中国实现碳再平衡三大路径

碳平衡理论揭示了碳循环的本质和发展规律，指明了解决气候问题的正确方向和路径。

碳循环的自平衡可称作为“自然碳平衡”——这是农业社会对应的碳循环基础。

工业革命以来，大量耗用碳基燃料煤炭石油天然气作能源，再加上大规模生产水泥煅烧碳酸钙石灰石，产生大量的二氧化碳排放，这个由地面碳物质的消耗造成的且没有对应的逆过程的碳排放可称作为“不可逆碳排放”。因为没有足以平衡之的人为措施，使得大气中二氧化碳浓度上升引起全球气候上升。把不可逆碳排放造成的二氧化碳浓度上升称作为“碳不平衡”——这是工业社会对应的碳循环基础。

气候变暖将危及整个生物圈，因此必须找出抑制这种不可逆碳排放的措施，使碳循环再次回到平衡状态——这就是“碳再平衡”。这将是后工业社会对应的碳循环基础。

依据碳平衡理论揭示的规律，要抓对矛盾，抓主要矛盾。所以，要实现碳再平衡，要循着以下三大途径：

路径一：用不产生碳排放的新能源替代。

一是通过核电等新能源多元化电力结构替代煤电。

现在能源利用方式基本上都是电力。我国是煤电大国，无论装机设备容量还是发电量，煤炭发电都是大头，占50%以上。

而因煤炭燃烧所产生的二氧化碳排放占76%，煤电产生的碳排放量约在60%左右，是第一大不可逆碳排源。

所以减少和消除不可逆碳基燃料消耗带来的不可逆碳排放，对煤电的替代是重中之重。

水电。我国总的水电资源总蕴藏量约为7亿千瓦。目前建成运行的水电装机约为3.7亿千瓦，还有3亿多千瓦可供开发。折合煤电产能当量约为2.3亿千瓦。12.45亿千瓦火电减去2.3亿千瓦水电，还剩10.15亿千瓦火电有待替代。可见水电替代能力有“天花板”，源于水能资源的蕴藏量。完成这个任务从时间上看，到2060年实现碳中和，新增3亿千瓦装机容量，静态的情况下，复合年均增长率约为1.5%，应该是从容轻松达到的。

水电发展，主要是大型的可调库容式水电站项目的建设和运营，关键是解决好“电调与水调”的矛盾，因此要把握好两个原则：一是生态原则，即水电项目要最大限度保持所涉范围内的原有的水文状态，水是生命的基础，水文是人文的基础。二是协调好电调与水调的矛盾，把水利调度放在电力调度优先的位置。做到了这两个主要点，基本上水电对环境和社会经济是有积极意义的。

光伏发电。如果剩下的约10亿千瓦煤电产能一半即5亿千瓦由光伏发电替代，按照光伏发电产能当量系数0.2计算，需新建发电设备总容量约25亿千瓦。按照每平方公里可建50兆瓦光伏电站计算，需要地面5万平方公里。如果项目建设基地光伏电池板阵列利用比例为50%，项目占地范围就会扩大1倍左右，需要10万平方公里左右。对光能充足、土地广袤、有至少一两百万平方公里沙漠戈壁的大西北，从理论上讲，拿出几十万平方公里甚至于更多的沙漠戈壁荒山荒坡和鹽碱地来建设光伏电场，是做得到的。在中东部，城市农村，除了电站式，还有分布式屋顶光伏发电，因为盈利模式带来了从政策推动逐步转变到市场推动为主，到处都发展得如火如荼，大有“全民总动员”的趋势。所以仅完全依靠光伏发电替代煤电都是有可能的。

风电。我国风能资源丰富，主要分布在沿海、内陆和大西北。内陆山脉的山脊线风电场差不多被跑马圈地占得差不多了，有潜力的一是西北沙漠戈壁，二是海上风电场。日前，在《生物多样性公约》第十五次缔约大会领导人峰会上，***主席提出“中国将持续推进产业结构和能源结构调整，大力发展可再生能源，在沙漠、戈壁、荒漠地区加快规划建设大型风电光伏基地项目”，风电光伏必将上新台阶。

核电。核电包含两类：核裂变和核聚变。一是，现在的核裂变，用于核裂变的核材料现在普遍使用的是铀。我国最近取得的科研进展，更安全，国内蕴藏量更丰富而使之更有前景的钍熔盐堆，在不久的未来可以逐步大规模商业运营。二是将来的核聚变，即“小太阳”，它为我们描绘了一个更令人期望的前景。虽然核电，最有可能成为替代煤电的主力地位，但从谨慎发展的原则上讲，这个过程会走得比较长。

2020 年发电量和结构注：本表根据国家统计局2020 年国家统计公报和国家能源局发布的全国电力工业统计数据（2021.1.20）制作。

展望来看，将来中国的电力结构，是一个以核电为主的多元化结构，包括核、水、风、光、生，以及一定规模的煤电。

二是煤等碳基燃料的用途由燃料而变成材料源头。对于缺油多煤的资源禀赋结构，煤炭资源不能弃之不用。如果取其碳成为有机材料里的结构要素，即替代从石油里取碳生产石化产品如塑料和合成橡胶等高分子材料，理论和技术及其产业化等方面都行得通，即煤化工。碳被固定在工业产品里，不产生碳排放，还减少了对进口石油的依赖，也为煤炭资源区提供了经济转型的新动力和出路。***总书记在陕西榆林视察大型煤化工项目时指出“煤化工产业潜力巨大，大有前途”，为煤炭的出路指明了方向。

三是汽车等交通工具电动化。仅局限于碳再平衡而言，电动化是出于两个目的或满足两个功能使命。一是以电驱动代替内燃机燃烧汽柴油而不产生不可逆碳排放，我国现在每年燃油车产生的碳排放量在10亿吨以上。二是从系统的角度讲，电动车在新能源结构体系“源网荷储”里，唯其四字全占：网——不需要另建一套网络，直接接入和利用电网，且无须再次能源转换过程;荷——是现有工民用电之外的一个最大用电负荷系统。根据公安部运输管理局的统计，截至2021年6月，全国机动车保有量3.84亿辆，刨除600万辆新能源车，粗略估算，若全部以电动车取代燃油车，总共起来，每天可以消纳的电量相当于现有总耗电量的40%，即45亿千瓦时;储——它能从电网大量消纳储存电能，并可向电网释放电能，削峰填谷。

另外来源于生物质能即燃料乙醇的内燃机动力交通工具，以及醇电混合动力车，它们产生的是可逆碳排放不影响碳平衡，所以将来也有可能占有一定地位。

20年内全部替代燃油车，年均替代速度是20%;40年内替代，年均替代速度是9.58%。从现在电动车年均产销增速20%以上看，上述替代进程是完全可以达到的。

路径二：阶段性打破自然碳平衡，使阶段内碳的下行即碳固定大于碳的上行即碳排放，以此为不可逆碳排放腾出空间和赢得时间。措施是通过工程生物固碳储能，重点是依靠大规模植树造林。

把工程生物固碳储能，重点是大规模植树造林。作为碳再平衡发展战略五大重点之一，其目的是让其完成两大功能使命：一是替代，即以生物质能和材料替代碳基物质（碳基燃料和碳酸钙）的消耗而减少不可逆碳排放，二是为不可逆碳排放腾出空间赢得时间。

在这里，生物固碳储能是主体，工程是辅助手段。运用大规模工程手段，即利用大量富余的新能源电力取水和生产氮肥（如高压电离空气中的氮气）钾肥，以及选育速生树种，重点是在大西北进行大规模植树造林，发挥树木的体大寿长的生物学特性，来达到这些目的：一是可以大规模固碳——以大规模碳长周期固定于林木，而使得在一定时期内二氧化碳下行大于上行，为不可逆碳排放腾出一定量的碳排放空间;二是可以大规模且周期长短可选地储能;三是提供大规模的生物材料，如木材;四是即使对其生物质能利用会产生碳排放，如生产的燃料乙醇用作汽车的动力，虽也产生碳排放，但因其是可逆碳排放，属于自然碳平衡范畴;五是改善局域生态环境。

三管齐下完成平衡不可逆碳排放实现碳再平衡的终极任务

所以，工程生物固碳储能，既不同于工程固碳或储能，能量转换过程中有很大能量损失能效极低，又不同于自然的生物固碳土地生产力低。能够以现代工程手段，最大限度地发挥植物光合作用的固碳储能的自然之力，耗费一定的富余电力而获得数倍的生物学物质和能量，从而产生能量倍增效应。

路径三：剩下的不可避免存在的不可逆碳排放用不可逆碳固定予以平衡，最终达到碳再平衡。

发展不可逆碳固定技术及其产业化。无论采取什么手段，不可逆碳排放总是有一定规模的存在，如水泥生产工艺中一个关键就是必须煅烧石灰石即碳酸钙来生产熟料。中国目前的水泥产量是24亿吨，经验数据是1吨水泥产量产生1吨二氧化碳排放。由此产生的20多亿吨且逐年增长的碳排放不是小数目。此外还有冶金，我国10亿吨以上的钢铁加上1亿吨左右的有色金属冶炼，以吨钢吨焦炭（包括熔剂碳酸钙）计算也要产生30多亿吨的碳排放。尽管废钢铁再次回炉可以少用焦炭，铁的氧化总是会让钢铁存量减少的，加上钢铁需求量的增加，所以每年总是要新增铁矿石冶炼。人们还想出用氢作为还原剂，用电解的办法还原铁金属。这些原理上都没有问题，但要考虑在市场中有没有竞争力？

如果我们对这些难以消除的不可逆碳排放，不是纠结于“堵”，而是在“疏”上找出路，且以经济的方式实现，那就是面对不可逆碳排放的继续存在找到平衡它的手段——与碳排放即碳元素氧化相反的路径就是碳元素的还原即碳固定——不可逆碳固定！原理上，肯定没有问题，已经存在的实践也已证明工艺和经济性都有产业化前景。假以时日，各种可以产生高附加值的不可逆碳固定技术发展成大规模产业，那么锅炉里排放出的二氧化碳就不是负债而成了资产，捕集就成了“挖矿”，变废为宝。如此一来，一定规模的煤电，也都有了继续存在的理由。

作者简介：张利宁，毕业于中国社会科学院研究生院农业经济系，先后供职于国家财政部、社科院农村发展研究所、華能集团、清华大学中国与世界经济研究中心。