為世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費國，中國積極參與全球應對氣候變化工作行動，推動了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》《京都議定書》《巴黎協(xié)定》等一系列條約的達成和生效。中國實現(xiàn)碳中和對于世界應對氣候變化行動具有決定性意義。“雙碳”目標意味著作為人口最多的國家將完成全球最高的碳排放降幅，彰顯中國積極應對氣候變化，推動構建人類命運共同體的大國擔當。

“雙碳”科技發(fā)展主要方向

“雙碳”目標對科技的挑戰(zhàn)

實現(xiàn)“雙碳”目標是一項宏大而復雜的系統(tǒng)工程，是一場廣泛而深刻的社會變革，涉及能源生產(chǎn)、工業(yè)用能、交通運輸?shù)葒窠?jīng)濟支柱的各個領域，面臨著降碳幅度大、調(diào)整時間短、滿足要求的可用技術少等一系列挑戰(zhàn)。

中國能源結(jié)構中化石能源占絕對主導地位。2020年中國能源消費中煤炭占 61%，石油占 22%，天然氣占 9%，可再生及核能占 8%；從消費端來看，工業(yè)占 65%（工業(yè)用能 56%+工業(yè)原料 9%），建筑占 19%，交通占 16%（圖 1）。在相同發(fā)熱量情況下，煤、石油、天然氣燃燒產(chǎn)生的二氧化碳（CO2）比例大致為 10 : 8 : 6。由此可以估算出中國煤炭、石油、天然氣燃燒利用產(chǎn)生的碳排放量比例大致為 11 : 3 : 1。

2030年前實現(xiàn)碳達峰，意味著中國要在不到 8年的時間里，初步建立清潔低碳、安全高效的能源體系，產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整取得重大進展，一大批變革性綠色低碳技術開始規(guī)模化推廣應用，重點耗能行業(yè)能源利用效率達到國際先進水平，重點領域低碳發(fā)展模式基本形成；2060年實現(xiàn)碳中和，要求我國非化石能源比例由目前的 20%上升到 80%。中國從碳達峰到碳中和的時間只有 30年左右，與發(fā)達國家相比，時間大幅縮短。這對于中國這個世界最大能源消費國家，是一個巨大挑戰(zhàn)。科技創(chuàng)新是解決這一系列問題的核心關鍵，對“雙碳”目標實現(xiàn)應起到核心的支撐引領作用。

“雙碳”科技發(fā)展需要“三端發(fā)力”

當人為碳排放量等于人為固碳量與自然碳匯量之和時，就實現(xiàn)了碳中和（圖 2）。2021年中國科學院（簡稱“中科院”）學部啟動了“中國碳中和框架路線圖研究”重大咨詢項目，提出了實現(xiàn)碳中和需要在能源生產(chǎn)端、能源消費端、固碳端“三端發(fā)力”的總思路。能源生產(chǎn)端，要降低化石能源消耗，發(fā)展非碳能源替代化石能源發(fā)電、制氫，構建新型能源供應系統(tǒng)；能源消費端，實現(xiàn)電力、氫能、太陽能等非碳能源對化石能源消費的替代；固碳端，主要是通過生態(tài)建設、土壤固碳、碳封存與利用等工程去除不得不排放的 CO2。

構建多能融合的能源生產(chǎn)與利用新體系

2018年中科院提出了構建多能融合能源新體系的理念。實現(xiàn)“雙碳”目標要從源頭上降低碳排放，其中最主要的途徑就是降低化石能源消費總量。但是，降低化石能源消費不能以犧牲經(jīng)濟社會發(fā)展、犧牲國家能源安全和產(chǎn)業(yè)鏈安全為代價，必須通盤考慮先立后破。在大力發(fā)展可再生能源、核能等新能源的同時，注重新能源與現(xiàn)有能源和工業(yè)體系的無縫鏈接，建立多能融合的能源生產(chǎn)和利用新體系。實現(xiàn)“雙碳”目標的過程也是低碳/零碳能源對高碳能源的逐步替代過程。以保障經(jīng)濟社會穩(wěn)步發(fā)展為基礎，以實施“雙碳”戰(zhàn)略為目標，系統(tǒng)考慮能源生產(chǎn)與消費，結(jié)合中國國情，發(fā)展以化石能源清潔高效利用與耦合替代、清潔能源規(guī)模應用與多能互補、工業(yè)流程低碳再造、交通建筑智能化多能融合為主線，以氫能、儲能、甲醇為關鍵平臺的多能融合低碳能源生產(chǎn)與利用新模式（圖 3），支撐清潔低碳、安全高效的能源新體系和綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系的構建。

化石能源清潔高效利用與耦合替代

中國化石資源中煤炭占 90%以上。“富煤貧油少氣”資源稟賦決定了中國以煤為主的能源結(jié)構短期內(nèi)無法改變。

煤炭是我國最可靠、最經(jīng)濟的能源資源，特別是在當前復雜的國際形勢下，煤制油、氣、化學品，實現(xiàn)油氣補充替代進口，是保障國家油氣安全的剛需。煤炭也是冶金、建材等基礎工業(yè)的主要燃料和原料，但普遍存在系統(tǒng)效率低、污染物和碳排放高等問題。“雙碳”目標下，必須加大發(fā)展節(jié)能減排技術，滿足污染物和碳排放要求，保障能源供應安全和產(chǎn)業(yè)鏈安全。煤炭的能源地位從“主體”向“基礎”再向“保障”轉(zhuǎn)變是大趨勢。波動性可再生能源的引入對能源生產(chǎn)與供應的穩(wěn)定性提出了新的挑戰(zhàn)。在長時間、大容量、低成本的儲能技術成熟之前，要發(fā)展高效靈活調(diào)峰發(fā)電技術。燃煤發(fā)電作為電力系統(tǒng)的“穩(wěn)定器”，應起到兜底保障作用。

清潔能源規(guī)模應用與多能互補

目前，我國正在大力發(fā)展可再生能源、核能發(fā)電技術、儲能技術、智能電網(wǎng)與分布式能源等新技術。可再生能源與核能大規(guī)模應用可以形成對煤電的替代。可再生電力電解水大規(guī)模制取綠氫，綠氫與煤化工、鋼鐵、建材等行業(yè)耦合，可以大幅度降低這些行業(yè) CO2排放。綠氫與 CO2反應制油品、化工品，是對石化行業(yè)的重要補充。長遠看，可再生能源必將成為中國能源的主體能源，因此要重點發(fā)展新型高效太陽能電池、大功率海上風電、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能新技術。

核能具有能量密度高、供能穩(wěn)定、碳排放低的優(yōu)勢。加速器驅(qū)動的先進核能技術可以將乏燃料轉(zhuǎn)換為可用的燃料，成倍提高核原料利用率，并能顯著降低核廢料量。釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)具有安全、靈活、節(jié)水的特點，是核能發(fā)展重要方向之一。可控核聚變是人類的能源終極夢想，我國這方面的工作已經(jīng)取得了世界領先水平的進展，創(chuàng)造了 1.2億攝氏度 101秒和 1 056秒長脈沖高參數(shù)等離子體運行等多項世界紀錄，目前正在向建設緊湊型核聚變能實驗堆方向努力 。

工業(yè)流程低碳再造

我國處于工業(yè)化中后期， 單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）碳排放量高。我國第二產(chǎn)業(yè)能源消費占全國能源消費總量 70%左右，其中鋼鐵、水泥、有色金屬、化工等高耗能產(chǎn)業(yè)是主要碳排放源。我國 2020年生產(chǎn)了全球 57%的粗鋼、58%的水泥、57%的電解鋁，這是我國能源消耗總量大、單位 GDP能源消耗強度高的重要原因。我國制造業(yè)整體處于全球價值鏈中低端，通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構降低碳排放的難度要遠大于發(fā)達國家。

降低工業(yè)能耗。主要有 3條途徑。① 發(fā)展變革性綠色低碳技術、綠氫替代技術降低碳排放，如氫冶金、無碳電極電解鋁技術。② 結(jié)合清潔電力發(fā)展提升工業(yè)電氣化水平，替代化石能源供能降低工業(yè) CO2排放，如電爐冶金、電鍋爐、電窯爐等技術。③ 調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構，促進工業(yè)流程低碳化再造和產(chǎn)業(yè)升級，如原油直接制化學品、新型水泥制造技術等。

加強工業(yè)體系與能源體系的耦合。工業(yè)過程產(chǎn)生的 CO2、一氧化碳、氫可以與能源和化工產(chǎn)業(yè)結(jié)合。例如，鋼廠尾氣富含一氧化碳，可以與綠氫結(jié)合，利用煤化工合成氣轉(zhuǎn)化技術生產(chǎn)甲醇、乙醇、烯烴、芳烴等化工品或燃料。工業(yè)生產(chǎn)中的余熱與城市建筑供暖相結(jié)合，降低建筑整體碳排放。不同部門之間，不同行業(yè)之間的能量耦合與物質(zhì)耦合，可望帶來明顯的整體節(jié)能減排效應。例如，許多建筑采用熱泵技術供能，水源熱泵利用市政或者工業(yè)水源（如自來水廠、污水廠、工廠冷卻水等）作為低溫熱源，可以大幅提高熱泵能效，降低建筑整體能耗。

建筑、交通智能化多能融合

建筑和交通用能具有單體用能少、用戶數(shù)量多、分布地區(qū)廣的特點。通過智能化多能融合技術，形成電力-交通-建筑之間的能量交互流動，提高整體能效。

建筑用能主要是電力、燃氣和供暖。一方面，發(fā)展建筑節(jié)能技術，提高建筑節(jié)能標準；另一方面，可以在有條件地區(qū)采用建筑電氣化方式降低 CO2排放。同時，依托建筑本身發(fā)展分布式“光儲直柔”電力系統(tǒng)，建筑成為能源的生產(chǎn)者和調(diào)控者，可以大幅降低建筑能耗。發(fā)展跨季節(jié)儲熱/儲冷技術，以及分布式供能技術，通過氫、電、熱、冷聯(lián)供可以顯著提高系統(tǒng)能效。部分建筑本身具有儲電/儲熱功能，可以與電網(wǎng)交互，參與電力系統(tǒng)調(diào)峰和需求側(cè)響應，提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。未來電動車將成為主流。每臺電動車儲電能滿足 4口之家 5天用電量（2021年中國家庭人均用電 2.3千瓦時/天，按每臺電動車儲電 50千瓦時計算）。通過智能化車網(wǎng)互動技術，電動車成為建筑與電網(wǎng)能量和功率的調(diào)節(jié)器，建筑用能效率和可靠性也會大幅增加。

隨著我國交通運輸業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，用能量會不斷增加。降低交通運輸業(yè)的 CO2排放主要是發(fā)展電代油、氫代油技術。電動車是乘用車發(fā)展的主要方向。氫燃料電池在重型或者專用車輛方面具有良好的發(fā)展前景。發(fā)展生物質(zhì)制油、氣技術可以降低傳統(tǒng)油、氣的消耗，促進建筑和交通低碳發(fā)展。發(fā)展綠色甲醇/油品技術也是保障國家能源安全的重要手段。

通過智能化多能融合，可促進我國新能源汽車的發(fā)展。我國 2021年底全國汽車保有量超過 3億輛，新能源汽車保有量達 784萬輛，比 2020年增加 59%。國務院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中明確提出，推動新能源汽車與能源融合發(fā)展，促進新能源汽車與可再生能源高效協(xié)同。電動汽車的電池退役后，可以作為建筑或者電網(wǎng)的儲能單元繼續(xù)使用。

碳匯理論與封存利用技術

碳匯對實現(xiàn)碳中和具有重要的意義。目前，碳匯機理不清楚，科學計算方法還存在較大的不確定性。要針對地質(zhì)碳匯的科學評估與增匯技術、生態(tài)系統(tǒng)碳匯、氣候變化與碳匯關系、地球深部碳循環(huán)、生態(tài)碳匯穩(wěn)定性、氣候變化與碳循環(huán)互饋機制等加強基礎研究，建立碳庫核算新方法、碳匯潛力評估新技術，為碳中和提供理論指導和科學依據(jù)。

大力進行生態(tài)建設，發(fā)展生態(tài)碳匯。加強森林、草原等陸地生態(tài)系統(tǒng)和近海生態(tài)系統(tǒng)管護與固碳增匯關鍵技術攻關，提供種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)養(yǎng)殖等固碳減排技術，為提升國家重大生態(tài)工程固碳效益和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供科技支撐。科學推進生態(tài)系統(tǒng)碳匯增匯示范區(qū)建設，提出國家尺度生態(tài)系統(tǒng)碳匯提升空間布局建議方案，形成立體監(jiān)測、技術示范和決策支持“三位一體”的生態(tài)系統(tǒng)碳匯研究與氣候變化治理支撐體系。

加強碳捕集、利用和封存（CCUS）基礎研究和核心技術攻關。CCUS技術是將來解決鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)碳排放問題的重要手段，是我國實現(xiàn)碳中和目標的保底技術。因此，CCUS技術的經(jīng)濟性必須受到關注。

中科院科技支撐“雙碳”戰(zhàn)略行動計劃

為深入貫徹落實黨中央、國務院關于碳達峰、碳中和的重大決策部署，強化頂層設計，充分發(fā)揮多學科建制化優(yōu)勢，中科院啟動實施“中國科學院科技支撐碳達峰碳中和戰(zhàn)略行動計劃”（以下簡稱“雙碳行動計劃”）。“雙碳行動計劃”是今后一個時期中科院相關領域開展“雙碳”科研攻關的重要工作依據(jù)。“雙碳行動計劃”是開放性的科技規(guī)劃，堅持與時俱進，將根據(jù)國際形勢和國家戰(zhàn)略需求進行調(diào)整和更新。

“雙碳行動計劃”目標

圍繞國家“雙碳”戰(zhàn)略目標重大科技需求，研究提出科技發(fā)展路線圖，打造原始創(chuàng)新策源地，突破關鍵核心技術，開展綜合應用示范，支撐產(chǎn)業(yè)低碳綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，搶占科技制高點，建成創(chuàng)新人才高地，提升國際影響力和話語權。在科技支撐國家“雙碳”戰(zhàn)略實施中，起到國家戰(zhàn)略科技力量的骨干引領作用。

“雙碳行動計劃”的主要內(nèi)容

圍繞“雙碳行動計劃”目標，統(tǒng)籌推進八大行動，實施 18項重點任務（表 1）。

“雙碳”科技工作思考與建議

加強“雙碳”戰(zhàn)略研究。我國特殊的資源稟賦、發(fā)展模式和發(fā)展速度決定了實現(xiàn)“雙碳”目標只能走適合我國國情的道路。需要加強戰(zhàn)略研究，把握科學技術發(fā)展規(guī)律和大勢，研判重點技術的未來發(fā)展趨勢及路線圖，識別和發(fā)現(xiàn)未來潛在新興技術及突破性、顛覆性新技術，提出系列關鍵技術的發(fā)展計劃，研判關鍵技術及其組合發(fā)展的綜合作用及影響。盡快科學制定中國“雙碳”科技發(fā)展路線圖，技術發(fā)展清單和時間表，引領經(jīng)濟社會的低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的技術方向。

加強基礎研究和關鍵核心技術攻關。“雙碳”目標是一場深刻的全社會變革，是一個巨大的系統(tǒng)工程，在這場變革中“技術為王”將得到充分體現(xiàn)。支撐“雙碳”目標的技術創(chuàng)新體系，需要加強頂層設計，發(fā)揮國家體制優(yōu)勢，全國一盤棋進行統(tǒng)籌布局。

注重政府引導與市場導向作用。實現(xiàn)“雙碳”目標： 堅持技術引領，發(fā)揮建制化國家戰(zhàn)略科技力量的作用； 堅持市場導向，發(fā)揮企業(yè)積極性，強調(diào)企業(yè)的減排主體責任； 堅持聯(lián)合，鼓勵競爭，穩(wěn)步推進。建議國家相關部門設立“雙碳”科技創(chuàng)新專項支持技術研發(fā)，出臺政策，鼓勵和引導企業(yè)產(chǎn)業(yè)進行“雙碳”技術研發(fā)與示范應用，加快技術和產(chǎn)業(yè)升級迭代。 要特別重視產(chǎn)業(yè)結(jié)構的調(diào)整，強化行業(yè)之間的相互關聯(lián)，以及各地區(qū)之間的相互作用。

發(fā)揮國家戰(zhàn)略科技力量主力軍的核心引領作用。以中科院為例，作為國家戰(zhàn)略科技力量主力軍，其在“雙碳”科技方面有成建制的研究隊伍，長期積累并取得了一批重要成果。在“雙碳行動計劃”的指導下，中科院將發(fā)揮優(yōu)勢，主動前瞻布局，與國家相關部門密切配合，加強與地方和骨干企業(yè)的合作，部署實施一批重大項目，積極建議和承擔國家重大任務，出臺相關政策在人才、平臺、國際合作等方面提供全面支持，努力為國家實現(xiàn)“雙碳”目標提供強有力的科技支撐。

（作者：何京東、曹大泉，中國科學院 重大科技任務局 ；段曉男，中國科學院 前沿科學與教育局 ；趙 濤，中國科學院 科技促進發(fā)展局；李奇鋒，中國科學院 重大科技任務局 ；肖 宇、劉中民，中國科學院大連化學物理研究所；陳海生、丁赤飚，中國科學院 重大科技任務局。《中國科學院院刊》供稿）

相關文章