1.3 碳中和——气候危机下的人类选择

前面我们提到《巴黎协定》里的国家自主贡献制度是非强制性的，各个国家可以根据自己的实际情况自主提出减排目标，也提到各国减排目标的总和可能达不到《巴黎协定》中“努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内”的要求。而且实际上，毫无疑问，各国的减排目标之和与全球最终的减排目标是有差距的，这个差距有多大呢？UNEP发布了一份关于国家自主贡献与《巴黎协定》的减排目标之间差距的报告，根据该报告，各国提出的自主贡献的目标（以2030年为时间节点）与巴黎协定中人为温度上升2℃以内的差距分别为120亿吨（有条件目标[8]）和150亿吨（无条件目标），与巴黎协定中温度上升1.5℃以内的差距分别为290亿吨（有条件目标）和320亿吨（无条件目标）。如果你对数字不敏感，图1-7能够让你感受到两者之间的鸿沟。

从图1-7我们可以看出，即使所有附加条件都满足，所有国家自主贡献之和的碳排放趋势也不是在下降，反而是在上升，与《巴黎协定中》2℃及1.5℃目标的排放趋势可谓南辕北辙。所以，如果按照《巴黎协定》签订的各国提出的首次国家自主贡献来实施，那么不但1.5℃的目标不能达成，连2℃的目标也是遥遥无期。

这一结果可以说是在情理之中，毫无意外。在没有强制目标的情况下，各个国家不得不从自己的利益出发，给自己将来的发展留出足够的空间，就像前面公地悲剧故事中的牧民。在无法衡量其他国家的目标是否公平的情况下，当然是以当前自己利益最大化为最佳策略——即使最终的结果为双输。《巴黎协定》并没有跳出公地悲剧的藩篱。

排放差距报告给了所有国家一个警醒：光有美好的愿景是不行的，没有拿出更积极的减排承诺，《巴黎协定》的美好愿景也只是镜中花、水中月。为此，新一轮的为达成《巴黎协定》温度控制目标的国家自主贡献目标呼之欲出。

碳中和目标的提出及意义

最先提出碳中和目标的国家仍然是减排急先锋欧盟，2019年欧盟委员会发布《欧洲绿色协议》，正式提出在2050年前实现碳中和，成为首个宣布碳中和的国家级经济体，随后便开启了碳中和目标的竞赛。根据Climate Watch的数据，截至2021年5月，已经有超过59个国家承诺了碳中和目标并提交了NDC，其中包括美国、中国等排放大国，而正在研究提出碳中和目标的国家则超过120个。全球提出碳中和的主要国家及碳中和年份如表1-2所示。

我们从表1-2可以看出，绝大多数国家和地区提出的碳中和目标年份都在2050年左右，这并不是一个偶然。事实上，各个国家提出碳中和的目标主要是基于2018年IPCC发布的一个叫Special Report in 2018 on the Impacts of Global Warming of 1.5℃的特别报告。该报告预测了要想在2100年实现将温室气体上升幅度控制在1.5℃以内，就需要在2050年前后实现全球净零排放（见图1-8）。从目前来看，如果这些碳中和目标都能如期达成，那么实现温度控制在1.5℃以内的目标就算迈出了一大步。

从人类应对气候变化的总体里程来看，提出全球碳中和目标是一个非常巧妙的选择。它最大的意义在于避免了公共资源分配的难题，假如我们通过总量分配的形式来控制温室气体排放，那么如何来分配排放指标将是一个永远也无法解决的问题。比如我们通过计算得出基于1.5℃的全球温室气体排放空间是8000亿吨，那么如何将这8000亿吨分配下去，每一个国家都能想出一套对自己有利且合情合理的办法，最终结果一定是像以前的气候谈判一样无疾而终。

而碳中和目标则成了实现1.5℃目标和分配排放配额的折中方案——各个国家先把自己的碳排放清零再说。这样，每个国家都把目光放在国内，且目标都一样，极大减少了相互指责谁多谁少而造成的内耗。而且时间也拉长到了30～40年以后，对于像中国这样的新兴发展中国家，碳排放也有一定的回旋余地。这样，无论是欧盟、美国、中国，还是其他国家，都能够心平气和地接受这一个目标设定。

但需要注意的是，碳中和目标并不等于温控1.5℃目标，在21世纪中叶实现全球碳中和以后，还有大约50年的时间需要从大气中吸收温室气体，才能实现2100年将温度控制在1.5℃以内的目标，就是所谓的负排放目标。如果全球碳中和目标进行得比较顺利，那么全球负排放目标应该会在2040—2050年讨论并确定。届时就不再有碳中和这种“折中”方案了，各国间的气候博弈将再次上演。

那些没有提出碳中和目标的国家

虽然全球各个国家纷纷提出碳中和目标，但也有例外，在全球碳排放前20的国家中，目前仍有俄罗斯、印度、印度尼西亚、越南、澳大利亚、伊朗等国家没有提出碳中和目标。其中俄罗斯、澳大利亚和伊朗是化石燃料的输出国，全球碳中和对它们的化石燃料出口是重大打击，所以它们当然不希望实现碳中和，而且俄罗斯认为气候变暖从某种程度上还能增加其国土的耕地面积，属于利好行为，所以对待气候议题比较消极。

剩下的国家都是在工业化进程中艰难前进的国家，它们并不具备中国这样能源转型的技术储备及基础设施。所以实现碳中和对它们来说是一项几乎无法实现的事情。有报道称印度政府考虑制定2050年前实现碳中和的目标，但后来很快被印度政府否认，并公开反对设定具体碳中和时间表，成为目前全球唯一反对设定具体碳中和时间表的国家。

什么是碳中和

我们终于进入了本书的主题——碳中和。这个词的含义究竟是什么呢？相信很多人最早接触“中和”这个词都是在初中的物理课上。在物理课的电学部分有“中和”这个概念，它是指带正电荷的物体与带同等电量的负电荷物体相遇时相互抵消后都不带电的一个过程或状态。转化成数学语言就是等值的正数与负数之和。如果我们把这个概念引申到碳中和就不难理解：碳中和就是正排放和负排放之和为零的概念。这里的正排放就是指向大气中排放温室气体，而负排放就是指从大气中吸收温室气体，如我们熟知的植树造林可以从大气中吸收二氧化碳就是负排放。所以，碳中和就是指向大气中排放的温室气体与从大气中吸收的温室气体相等的状态；另一种叫作净零排放的说法也跟碳中和是同一个意思。

但区别于净零排放，零排放（少一个“净”字）的概念则跟碳中和有所出入。所谓零排放，就是没有温室气体向大气排放，也就是连“排放后再吸收同等的量”的情况都不允许有。这种情况从国家层面基本无法实现，因为就目前的人类技术，根本不能做到完全不向大气排放温室气体，即使到了2050年全球实现了碳中和，在工业和农业领域仍然有部分较难控制的温室气体会向大气排放。所以，所有国家的目标都叫作碳中和或净零排放，而非零排放。

另一个需要讨论的问题是碳中和中的“碳”，是只包括二氧化碳还是包含所有的温室气体。在讨论这个问题之前，我觉得有必要简单介绍一下温室气体这个概念。

温室气体的科学定义是指大气中能吸收地面反射的长波辐射，并重新发射辐射的一些气体。用通俗的表述就是可以像温室一样反射阳光从而给地球加热的气体。我们大部分人都应该知道农地里的大棚，那就是我们所说的“温室”。它们一般都是用一层透光的薄薄的塑料膜组成。当太阳光照射进来时，这些薄膜会把一些本来要反射出去的阳光给挡住了，这样温室里就会获得太阳光的二次“照射”，从而给温室升温。温室气体就类似于这层薄膜一样，它们将整个地球包裹起来，把本来会反射回宇宙的部分能量给反射回地球，这样就导致了地球升温。

最常见的温室气体就是二氧化碳和水蒸气，当然并不是所有的温室气体都是需要管控的。根据我国的《碳排放权交易管理办法》，受管控的温室气体包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）和三氟化氮（NF3）。这些温室气体造成的温室气体效应是不同的，一般以二氧化碳为衡量单位，如一吨甲烷造成的温室效应是二氧化碳的25倍，则称甲烷的全球变暖潜势（GWP）[9]为25，其他温室气体的GWP值都很高，我们统称为烈性温室气体，如六氟化硫的GWP值就高达22800。

了解了温室气体后，我们还需要明确一下碳中和的定义。因为在碳管理领域，碳排放一般泛指所有温室气体排放，所以碳中和一般也泛指所有温室气体的中和。但在IPCC的1.5℃特别报告中，对碳中和的定义为二氧化碳的中和。中国的碳达峰目标是明确只包含了二氧化碳，而对于碳中和，在2021年7月24日的“全球绿色复苏与ESG投资机遇”中，中国气候变化事务特使解振华首次公开明确了中国的碳中和目标包括所有温室气体的中和。因为两者包含内容不一样，所以在本书中也存在碳排放、二氧化碳排放和温室气体排放几个概念之间的来回切换。本书所指的碳排放就是指所有温室气体的排放，读者需要区分之间的区别。

如何实现碳中和

根据碳中和的定义，我们可以知道，想要实现碳中和，从大方向上看就是从两个方向着手，一是减少碳排放，二是增加碳吸收。虽然在本书第3章将详细讲述实现碳中和的技术路径，但在这一小节中，我打算从宏观角度，从大方向上介绍一下碳中和具体要做些什么，以方便那些对碳中和技术细节不感冒的读者快速了解碳中和。

首先我们要考虑的是碳排放都有多少，这些排放来自哪里。目前全球温室气体排放数据约为500亿吨，其中有约80%来自能源使用造成的排放，也就是我们所说的燃烧化石燃料产生的排放，剩下约3%是来自工业生产时因为一些化学反应而造成的温室气体排放，其中排放最多的要数水泥行业因煅烧石灰石产生的排放以及钢铁行业焦炭作为还原剂产生的排放，还有约15%是来自甲烷逸散的排放，甲烷逸散的排放又主要包括煤油气生产泄漏、反刍动物肠道发酵产生的排放以及农业活动产生的排放。剩下的部分就是一些烈性温室气体的排放，其中N2O主要来自农业化肥的生产和使用，HFCs主要来自制冷剂生产和使用产生的泄漏，PFCs和NF3一般用于半导体生产时所用的刻蚀气体，SF6主要用于高压开关的绝缘介质，这些温室气体在使用过程中或多或少都会产生一定的泄漏。

对于能源部分碳排放的中和，总体的实施路径是将所有耗能设备都改为用电，然后所有的电力都由可再生能源来提供。所以，首先我们需要淘汰所有的燃煤、燃油和燃气电厂，或者加装碳捕集和封存（CCS）设备，目前全球化石能源中有30%用来发电，做到这一点就差不多为全球减少了30%的排放，虽然这并不是一件容易的事情。

淘汰化石燃料电厂的同时，我们需要大力发展风电、光伏、水电、核电等几乎不产生碳排放的电力来进行替代。然后再一步一步将目前使用化石燃料的设备转化为用电。如将燃油车改为电动车、将燃煤锅炉改为电锅炉等，在不久的将来，我们家庭里的燃气炉具也可能改为电炉具，这可能是一般老百姓感受碳中和最为直接的场景。

当然，以目前的技术，并不是所有的能耗设备都能够转化为电力，工业大型窑炉如水泥窑目前通过电加热是很难实现的，需要未来的技术或者氢能来解决。另外，因为当前储能技术的能量密度还不够高，需要移动的大型设备如大货车、轮船和飞机等，采用电池会大大增加它们的自重，导致无法实现运输货物的功能。这些设备在未来可能需要绿氢，所谓绿氢就是通过可再生电力生产的氢气，但这种方式的能源实质还是电力，因为绿氢是由电力转化而来的，而绿氢在终端使用时，也是通过燃料电池技术将氢能转化为电力，绿氢在这个过程中扮演的角色只是一个比化学储能密度更高的电力储存介质而已。

总之，能源领域的脱碳路径很明确，就是全部转化为电力，然后采用可再生能源供电，不能电气化的就用绿氢。但并不代表这很容易，国际能源署就全球能源转型方便发布了一份报告，对全球能源领域脱碳制定了路线图，从建筑、交通、工业、电力和供热以及其他5个方面制定了以5年为一个节点的阶段目标（见图1-9）。

工业生产过程中的工艺排放我们只考虑最重要的两个领域：水泥和钢铁领域。其中水泥行业因煅烧石灰石而产生的排放除了采用CCS以外，目前并没有其他解决方法，或许今后会出现替代石灰石材料的水泥生产技术出现；钢铁领域现在已经找到了解决方案，就是采用绿氢代替焦炭。因为绿氢除了是很好的燃料以外，它也是不错的还原剂。用绿氢作为还原剂与铁矿石反应，产出的副产物是水，不产生任何排放。

甲烷的排放有个特点，就是特别分散，无论采用任何手段都不可能将其降低为零。煤、油、气开采产生的排放从长期来看会自然消失，因为后期不再使用化石燃料，煤、油、气的开采也就没了必要。短期来说就是需要加强甲烷泄漏的监控，防止泄漏，以及对于如煤矿乏风瓦斯这类一定要排空的气体，需要收集焚烧后再排空。

畜牧类的甲烷减排是个棘手的问题，反刍类动物如牛和羊在消化食物时会产生大量甲烷，这些甲烷会通过打嗝和放屁排放到大气中去。全球大约15%的温室气体排放来自牲畜，其中牛的排放又占所有牲畜排放的65%。对于这种分散的个体，想要将这些甲烷收集并集中处理几乎不可能。目前的办法一种是通过在食物里添加特殊添加剂以减少这些动物消化时产生的甲烷，另一种方案是减少反刍类动物的饲养，相关的肉类通过鱼类或人造肉代替。

烈性温室气体的排放很大一部分来自工业生产过程中的副产物，这类排放处理起来相对容易，如N2O的排放主要来自硝酸、己二酸和己内酰胺等化工产品生产时的副产物，我们只需要在生产过程中将副产物收集起来然后分解掉就可以解决。对于使用时产生的泄漏排放，则只能通过尽量减少使用和采用代替物来减少排放。如采用测土施肥能减少肥料使用，进而减少肥料生产和使用过程造成的N2O排放。采用低GWP的冷媒为冰箱、空调等制冷剂制冷可以有效减少制冷剂泄漏产生的温室气体排放。

以上就是基于当前技术的全球碳中和总体路径。虽然看起来并不是特别复杂，但就当前技术来说，想要实现碳中和并不是一件容易的事情。国际能源署在其发布的报告《2050年实现净零排放：全球能源行业的路线图》中指出：从现在起到2030年，在净零排放途径中，全球二氧化碳排放量的大部分减少都来自当今现成的技术，但到2050年，几乎一半的减排将来自目前仅处于示范或原型阶段的技术。不过我们也不必悲观，我们还有30～40年的时间，这足以让我们的低碳技术赶上我们的需求。光伏发电技术仅用了10年就将成本下降了80%以上，所以现在那些看起来成本高不可攀的低碳技术，在不久的将来也将变成人人皆可负担的技术。

实现全球的碳中和方向是明确的，但各个国家的实施路径会根据自身特点有所差异，目前欧盟、美国等主要国家都发布了碳中和路线图，我国的碳达峰、碳中和总体规划也在编制中。

欧盟的碳中和路径

2019年欧盟委员会发布《欧洲绿色协议》，成为首个宣布碳中和的国家级经济体。根据《欧洲绿色协议》，欧盟将提供清洁、可持续及安全的能源，推动各产业向可循环模式发展，实现能源资源的有效利用等主题行动计划，以期到2050年让欧洲成为全球首个“碳中和”循环经济体，实现社会经济高质量可持续发展。《欧洲绿色协议》主要内容如表1-3所示。

对于欧盟的减排目标，在2020年9月，欧盟委员会发布了《2030年气候目标计划》，提出到2030年温室气体排放要比1990年减少至少55%，相较之前40%的减排目标有了大幅度提高，这一目标最终在2021年5月通过的《气候变化法》将其写进了法律。

《欧洲绿色协议》对我们影响最大的要数欧盟提出的边境调节机制（Carbon Border Adjustment Mechanism，CBAM），在2021年3月，欧盟的《碳边境调节机制》议案在欧洲议会通过了原则性决议，虽然离最终立法还有很长的路要走，但这个机制一旦得以实施，将对整个《巴黎协定》下的国家自主贡献产生深远影响。

根据该议案，欧盟计划从2023年向出口到欧洲的产品征收边境调节税。欧盟碳边境调节税可能有三种征收形式：一是按产业类别征收碳关税；二是向进口商出售温室气体排放配额；三是针对所有企业征收碳增值税。从当前来看，采取第一种方式的可能性比较高，而覆盖的范围早期可能局限于水泥、电力、化肥、钢铁和铝，但后期将覆盖欧盟纳入碳交易体系的所有行业，欧盟设置碳关税的目的就是防止“碳泄漏”，即由于欧盟执行严格的温室气体减排政策，会导致欧盟企业转移到减排政策更宽松的国家，或导致承担较低排放成本的进口产品冲击欧盟市场和产业。

为了达到这个目的，进口欧盟的产品碳成本需要与欧盟本地产品的碳成本保持一致。也就是说，如果出口国对于相关产品的制造不存在碳成本的话，欧盟将根据本地也就是EU-ETS的碳价征收碳税。反过来，如果出口国对于相关产品制造的碳成本存在并大于欧盟的话，欧盟就可能不征收相应的碳税。目前欧盟碳价普遍高于产品出口国家，所以要么出口国提高相应碳成本，要么缴纳等同于欧盟产品碳成本的碳税。

欧盟的碳关税政策相当于是对他国排放的长臂管辖政策，如果采用第二种形式，相当于将欧盟碳交易市场的覆盖范围扩大到了全球向欧盟出口相应产品的国家。这会引发一系列的问题，如排放数据计算原则以及《巴黎协定》下产生的减排量归属权等问题。

总体来说，欧盟已经为其2030年排放减半目标及2050年碳中和目标制定了详尽的实施框架，并且其减排目标也起到了其作为应对气候变化先锋的模范作用。作为最先完成工业化转型的经济体，其碳排放已经长期处于下降阶段，所以碳中和目标的实现也相对容易一些。虽然今后在低碳领域的创新技术和产业不一定能够保持领先，但欧盟应对气候变化的顶层设计和EU-ETS的运营经验还是值得我们学习借鉴。

美国的碳中和路径

虽然美国在特朗普时期退出了《巴黎协定》，但在拜登总统上任后以最快的速度重返了《巴黎协定》，并且启动了“拜登气候计划”和“拜登清洁能源计划”，该两项计划预计产生1.7万亿美元的投资。同时，美国重新提交了国家自主贡献。根据美国提供的国家自主贡献，美国减排的短期目标为：到2025年实现温室气体排放相对于2005年下降26%～28%，到2030年相对于2005年下降50%～52%，长期的减排目标为到2050年实现净零排放。并从电力、交通、建筑、工业、农业和土地、非二氧化碳温室气体减排6个方面来阐述其具体的行动计划。

电力方面，美国可以说非常激进，它设定了到2035年实现100%清洁电力供应。为达成这一目标，美国计划制定相应的刺激政策和标准，以支持清洁电力的建设、传输及储存，同时对具有实现零碳电力的既有电厂进行改造，如对化石燃料电厂加装CCS装置。同时，美国将支持零碳电力相关的技术研发、开发、示范、商业化和部署。其中包括到2030年实现海上风电装机的翻倍。

交通方面，美国计划实现100%清洁能源车，但这一计划目前没有明确的实现时间，为此美国计划到2030年提供10万零碳公用交通工具，2030年国内生产的大巴全部为零排放，并且更换全国50万辆校车为零排放车辆。到2035年生产30万辆零排放卡车，以及新建50万个充电站。除此以外，美国还将提高尾气排放和效率标准；鼓励个人购买零排放车辆；为充电基础设施提供资金，以支持多单元住宅、公共充电和长途旅行；以及通过研究、开发、示范和部署工作，支持用于航空等应用的极低碳新一代可再生燃料和其他跨模式尖端运输技术的进步。

建筑方面主要目标为：到2035年实现建筑碳强度下降50%，制定新的零碳建筑标准，在4年内改造400万既有商业建筑及200万家庭建筑。为实现这些目标，美国计划通过政府资助改造项目、更广泛地使用热泵和感应炉，以及推行新建筑的现代能源法规，持续支持建筑的能源效率和高效电加热及烹饪。除此之外，美国还将投资新技术，以减少与建筑相关的排放，包括高性能电气化建筑等。

工业方面美国政府将支持低碳和零碳工业过程和产品的研究、开发、示范、商业化和部署。例如，鼓励CCS和新氢能（由可再生能源、核能或有机废物产生）为工业设施提供动力。此外，美国政府将利用其采购能力，支持这些极低碳和零碳工业产品的早期市场。在工业领域美国目前没有明确的减排目标。

农业和土地方面美国将支持推广气候智慧农业实践、再造林、轮牧和营养管理实践。此外，美国将在森林保护和森林管理方面进行投资，并大力减少灾难性野火的范围和强度，恢复受火灾破坏的林地。除了这些努力之外，美国还将支持以自然为基础的沿海复原项目，包括灾前规划，以及通过追求“蓝碳”来增加水道和海洋固碳的努力。

非二氧化碳温室气体减排方面，美国计划实施《美国创新与制造法》，逐步减少氢氟碳化物的使用。为了解决甲烷问题，美国将更新标准，要求投资堵漏油井和矿井以及整个天然气配送基础设施的泄漏。此外，美国还将提供方案和激励措施，通过减少农业甲烷和N2O排放的做法和技术来提高农业生产力，例如，改进肥料管理和改进农田养分管理。

美国的碳中和路径虽然看起来比较全面，但除了能源和交通方面有比较清晰的目标和实现路径以外，其他领域还只是一个粗略的定性描述。此外，美国淡化了市场机制在实现碳中和方面的作用。目前美国并没有联邦层面的碳交易体制，从美国的碳中和规划来看，未来短时间内也不会出现。

中国的碳达峰路径

作为新兴的发展中国家，中国碳排放仍然处于上升期，所以中国的碳中和路径分为两个部分：碳达峰和碳中和。从当前中国发布的消息来看，目前中国正在紧锣密鼓地制订详细的碳达峰方案，碳中和相关详细方案并不是当前的工作重点。

在2020年年底的气候雄心峰会上，我国更新了国家自主贡献，新的自主贡献目标为：“到2030年，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右，森林蓄积量比2005年增加60亿立方米左右。风能、太阳能发电装机容量将达到12亿千瓦以上。”这几个目标基本确定了我国碳达峰的总体方案。

在2021年4月召开的领导人气候峰会上，我国又提出“将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，正在制订碳达峰行动计划，广泛深入开展碳达峰行动，支持有条件的地方和重点行业、重点企业率先达峰。中国将严控煤电项目，‘十四五’时期严控煤炭消费增长、‘十五五’时期逐步减少。此外，中国已决定接受《〈蒙特利尔议定书〉基加利修正案》，加强非二氧化碳温室气体管控，还将启动全国碳市场上线交易。”

除此之外，在我国发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中也对碳达峰、碳中和方面提出了相关目标。

在能源方面，提出到2025年风电、光伏发电量占全社会用电量约16.5%。工业方面提出主要工业产品资源、能源利用率在2035年左右达到国际先进水平；钢铁和水泥等高能耗行业率先达峰，2025年前钢铁行业排放达峰，2030年较峰值降低30%，水泥行业在2023年达峰。

交通方面，提出新能源车新车销售量占新车销售总量的比例到2025年达20%，2030年达40%，2035年达50%以上；氢燃料汽车2025年约10万辆，2030年约100万辆。

建筑方面，提出2022年城镇新建建筑中绿色建筑面积占比达70%；实施新能耗建筑标准和满足国家有关绿色制冷、绿色供暖等政策的要求。

农林方面，提出2025年全国森林覆盖率达到24.1%，森林蓄积量达到190亿立方米，草原综合植被盖度达到57%，湿地保护率达到55%，60%可治理沙化土地得到治理，全面推进无废城市建设，减少食品浪费。