目前，歐盟,、英國,、中國、美國,、日本,、韓國、新加坡等50多個國家相繼宣布在本世紀(jì)中葉實現(xiàn)碳中和,，還有近100個國家正在研究自己的目標(biāo),，碳中和已成為一場全球規(guī)模的運動，涉及人類的共同命運,。

筆者在歐洲及歐洲企業(yè)工作多年,，最近在與歐洲機(jī)構(gòu)和企業(yè)交流過程中,，發(fā)現(xiàn)歐洲許多企業(yè)和機(jī)構(gòu)提出的碳中和路徑存在兩大問題：一是碳和二氧化碳（CO2）不分，存在“逢碳必反”的傾向,，沒有正確認(rèn)識到碳元素在人類當(dāng)今和未來的作用,。二是在處理CO2問題上，強(qiáng)調(diào)以長期地質(zhì)封存為最終目的的碳捕獲與封存（CCS）,，而對碳轉(zhuǎn)換和利用不夠重視,。

正視這兩大問題并對此進(jìn)行思辯，對中國制定基于科學(xué),、切實可行的碳中和路徑具有重要意義,。

碳還是二氧化碳？

在氣候問題成為政治正確的許多歐洲國家,，碳幾乎成了一只人人喊打的過街老鼠。在“低碳,、減碳,、去碳、零碳”的輿論環(huán)境下,，不僅是環(huán)保組織強(qiáng)烈反對任何含碳化石能源的生產(chǎn)和消費,，一些大型跨國石油公司也在自己的“零碳”戰(zhàn)略中主動減少油氣產(chǎn)量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的零排放,，承諾要將銷售給終端客戶產(chǎn)品的碳足跡也降到零,，并將碳捕獲與地質(zhì)封存作為碳中和的主要技術(shù)手段。

挪威與荷蘭,，歐洲這兩大天然氣生產(chǎn)大國已在討論禁用天然氣,。歐洲投資銀行決定，除了天然氣加CCS（碳捕獲與封存）或生物質(zhì)制氣項目,，從今年起不再給天然氣項目貸款,。

歐洲許多研究機(jī)構(gòu)提出，能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型路徑要以零碳電力代替化石能源,，一些難以減排的領(lǐng)域（如重卡,、船舶、石化,、水泥和鋼鐵）則以零碳電力制取的綠氫來代替化石能源,。國內(nèi)有些機(jī)構(gòu)也沿著這樣的思路在開展國家、企業(yè)和地方的碳中和路徑研究,。然而,，這些研究沒有正確認(rèn)識碳的重要性，也忽略了能源系統(tǒng)不僅提供能量還提供化工原材料這一事實,。

碳是自然界最普遍的元素之一,，是地球上能夠形成生命的最核心要素，沒有碳，就沒有生命,。碳與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān),。鉛筆的筆芯由碳組成，鉆石也是,。米飯蔬果都是以碳為基本元素的化合物組成,，衣服和日常用品也全是碳化合物產(chǎn)品。在人類的發(fā)展歷史上,，碳不僅是食物的來源,、能量的來源，更是材料的來源,。

原英國石油（BP）公司首席執(zhí)行官約翰．布朗勛爵退休后寫了好多書,，其中一本書叫《七個改變了世界的元素》。 七個元素分別是鐵,、碳,、金、銀,、鈾,、鈦和硅， 碳就是其中之一,，位居鐵之后的第二位,。在布朗勛爵眼里，碳如鋼鐵,，是幫助人類建成了今天現(xiàn)代社會的“七大元帥”之一,，功不可沒。

隨著科技的進(jìn)展,，碳材料將扮演越來越重要的角色,。由二維碳材料組成的石墨烯（Graphene）是一種革命性的材料，具有優(yōu)異的光學(xué),、電學(xué),、力學(xué)特性，在包括材料,、能源,、化工、生物醫(yī)學(xué),、航空航天等多個領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,。由碳原子組成的納米碳材料（碳納米管，碳納米纖維,，納米碳球）在硬度,、光學(xué)特性,、耐熱性、耐輻射特性,、耐化學(xué)藥品特性,、電絕緣性、導(dǎo)電性,、表面與界面特性等方面都比其他材料優(yōu)異,，對未來科技的發(fā)展將起到重要的支撐作用。

所以,，問題不在于碳,，而在于CO2。但從嚴(yán)格意義上來說,，CO2本身也不是問題,。沒有CO2，都零碳了,，植物靠什么來進(jìn)行光合作用呢,？問題的核心是自工業(yè)革命以來，化石能源的大量燃燒帶來的CO2 過量排放,。隨著大氣中CO2濃度的增加,，越來越多地吸收地面反射的紅外線,，使得大量進(jìn)入大氣層的太陽輻射能保留在地面附近的大氣中,，從而使地球表面變得更暖，類似于溫室截留太陽輻射,，這一過程被稱為溫室效應(yīng),。溫室效應(yīng)導(dǎo)致氣候變化，而氣候變化的后果十分嚴(yán)重,，包括極端天氣,、干旱、颶風(fēng),、洪澇,、森林大火、冰川消融,、永久凍土層融化,、珊瑚礁死亡、海平面上升,、農(nóng)作物歉收,、生態(tài)系統(tǒng)改變、致命熱浪,、以及更廣泛的健康危害等,，威脅人類在地球上的生存和發(fā)展,。

因此，需要以控制地表溫度上升為目的,，控制溫室氣體在大氣中的濃度,，使得全球氣候處于適合人類居住的范圍內(nèi)。

但是,，能夠產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體除了CO2,，還有甲烷（CH）、氧化亞氮（N2O）,、以及氫氟碳化物（HFCs）,，含氯氟烴HCFCs、六氟化硫（SF6）等人造氣體,。據(jù)美國環(huán)境署統(tǒng)計,，2015年全球溫室氣體排放由CO2 （76%），CH（16%）,，N2O（6%）和其他氣體（2%）構(gòu)成,。

由于CO2在所有溫室氣體中占有絕對優(yōu)勢，它就成為了控排和減排的主要對象,?！疤贾泻汀本褪前涯硞€實體（如一個企業(yè)、一個城市,、一個國家等）在某一時期的CO2排放量減到最低限度,，實在無法減少的則通過對沖手段來中和，使得人類活動往大氣中排放的CO2總量為零,，而“氣候中和”則包括所有的溫室氣體,，比“碳中和”更進(jìn)一步。

能源系統(tǒng)一直有兩個重要的職能：一是為人類活動提供所需要的能源服務(wù),，這些服務(wù)包括電力,、熱力和交通移動力；二是通過能源化工,，提供人類生活與生產(chǎn)活動所必需的原材料,，如塑料、化肥和各種化纖材料,。國際能源署在2018年發(fā)布的《石化行業(yè)的未來》報告中指出,，為人類生活提供各類必需品（塑料、化肥,、包裝,、衣服、醫(yī)療器具,、洗衣粉,、汽車輪胎等碳基化合物）的石化行業(yè)已經(jīng)是全球能源行業(yè)的重要組成部分,，分別占全球石油消費的14%和天然氣消費的8%。然而,，因為它提供的是化工產(chǎn)業(yè)的原材料而不是能源產(chǎn)品,，一直被能源界所忽視。同理,，在討論能源轉(zhuǎn)型時,，人們往往只關(guān)注能源服務(wù)部分，而忽略后者的存在,。

在中國,，現(xiàn)代煤化工行業(yè)已經(jīng)占到煤炭消費總量的3.9%并還呈增長趨勢。

在未來的人類發(fā)展進(jìn)程中,，我們不僅擺脫不了對碳的依賴,，相反，隨著人口的增加和生活水平的提高,，人類對碳基材料與產(chǎn)品的需求會與日俱增,，即使在未來實現(xiàn)碳中和的年代，人類對碳基材料的需求還會保持在高位,。因此,，正確處理能源系統(tǒng)的能源服務(wù)和碳基材料兩重性對于能源轉(zhuǎn)型的路徑設(shè)計尤為重要。

碳中和的挑戰(zhàn)正在于,，既要滿足人類不斷增長的能量需求,、碳素需求和持續(xù)經(jīng)濟(jì)增長需求，又要把CO2的排放降到最低,，實在無法減排的部分,，再通過碳循環(huán)利用和封存來進(jìn)行對沖,。

碳封存還是碳利用,？

按照物質(zhì)不滅定律，地球上（包括地下和地表大氣）的碳元素總量是穩(wěn)定的,，自遠(yuǎn)古到今天,，既不會增加也不會減少，只是通過碳固定和碳釋放的方式,，在地球的大氣圈,、陸地生態(tài)圈、海洋圈和巖石圈中進(jìn)行循環(huán),。

碳固定是指植物的光合作用吸收CO2,、海水溶解大氣中的CO2、干旱區(qū)鹽堿土吸收CO2,、含碳元素巖石的形成,，以及利用人工技術(shù)將CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)品或燃料等,。碳釋放主要來自于植物和動物的呼吸作用、化石燃料的消耗,、巖石圈中含碳元素巖石的分解等,。

中國科學(xué)院院士、中國石油勘探開發(fā)研究院副院長鄒才能在最近發(fā)表的文章中指出,，CO2是地球碳循環(huán)的重要介質(zhì),，具有實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)物轉(zhuǎn)換和造成地球表面溫室效應(yīng)的雙重屬性。對應(yīng)這兩種屬性,，他將大氣圈中的CO2分成兩類,，可以被固定或可利用的CO2為“灰碳”， 而無法被固定或利用并留存在大氣圈中的CO2被稱為“黑碳”,。碳中和的任務(wù),，是捕獲和循環(huán)利用“灰碳”，通過可再生能源替代化石能源和通過節(jié)能等方式從源頭上減少“黑碳”排放,，并對CO2進(jìn)行捕集與地質(zhì)封存,，將CO2與大氣隔離。

值得關(guān)注的是碳封存與碳利用之間的選擇,，因為這不僅是碳減排技術(shù)路徑之爭,，更是體現(xiàn)了東西方文化的差異。西方主流認(rèn)為,，CO2是罪惡的源泉,，應(yīng)該通過極端的手段，將其深埋地下幾千年,，永世不得翻身,，不再跑入地球大氣層。因此,，歐洲多家企業(yè)在碳封存方面投入大量資金,。挪威政府宣稱，挪威大陸架可以為整個歐洲的CO2提供封存地,，并已經(jīng)啟動了在奧斯陸水泥廠和垃圾焚燒廠捕獲并液化CO2,，通過專用船只運輸600公里到挪威西海岸，再通過海底管道注入到海床以下2600米封存點的“長船”（Longship）項目,。英國政府則是在假設(shè)北海海底擁有巨大封存能力的基礎(chǔ)上于去年8月發(fā)布了CCS商業(yè)模式白皮書,。而東方的智慧告訴我們，任何垃圾都是有價值的資源,，只是放錯了地方而已,，應(yīng)該更加強(qiáng)調(diào)循環(huán)利用，而不是簡單的封存,。

2010年,，時任國家能源局局長張國寶會見來訪的美國能源部長朱棣文時,，就此話題進(jìn)行了有趣的對話。朱棣文極力推崇 CCS,，認(rèn)為這是解決氣候問題的主要技術(shù)手段之一,。但張國寶認(rèn)為，這種做法事倍功半,，效果甚微,。

張國寶指出，且不論能否確保這些封存于地下的CO2將來不會泄露到大氣中來,，單說為了捕捉CO2所需消耗的能源,，CCS是否值得就令人懷疑？即便能夠捕捉到一億噸的CO2,，和全球每年排放到大氣中的300多億噸總量相比,，也是一個微乎其微的數(shù)據(jù)，對氣候變化的影響很小,?；ㄟ@些代價，莫如綠化荒漠,，多種樹種草,，通過植物的光合作用來捕集CO2，也許更經(jīng)濟(jì)適用,，事半功倍,。

為了讓事實說話，張國寶還給客人介紹了中石油在國家發(fā)改委的支持下,，在塔克拉瑪干大沙漠建設(shè)500公里公路綠化帶的案例,。

當(dāng)然，光靠植樹造林所吸收的那些量是解決不了全球CO2排放問題的,。但十年來全球CCS的發(fā)展證明張國寶當(dāng)時的疑慮是對的,。盡管西方各國對CCS都寄予厚望，但該技術(shù)的進(jìn)展并不盡人意,。2005年,，歐盟提出要在2015年前建成12個CCS示范項目,，至今仍一個都沒有落實,。

國內(nèi)方面，某能源集團(tuán)煤制油分公司原定每年捕集與封存100萬噸CO2的項目,，但在2011-2015年間封存了30萬噸后停止,。另一發(fā)電集團(tuán)原定要在天津建設(shè)的250MW IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)）加CCS項目也是無疾而終。國內(nèi)已經(jīng)建成的CCUS（碳捕集與利用）示范項目,，加起來每年處理的CO2不到100萬噸,。目前的示范項目大多是以科研為目的,，需要來自不同渠道科研經(jīng)費的支持。這些項目在示范后不久就因技術(shù)和商用價值缺乏等原因而停運,，或處于間歇式運營狀態(tài),。

技術(shù)不成熟與成本居高不下造成此類項目無法實現(xiàn)市場化運營，而沒有市場化運營就難以擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模,。無論是按照國際能源署在2020年9月發(fā)布的《能源技術(shù)展望》,，還是中國科技部2019年5月發(fā)布的《中國CCUS發(fā)展路線圖（2019年版）》的分析，按照目前的技術(shù)路徑,，未來40年內(nèi)CCS還很難看到商業(yè)化前景,。

根據(jù)現(xiàn)有項目估算，CCS項目的商業(yè)化運行成本需要每噸CO2約70美元左右（美國一機(jī)構(gòu)最近評估需要95美元）的碳價,，而無論歐盟,、美國還是中國，這樣的碳價還是過高,。

CCS最大的問題在于封存,，沒有封存就沒有CCS。人們都假設(shè)地球上有很大的封存能力,，但實際上封存方面存在許多問題,。封存工作需要在地質(zhì)和地球物理方面進(jìn)行大量研究，找到最適合封存CO2的地質(zhì)構(gòu)造,，研究它的封存能力,，確定打井?dāng)?shù)量，探討降低封存成本的途徑,。在美國,，大規(guī)模地下封存為獲得地面土地?fù)碛姓叩臏?zhǔn)許需要曠日持久的溝通與協(xié)商過程。

挪威是全球CCS最成功的國家,，其最大的Sleipner封存項目自1996年開始每年封存100萬噸CO2,，每噸60美元的碳稅，加上項目作為天然氣田的重要組成部分,，可通過天然氣銷售來補(bǔ)貼封存的開支是其成功的主要因素,。然而，前述挪威政府涵蓋CCS全價值鏈的“長船”項目總投資18.5億歐元,，10年的總運營成本為8.64億歐元,，按照每年封存80萬噸，10年封存800萬噸算,，合計每噸CO2封存的總成本為337.5歐元,，其中運營成本為108歐元每噸。即使未來該項目封存能力大幅提升，每噸CO2的封存成本也將是高得無法接受,。

許多人將CO2驅(qū)油認(rèn)為是封存的一種,，但驅(qū)油和封存存在巨大差異。驅(qū)油是一個短期過程,，往往是幾年,，最長也不過40年，而封存的時間維度是幾千年,。驅(qū)油項目所用的CO2大約有三分之二會回到地表,，但封存項目要求將100%的CO2永久地封存在地下。每年逸散1%的CO2對驅(qū)油項目無關(guān)緊要,，但對封存來說是完全不合格的,。封存有更高要求，需要更多監(jiān)測,。

大規(guī)模地質(zhì)封存在商業(yè)模式,、法律責(zé)任、生態(tài)影響,、公共接受度方面都存在巨大挑戰(zhàn),，無論對于全球還是中國的減排需求，都遠(yuǎn)水不解近渴,。

國際專利文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),，自2016年開始，國際社會已經(jīng)將CO2處置的重點從封存轉(zhuǎn)移到利用上,，即CCU,，將捕獲到的CO2轉(zhuǎn)換成有規(guī)模化市場需求的燃料,、化工產(chǎn)品或建筑材料,。一方面通過現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施有效減少碳增量排放，另一方面以多種高附加值的碳利用形式替代高成本的碳封存,，實現(xiàn)高排放產(chǎn)業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì),，并為未來以產(chǎn)品的方式進(jìn)行封存打下基礎(chǔ)。在這方面,，國內(nèi)外有很多機(jī)構(gòu)都在研究示范,，并已經(jīng)有了一些突破性的進(jìn)展。

2020年6月,，美國能源部決定投入1700萬美元的聯(lián)邦資金,，用于碳利用研發(fā)計劃的11個項目。這些項目重點研發(fā)和測試將電力系統(tǒng)或其他工業(yè)排放的CO2作為主要原料的創(chuàng)新技術(shù),，旨在減少排放,，并將CO2轉(zhuǎn)化為增值產(chǎn)品,。項目覆蓋四個重點領(lǐng)域：有機(jī)增值產(chǎn)品的合成,，無機(jī)固體碳制品生產(chǎn),，藻類捕集CO2，無機(jī)材料的生產(chǎn)-最大限度利用混凝土和水泥,。

今年3月22日,，日本東芝宣布開發(fā)出全球最高效的CO2電催化技術(shù)，比之前技術(shù)處理的速度提高了60倍,。該技術(shù)利用底面積為信封大小的機(jī)器（底面積約300平方厘米,，高23厘米），每年最多可將1噸CO2轉(zhuǎn)化成一氧化碳,，然后再加氫合成為燃料或化工原料,。東芝計劃2025年推出試制品。

在國內(nèi),，多個研究團(tuán)隊在CO2轉(zhuǎn)換利用方面做出了令人矚目的成績,。中海油于2020年9月實現(xiàn)了年產(chǎn)500噸的CO2加氫制甲醇試點項目。中科院大連化物所李燦院士的團(tuán)隊也在蘭州建成了千噸級“液態(tài)太陽燃料合成示范項目”,，并于2020年10月通過了評審,。

最讓人振奮的是北京光合新能科技有限公司的等離激元技術(shù)。該技術(shù)利用電廠余熱或太陽能光熱,，在常溫常壓下低成本地將CO2合成為清潔燃料,，目前已經(jīng)完成了實驗室小試而進(jìn)入了中等規(guī)模工業(yè)示范的階段。在CO2的轉(zhuǎn)換率,、廢熱到合成產(chǎn)品的能量轉(zhuǎn)換效率,、成本競爭力等方面都取得了很好的效果，有望很快就可以商業(yè)化推廣,。

此外,，中國工程院院士、四川大學(xué)校長謝和平團(tuán)隊于2014年就已經(jīng)在實驗室成功完成了CO2礦化發(fā)電并生產(chǎn)碳酸鹽的實驗,，據(jù)他們測算,，每噸CO2能夠產(chǎn)出140度電，同時產(chǎn)出1.91噸碳酸氫鈉,。

這些把CO2從減排負(fù)擔(dān)變成高價值資源的技術(shù),，可以滿足提供能量與化工原材料的雙重功能，如能成熟且大規(guī)模利用,，或?qū)㈤_創(chuàng)一個全新的碳中和技術(shù)范式,。

人病了，可以選擇中醫(yī)調(diào)理或者西醫(yī)手術(shù),。地球病了,，在基于西醫(yī)的對抗式封存大行其道且面臨困境時,，何不努力開發(fā)基于中醫(yī)疏通調(diào)理思路，通過轉(zhuǎn)換利用的中國方案呢,？

或許您會說,，燃料燃燒以后CO2還會回到空中，碳轉(zhuǎn)換和利用解決不了碳總量降低的問題,。是的,，但如果有了高效率低成本大的CO2轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品的技術(shù)，我們可以先對高濃度的CO2進(jìn)行轉(zhuǎn)換利用,，不再燃燒化石能源,，實現(xiàn)增量減排。第二步再從空氣中捕集并轉(zhuǎn)換利用,，實現(xiàn)CO2的循環(huán)利用,，在滿足能源需求的過程中不再往大氣排放CO2，這樣就可與可再生能源取得同樣的效果,。第三步才從空氣中捕獲并轉(zhuǎn)換成可以封存的產(chǎn)品,，實現(xiàn)地球降溫減排。封存CO2轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品要比CO2地質(zhì)封存要簡單得多,。

這里的核心思想是以漸進(jìn)而非冒進(jìn)的方法來解決問題,，不追求在今天就做出完美解決方案，而是讓今天的不完美為未來技術(shù)進(jìn)步留下空間,。這樣可以動態(tài)制定各行各業(yè)的碳中和技術(shù)路徑,，讓未來的技術(shù)在今天的碳中和解決方案中扮演自己的角色，并建立相應(yīng)的體制機(jī)制和商業(yè)模式,。

科學(xué)理性的碳中和之路

在低碳轉(zhuǎn)型實踐上,，歐美國家有著非常豐富的經(jīng)驗，值得我們學(xué)習(xí)與借鑒,。但在本文探討的兩大核心問題上,，我們要保持清醒的頭腦，走科學(xué)理性,、符合自己國情且富有中國特色的碳中和之路,。

首先，應(yīng)該將碳中和問題聚焦于CO2的過量排放上,。正確理解碳元素對于人類社會生存與發(fā)展的重要性,，以及碳和CO2的關(guān)系，圍繞CO2的過量排放來尋找氣候變化問題的解決方案,。

其次,，應(yīng)該以科學(xué)的態(tài)度與方法研究CO2過量排放問題的系統(tǒng)性解決方案，方案需要包括循環(huán)和資源化利用的“順治”,，而不是簡單粗暴,、事倍功半地封存的“逆治”,。任何垃圾都是放錯了位置的有用資產(chǎn)，CO2也是如此,。解決CO2問題在于中醫(yī)全面系統(tǒng)性調(diào)理,，而不是西醫(yī)的頭痛醫(yī)頭，腳痛治腳,。

第三,，碳中和不應(yīng)以犧牲經(jīng)濟(jì)的合理發(fā)展和老百姓的生活福祉為代價,。按照中央財經(jīng)委員會的要求,，“以系統(tǒng)觀念推進(jìn)碳中和的工作，處理好減污降碳和能源安全,、產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全,、糧食安全、群眾正常生活的關(guān)系”,，避免碳系統(tǒng)與能源系統(tǒng)之間,，能源系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間的顧此失彼。

鑒于能源系統(tǒng)具有提供能源產(chǎn)品與化工原材料的雙重功能,，能源系統(tǒng)需要考慮的不只是能量,，還有物料。未來的能源系統(tǒng)肯定是以電力為核心,，但全面電氣化的能源系統(tǒng)無法提供人類社會需要的碳基原材料,。在能量去碳化的進(jìn)程中，需要考慮如何滿足碳基物料的需求和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈,、供應(yīng)鏈的安全,。

第四，采取漸進(jìn)而不是冒進(jìn)的方法來解決問題,。在碳中和問題上,，我們可以借鑒歐洲很多好的做法，但不能仿效部分歐洲機(jī)構(gòu)否定所有化石能源,，避免逢碳必反,，急躁冒進(jìn)。

【作者】陳新華,，北京國際能源專家俱樂部總裁,，國際能源署前署長特別助理，聯(lián)合國氣候變化第三次締約方會議參與者,，曾在多家歐洲大型跨國能源企業(yè)擔(dān)任高管,。

2021年，在國家“雙碳”政策的強(qiáng)勁推動下,，農(nóng)業(yè)減排固碳工作不斷推進(jìn),?！半p碳”政策對行業(yè)產(chǎn)生哪些影響？又釋放出哪些新機(jī)會,？在一個新的“綠色賽道”上,，保持空杯心態(tài)充分交流學(xué)習(xí)，方能進(jìn)步,。 

12月11日,，2021中國農(nóng)業(yè)綠色減碳&現(xiàn)代農(nóng)服高峰論壇將在廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心舉辦。本屆大會邀請了多位專家圍繞“雙碳”進(jìn)行分享,。內(nèi)容豐富,，大咖云集，歡迎關(guān)注,！