“雙碳”基礎(chǔ)研究指導(dǎo)綱要尋找最大化發(fā)展和最小化排放之間全方位平衡

編者按7月18日，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)發(fā)布《“雙碳”基礎(chǔ)研究指導(dǎo)綱要》。該《綱要》強(qiáng)調(diào)，實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略，將引發(fā)廣泛而深刻的系統(tǒng)變革，需要在最大化發(fā)展和最小化排放兩個(gè)臨界點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)各要素全方位平衡和協(xié)調(diào)，需要自然科學(xué)、技術(shù)、人文社會(huì)科學(xué)的綜合支撐，并提出從“雙碳”戰(zhàn)略路徑選擇、“雙碳”政策與管理、科學(xué)原理與數(shù)據(jù)等六個(gè)方面應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)挑戰(zhàn)與關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。該《綱要》為我國“雙碳”領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展、持續(xù)發(fā)展提供了系統(tǒng)性思考和重要科技支撐，本刊特此摘編刊載，以饗讀者。

2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和（以下簡稱“雙碳”），是我國的重大戰(zhàn)略決策。實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略是破解資源環(huán)境約束、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的必由之路，也是應(yīng)對(duì)世界大變局、構(gòu)建人類命運(yùn)共同體、促進(jìn)人與自然和諧共生的必然選擇。

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，需要變革傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展模式，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)；需要轉(zhuǎn)變發(fā)展理念，立足國情，先立后破，穩(wěn)中求進(jìn)，科學(xué)理性，依靠科技進(jìn)步，穩(wěn)步建立經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色發(fā)展的新格局。

實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略，將引發(fā)廣泛而深刻的系統(tǒng)變革，需要在最大化發(fā)展和最小化排放兩個(gè)臨界點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)各要素全方位平衡和協(xié)調(diào)；需要處理好發(fā)展和減排、整體和局部、長遠(yuǎn)目標(biāo)和短期目標(biāo)、政府和市場四個(gè)基本關(guān)系；需要厘清氣候-生態(tài)系統(tǒng)、能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多要素互動(dòng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，優(yōu)化“雙碳”戰(zhàn)略布局，重塑自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的相互關(guān)系，提高“雙碳”目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)的協(xié)調(diào)優(yōu)化能力。

實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略，迫切需要自然科學(xué)、技術(shù)、人文社會(huì)科學(xué)的綜合支撐。其中，當(dāng)前面臨的基礎(chǔ)科學(xué)挑戰(zhàn)與關(guān)鍵技術(shù)瓶頸主要體現(xiàn)在圖1所示的六個(gè)方面：具有頂層戰(zhàn)略意義的“雙碳”路徑選擇和優(yōu)化；支撐頂層戰(zhàn)略的政策與管理體系構(gòu)建；支撐戰(zhàn)略決策和行動(dòng)計(jì)劃的科學(xué)原理與科學(xué)數(shù)據(jù)；具有核心地位的能源結(jié)構(gòu)重塑；基于新型能源體系的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重構(gòu)；適應(yīng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的生態(tài)環(huán)境優(yōu)化。

為了應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)在前期組織相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜艺{(diào)研、研討基礎(chǔ)上，制定《“雙碳”基礎(chǔ)研究指導(dǎo)綱要》，旨在加強(qiáng)上述六方面的基礎(chǔ)研究（圖1），為優(yōu)化完善“雙碳”戰(zhàn)略路徑，全面實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)提供基礎(chǔ)性、前瞻性和引領(lǐng)性的科技支撐。

圖1 《“雙碳”基礎(chǔ)研究指導(dǎo)綱要》重點(diǎn)研究方向概覽

一、“雙碳”戰(zhàn)略路徑選擇

總體目標(biāo)：圍繞“雙碳”目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)同發(fā)展的路徑選擇和優(yōu)化等關(guān)鍵科學(xué)問題，建立健全全球-全國-區(qū)域-地方多層次經(jīng)濟(jì)社會(huì)復(fù)雜系統(tǒng)戰(zhàn)略路徑選擇的理論與方法體系，提升隨時(shí)可根據(jù)技術(shù)和資源可及性科學(xué)優(yōu)化“雙碳”戰(zhàn)略路徑的能力。

重點(diǎn)領(lǐng)域與優(yōu)先方向：

（1）全球視野下的“雙碳”目標(biāo)與路徑措施：國際應(yīng)對(duì)全球氣候變化挑戰(zhàn)的最佳路徑；因地制宜的、與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)的“雙碳”現(xiàn)實(shí)路徑分析等。

（2）現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)、科技和經(jīng)濟(jì)社會(huì)背景下的潛在路徑：實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的各主要路徑的碳足跡、碳成本和碳效應(yīng)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建；高碳領(lǐng)域的低碳發(fā)展路徑；低碳領(lǐng)域碳排近零發(fā)展路徑；固碳端負(fù)碳化發(fā)展路徑；多路徑耦合的儲(chǔ)能技術(shù)路徑量化調(diào)控研究等。

（3）“雙碳”目標(biāo)變革性技術(shù)與發(fā)展路徑：面向“雙碳”目標(biāo)的現(xiàn)實(shí)綜合路徑；新型能源體系構(gòu)建路徑；新能源高效安全利用的變革性技術(shù)路徑；各種先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的基礎(chǔ)研究及技術(shù)比較等。

（4）“雙碳”路徑預(yù)測與動(dòng)態(tài)優(yōu)化：“雙碳”路徑新研究范式的構(gòu)建；多層次多要素相互作用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑；預(yù)測系統(tǒng)與路徑動(dòng)態(tài)優(yōu)化研究。

二、“雙碳”政策與管理

總體目標(biāo)：圍繞實(shí)現(xiàn)碳中和的成本、效益、風(fēng)險(xiǎn)及激勵(lì)約束機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問題，研究不同“雙碳”戰(zhàn)略路徑下優(yōu)化經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國家安全的政策與管理體系，探索貫徹人類命運(yùn)共同體理念的全球氣候治理機(jī)制，提升基礎(chǔ)治理能力。

重點(diǎn)領(lǐng)域與優(yōu)先方向：

（1）綜合影響評(píng)估與數(shù)值模擬：碳排放與社會(huì)經(jīng)濟(jì)互饋機(jī)理；碳減排的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評(píng)估；極端氣候和天氣事件的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評(píng)估；面向構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的氣候-經(jīng)濟(jì)復(fù)雜系統(tǒng)綜合評(píng)估建模及數(shù)值模擬等。

（2）碳中和經(jīng)濟(jì)政策與管理：碳社會(huì)成本評(píng)估；碳定價(jià)及監(jiān)管機(jī)制設(shè)計(jì)；碳減排產(chǎn)業(yè)組織；綠色金融激勵(lì)機(jī)制；宏觀經(jīng)濟(jì)周期與碳減排協(xié)同管理；碳減排中的社會(huì)公正等。

（3）碳中和技術(shù)政策與管理：碳移除技術(shù)政策；商業(yè)模式與監(jiān)管機(jī)制；顛覆性能源技術(shù)政策；碳中和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范管理等。

（4）碳中和實(shí)施方案設(shè)計(jì)：區(qū)域協(xié)同減排方案與激勵(lì)機(jī)制；重點(diǎn)行業(yè)協(xié)同減排方案與激勵(lì)機(jī)制；二氧化碳和非二氧化碳協(xié)同減排方案；碳減排與保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)安全協(xié)同等。

（5）氣候適應(yīng)策略研究：氣候適應(yīng)能力評(píng)估和宏觀策略；企業(yè)和居民適應(yīng)行為及策略；氣候適應(yīng)技術(shù)與政策管理等。

（6）氣候治理：構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的全球氣候治理機(jī)制；國際碳泄漏評(píng)估及對(duì)策；國際氣候治理與合作；國際低碳技術(shù)和資金政策；碳中和法律法規(guī)體系建設(shè)等。

三、科學(xué)原理與數(shù)據(jù)

總體目標(biāo)：圍繞氣候變化與碳循環(huán)的互饋機(jī)制及氣候變化的敏感度等關(guān)鍵科學(xué)問題，構(gòu)建“可測量、可報(bào)告、可核查”的“雙碳”觀測與數(shù)據(jù)系統(tǒng)，發(fā)展新一代地球系統(tǒng)模式，實(shí)現(xiàn)碳排放空間的準(zhǔn)確預(yù)估，為“雙碳”戰(zhàn)略路徑的選擇和優(yōu)化提供支撐。

重點(diǎn)領(lǐng)域與優(yōu)先方向：

（1）“雙碳”背景與氣候變化：氣候變化的敏感度；氣候彈性與閾值；碳中和措施的氣候效應(yīng)；“雙碳”路徑對(duì)未來氣候的影響等。

（2）碳循環(huán)及其與氣候變化的互饋：自然碳匯的形成與維持機(jī)制；碳循環(huán)與氣候變化的互饋機(jī)理；不同溫室氣體的協(xié)同效應(yīng)；不同溫控目標(biāo)的排放空間評(píng)估等。

（3）新一代地球系統(tǒng)模式：基于多層次復(fù)雜結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的新一代全球及區(qū)域地球系統(tǒng)模式關(guān)鍵子系統(tǒng)研發(fā)；數(shù)據(jù)同化方法與相關(guān)技術(shù)研發(fā)；通用支撐技術(shù)研發(fā)等。

（4）觀測與數(shù)據(jù)：陸地碳循環(huán)參數(shù)立體化觀測；海洋和近海碳循環(huán)參數(shù)立體化觀測；溫室氣體觀測與反演；排放因子數(shù)據(jù)庫及高分辨率排放清單等。

四、能源結(jié)構(gòu)重塑

總體目標(biāo)：圍繞清潔低碳安全高效能源體系的構(gòu)建和優(yōu)化等關(guān)鍵科學(xué)問題，突破可再生能源規(guī)模發(fā)展、核電安全高效利用、智能電網(wǎng)調(diào)控、各類儲(chǔ)能等關(guān)鍵技術(shù)背后的基礎(chǔ)科學(xué)瓶頸，研發(fā)支持可再生能源發(fā)展的能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換特性的材料與器件，支撐從化石能源為主向可再生能源為主的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

重點(diǎn)領(lǐng)域與優(yōu)先方向：

（1）可再生能源的高效利用：光伏、風(fēng)電等清潔能源高效生產(chǎn)及大規(guī)模并網(wǎng)構(gòu)建的理論與技術(shù)；濾儲(chǔ)、電網(wǎng)智能高效調(diào)控體系構(gòu)建；多能互補(bǔ)模塊化體系構(gòu)建；多能多附加值利用原理；地?zé)豳Y源高效利用原理等。

（2）核電共性關(guān)鍵技術(shù)：低品位核資源開采理論與技術(shù)；高性價(jià)比核安全體系構(gòu)建；利用可控高反應(yīng)性快中子干式核嬗變-增殖-產(chǎn)能的可調(diào)燃燒機(jī)制；核燃料全閉環(huán)循環(huán)體系構(gòu)建；抗快中子輻照材料研制；可控?zé)岷司圩儥C(jī)制；高效熱發(fā)電原理等。

（3）氫能等二次能源與低碳化工協(xié)同體系構(gòu)建：化石能源低碳高效制氫原理；氫能“制儲(chǔ)輸用”一體化產(chǎn)業(yè)體系構(gòu)建及關(guān)鍵材料研制；高效經(jīng)濟(jì)的氫燃料電池的過程機(jī)理；高值流程制造業(yè)體系構(gòu)建等。

（4）電網(wǎng)調(diào)控及儲(chǔ)能配套理論：水力智能電網(wǎng)調(diào)控原理；水電快速啟動(dòng)、經(jīng)濟(jì)長壽固定電池機(jī)理；間歇性可再生能源智慧調(diào)配機(jī)制；電熱氫多源儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)建理論；新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)途徑等。

（5）移動(dòng)儲(chǔ)能電源及交通應(yīng)用：移動(dòng)電池的高效安全利用原理；鋰資源高效開采理論；高效儲(chǔ)能材料研制；高效相變儲(chǔ)熱材料研制等。

（6）能源資源綜合開發(fā)與固碳：陸相油氣等能源資源高效勘探開發(fā)原理；煤炭清潔化利用機(jī)制；二氧化碳高效驅(qū)油機(jī)制；地質(zhì)碳捕獲與碳封存原理；水電資源綜合開發(fā)原理等。

（7）碳中和能源結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化：重大變革性技術(shù)預(yù)判；能源革命關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估；轉(zhuǎn)型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與關(guān)鍵環(huán)節(jié)優(yōu)化等。

五、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重構(gòu)

總體目標(biāo)：圍繞碳?xì)溲趸瘜W(xué)鍵重構(gòu)、工藝過程與系統(tǒng)、材料結(jié)構(gòu)調(diào)控、電氣化流程、智能化管控等關(guān)鍵科學(xué)問題，以綠色碳科學(xué)理念及多層次、多尺度研究范式，探索石化、冶金、建材、交通等產(chǎn)業(yè)的全生命周期碳減排機(jī)制與轉(zhuǎn)型路徑，實(shí)現(xiàn)基于未來能源結(jié)構(gòu)和供給方式的產(chǎn)業(yè)重構(gòu)與技術(shù)突破。

重點(diǎn)領(lǐng)域與優(yōu)先方向：

（1）低碳流程工業(yè)：低碳化學(xué)化工過程耦合機(jī)制；綠氫煉化流程調(diào)控機(jī)制；碳基資源催化轉(zhuǎn)化機(jī)理；電化學(xué)零碳負(fù)碳機(jī)制；全廢鋼電爐流程高能效與品質(zhì)耦合原理；低碳流程再造的物化原理與調(diào)控機(jī)制等。

（2）低碳建筑體系：碳酸鹽分解耦合原位還原機(jī)制；綠氫及生物質(zhì)燃料替代過程機(jī)制；冶金廢渣利用機(jī)理；柔性智能碳中和建筑設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)機(jī)制等。

（3）綠色交通體系：車輛體系能效提升與減排策略；新能源汽車關(guān)鍵材料與系統(tǒng)優(yōu)化機(jī)制；基于交通大數(shù)據(jù)的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化機(jī)制等。

（4）產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型路徑：產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型新技術(shù)路徑選擇策略；氫基流程與電氣化流程變革路徑；智能控制與資源循環(huán)利用的全產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等。

（5）碳化工與碳利用：基于綠色合成理念的人工光合作用機(jī)制；二氧化碳化工轉(zhuǎn)化途徑機(jī)制；生物質(zhì)碳氧結(jié)構(gòu)聯(lián)用高效定向轉(zhuǎn)化；熔鹽電解耦合固碳機(jī)制等。

（6）低碳工業(yè)智能化：大數(shù)據(jù)和機(jī)理分析相結(jié)合的工業(yè)碳排放智能預(yù)測與溯源；生產(chǎn)全流程智能低碳運(yùn)行控制機(jī)制；工業(yè)低碳制造的協(xié)同優(yōu)化機(jī)制；重大耗能設(shè)備智能低碳運(yùn)行控制機(jī)制等。

六、生態(tài)環(huán)境優(yōu)化

總體目標(biāo)：圍繞“雙碳”目標(biāo)、生態(tài)環(huán)境和人類健康的互饋機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問題，研究生態(tài)系統(tǒng)碳匯鞏固和提升的科學(xué)原理及適應(yīng)能源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化的生態(tài)環(huán)境優(yōu)化措施，評(píng)估“雙碳”目標(biāo)下的生態(tài)環(huán)境污染治理成效、生物安全、生物多樣性和人群健康效益等。

重點(diǎn)領(lǐng)域與優(yōu)先方向：

（1）陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯精準(zhǔn)計(jì)算及預(yù)測：陸地生態(tài)系統(tǒng)（森林、草地、農(nóng)田、灌叢）全組分碳源匯的精準(zhǔn)評(píng)估與比較；人為管理措施下和氣候變化背景下陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯潛力評(píng)估等。

（2）陸海生態(tài)系統(tǒng)碳匯穩(wěn)固：生態(tài)系統(tǒng)碳匯的穩(wěn)定性及維持機(jī)制；生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)動(dòng)態(tài)過程與驅(qū)動(dòng)機(jī)制；國家自然保護(hù)地體系的碳匯功能；生物多樣性保護(hù)與碳匯鞏固協(xié)同的理論與技術(shù)原理等。

（3）陸海生態(tài)系統(tǒng)碳匯提升：生物和生態(tài)系統(tǒng)碳捕獲、利用與封存前沿技術(shù)；區(qū)域生態(tài)工程增匯原理與效應(yīng)；生態(tài)工程增匯技術(shù)的模式系統(tǒng)集成；生態(tài)工程增匯效益及區(qū)域示范；碳匯國土空間管理的科學(xué)基礎(chǔ)等。

（4）治污增碳和減污降碳協(xié)同：固碳減污微生物分子機(jī)制及應(yīng)用設(shè)計(jì)；農(nóng)業(yè)“雙減”與“雙碳”關(guān)系；農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)減排增匯與糧食安全；海洋污染防治與藍(lán)碳增匯原理與技術(shù)；城市污染防治與降碳增匯等。

（5）“雙碳”目標(biāo)與生物安全：植物高效光合固碳機(jī)制與分子設(shè)計(jì)；新型高光效生物碳捕獲與利用；生物入侵和遷移與碳匯；有害生物流行與碳匯；“雙碳”目標(biāo)下的生物安全評(píng)估等。

（6）“雙碳”目標(biāo)與人類健康：碳中和與人類健康收益及潛在風(fēng)險(xiǎn)；碳中和行動(dòng)的新型污染物的健康危害；人群病原生物流行的監(jiān)測及健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評(píng)估；極端氣候變化與人類健康風(fēng)險(xiǎn)等。

在“雙碳”目標(biāo)約束下，實(shí)現(xiàn)發(fā)展與減排、整體與局部、長遠(yuǎn)目標(biāo)與短期措施、政府與市場等多層次復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)化與調(diào)控。