雙碳背景下低碳發展路徑及措施研究分析*

毛維博，侯芹芹，張 旭，邱勃，何沛云，石文杰

(西安建筑科技大學華清學院，西安 710043)

1 “雙碳”目標提出的背景

全球碳排放量的居高不下，溫室效應所帶來的影響也再不可以忽視。因此，“雙碳”行動計劃的實施是不可推遲的。根據中國碳核算數據庫(CEADs)的估算，我國2020年碳排放量增長至99.3億噸。其中建筑交通行業占據半壁江山，另外部分則是由發電產熱所消耗。即便是在2020年就已到達53萬噸的凈碳匯量，對于人口基數龐大的我國，無疑是杯水車薪。在不影響經濟制度正常發展的前提之下，選擇有效可行的減碳方法便顯得尤為重要。因此“雙碳”計劃的目的就是解決這一難題。

根據我國實際情況，“雙碳”計劃的實施面臨著若干困難，其中最需要注意的幾點應為碳減排目標壓力大，即在歐美國家的現有成果之下，我國要達到預期目標所要承擔的壓力異常龐大。我們還是發展中國家，能源轉型難度大，產業結構調整難度大，還有技術創新難度大。盡管所面臨的難度壓力不小，但“雙碳”計劃的最終目的是為了所有人類的共同家園，是所有在地球上生活的人類都要共同堅守并為之奮斗的目標。

2 “雙碳”目標帶來的挑戰和機遇

2.1 “雙碳”目標帶來的挑戰

碳減排壓力大。中國煤炭能源的富足推進了化工行業的發展，并開發出了以煤炭為基礎的各種行業，導致碳排放量成倍增長。按照中國煤化產業《煤炭工業“十四五”高質量發展指導意見(征求意見稿)》的數據，截至2019年，我國煤制油921萬噸、煤制氣51億立方米、煤制烯烴1，362萬噸左右、煤制甲醇6，000萬噸左右、煤制乙二醇產能478萬噸左右。巨大的二氧化碳排放量使得中國成為全球碳排放最多的國家，而且其人均二氧化碳排放量也遠遠超過了歐洲，這也就意味著，到2060年，中國達到碳中和的壓力不可小覷。

資料來源：中國統計年鑒，華安證劵研究所。

能源轉型難度大。中國目前處于發展中國家階段，以工業和和制造業為主的產業結構類型勢必造成能源消耗持續增長的局面，并且，中國擁有豐富的煤礦，據統計，到了2020，煤炭在全國的消費量中仍然占有57%，若要實現碳達峰則必須加速能源結構轉化，但能源轉型也面臨著許多問題，例如風能、光能的發電過程持續性不足，存在著不同程度的間歇，對電網企業而言，電網調峰成本會上升，所以電網接納綠色能源的積極性始終不高[2]。部分地區盆地低、海拔低、山峰高等所接收到的風能源和光能源少發電少，導致出現棄風光發電的現象，而且因為地理位置因素的影響至今無法改善。

產業結構調整難度大。礦物燃料在中國的比重很高，特別是煤。首先，自改革開放以來我國大力推進工業化生產，傳統行業占比較大，相應的基礎設施數量也增加，整改較難，而且煤炭利用率偏低。其次，作為發展中國家，工業和制造業還在高頻發展，以鋼鐵、有色金屬、水泥、化工等高耗能產業為主的地區所面臨的調整難度大。再者，市面上出現的可再生能源的產業結構單一，且適用范圍有限，盡管推廣做到位，也難以取代傳統行業。

技術創新困難大。低碳技術的創新與發展與產業轉型息息相關，面對基礎夯實的傳統行業，剛起步的碳中和技術太過渺小。一方面，在低碳技術上進行革新，既要花費巨資，又要進行長期的科研，而且是否能研究出高效有利的技術仍是未知，因此在面對技術成熟的傳統行業很少有企業愿意邁出這一步。另一方面，綠色技術薄弱，相關領域人才較少，部分大型企業響應國家的號召應用低碳技術，但由于投入高回報少，就只能應用一些低端技術，并不利于低碳技術的研究和發展。目前來看我國并未建立標準化的統一的綠色技術研發平臺，導致相關信息獲取的即時性滯后，拖慢了研發速度。國家給到的相應激勵也不足，國家統計局數據顯示，2020年對8個重點碳市場的試點調查中發現，碳市場的碳價基本保持在20～40元/噸的范圍[2]。目前，我國的低碳經濟發展還處于起步階段，對于低碳技術的投入、研發、利用、發展等都是“雙碳”目標下所面臨的挑戰。

2.2 “雙碳”目標帶來的機遇

雖然二氧化碳的排放總量在持續上升，但是其年增長率在逐年下降，2000～2009年的二氧化碳排放量年增長率為2.1%，CO2的年排放量在2010～2019年以1.3%的速度增長，加者，近三年一直處于疫情之中，各大企業并未持續運作，間接性減少了碳排放量，有利于我國在2030年前實現碳達峰。

政策鼓勵。國家對發展低碳轉型提出了有力政策，國家“十四五”計劃強調要推動綠色低碳發展，在政策、資金上給予了大力支持。對于獲得節能產品、能源管理體系等認證的企業給予相應的獎勵，創建國家級綠色工廠等的項目給予相應的補貼。國家的支持，為創新商業模式創造了機遇，使環境行業從單純依靠投資、施工為主的環境污染控制轉變為以運維服務和高質量績效為評價標準的環境治理。同時，各大公司也將加速發展新的環保發展策略，利用數碼科技與數碼服務來改變經營方式，重塑數字化商業生態，通過制度創新和技術創新，形成低碳、低成本的發展方式和綠色低碳投資合作方式[3]。

有一定的技術基礎。我國光伏、風電和水電裝機容量約為世界上最大裝機容量的1/3。太陽能發電技術、核能技術、特高壓發電技術等領域相對先進，光伏產業鏈已發展相對完整。新能源汽車已經步入大眾生活，氫能源也應用在部分領域。雖然目前工業上并沒有技術能夠讓電力、氫能取代化石能源，但事實上，國內、國外部分公司和科研機構已經在氫、電、煤等“混合型”領域取得了比較好的經驗[4]。二氧化碳也是一種可利用的資源，學術界對固碳方式已經有不少的研究，主要分為六大類，一是促進植物的生長。二是將二氧化碳轉變成化學物質和能量。三是在油田的驅氣、驅氣過程中，收集油田CO2氣體。四、將CO2聚集起來，制作出碳化的混凝土。五是采集CO2，將其儲存在巖層內。六是生物質燃料的利用，木材和稻草等的焚燒還田等。

推動低碳行業發展。 “雙碳”的發展方向是工業的低碳轉變和新工業的興起。中國在可再生能源方面的從業人員在2020年已經達到了4百萬，幾乎占據了全世界這一行業的40%。在“雙碳”時代，新能源與低碳技術的價值鏈將是優先發展的重點，而中國也可以利用這一契機，在更多的綠色經濟領域創造更多的就業機會；促進各類節能技術，如新能源汽車和零碳鋼鐵、零碳水泥等新型脫碳化技術，促進低碳原材料的替代，通過改進生產技術，改善節能效果，建設新的零碳、低碳的產業體系。

3 “雙碳”目標實現的路徑

3.1 石油化工行業實現“雙碳”目標的路徑

我國2021年的碳排放總量中，僅僅是石化這一項，便超過了10%。所以想要實現“雙碳”的目標，就必須要啃下石油化工這個硬骨頭。石油化工的碳污染源主要分為化石能源的直接燃燒、工業生產過程的廢氣、企業采用電能和熱能產生的間接污染及其供應鏈排放。

當中以化石能源和工業生產過程有關廢氣居多，占比近八成。對比鋼材、混凝土等工業行業，石油化工產業的碳排放量總額較少，且碳排放強度偏高，能效水平接近全球先進水平。介于石化企業的獨有特點，其轉型過程大致可以規劃出三個階段，預計于2025年實現碳減排，五年時間達到碳達峰，利用三十年時間實現最終的碳中和。而石油化工企業可采用的主要減排措施則有低碳技術、零碳技術和負碳技術。

故在2025年之前發展低碳技術，2025年到2030年大力發展零碳技術，2030年到2060年發展負碳技術。低碳技術分有：智能化改善流程效率、工藝流程降碳、過程供熱電動化和可再生能源供熱、專用機械設備減少過程污染等。零碳技術既發展研究新興太陽能、風電、地熱能源、海水能、微生物能、核電等零碳發電技術和機械功率、熱化工、電化工等存儲方法，進行超高比例能源并網、特高壓輸電、先進直流供電、分布式能源等先進能源網絡關鍵技術研發。發展可再生能源，如利用制氫、貯氫、運氫和用氫氣的技術，以及低品位余熱發電以及發展零碳非電能源技術。研究氣體循環、氨能循環、垃圾循環處理、非含氟廢氣循環、能源再生循環及零碳原料、能源替代工藝。研究石油化工公司零碳產品過程再造工藝。減碳的重點是加強超臨界流二氧化碳地質利用，生炭土修復，將林木、草場、沼澤地、海水、土地、凍土等生態碳匯的固碳技術。大致分為以下三個領域：碳負排技術：CCUS、超臨界二氧化碳地質研究、生碳土修復；氣候變化協同的負排放技術體系；生態系統碳匯：包括森林、海洋、草原、濕地等。

3.2 污水處理行業實現“雙碳”目標的路徑

在中國污水處理業的總碳排放量占據了中國社會整個碳排放量的百分之一以下，而甲烷和氧化亞氮排放量在中國整個社會排放量的占比都超過了百分之五以上，是中國非二氧化碳溫室廢氣的重要污染源所在。其中，超臨界二氧化碳主要是來自于污染物處理設備的能耗過程中，由水污染物自然降解而形成的超臨界二氧化碳，則認定為是生源性碳排放；甲烷的吸附能力大部分來自于污水處理厭氧循環，包括管網、厭氧池、化便器、廢水厭氧狀態消化作用池等；氧化亞氮則大部分來自于污水處理流程的硝化反硝化階段。所以，污水處理是屬于是減少碳排放的合理方式的一種。目前，全國計算出的污水處理量確實很高，但污染物的收集利用率也很低，不少縣城低于百分之五十，縣城和鄉鎮出現大面積黑臭水體。進一步提高污泥的集中回收處理率，實行低碳污水處理，是污水處理企業為實現“雙碳”工作的巨大努力。

污水低耗的降碳策略首先是重視污泥、垃圾，強調源頭降碳。根據企業污泥處理流程，強調“節水即治污、節水即降碳”，重點采取工業生產園區內用水設備整合改造、工業企業污水分質再生處理等手段，降低企業污泥處理的治污低耗問題。根據城鄉污水處理流程，堅決實施污泥應收盡收、有效運輸、高效處置。采取污泥管網系統整治治理、污水處理技術提升、能源高效裝置更新、自動化控制等多項綜合手段，提升城鄉污泥收集處置效率，同時降低溫室廢氣的直接和間接污染。

不管是對已有的或新增污水處理設備，除強化管理能力之外，都要在技術上提升自動化操作技術水平，以形成有效精準的監測系統，通過監控污水和硝化液回流比、好氧曝氣、水泥結構拌和、化學藥劑投加等循環設備的操作，這樣不但提升了管理效果，還可以減少能耗。比如，按照進水流率，控制硝化水回流比，不但可以穩定污水的水質指數，從而控制管理效果，還可以不過度提高回流比，從而達到減少能耗的效果；按照好氧池中溶解氧(DO)的含量，控制曝氣量，以避免過量增氧，而曝氣風機又是城市污水處理廠的功率很大的裝置，因此管理得當，節約效益更加突出；在混凝池和加藥池混合過程中，按照實驗結果控制混合時間，避免過量混合，就可以達到減少能耗和資源損耗的效果。

其次要加強水生態系統修復，并進行末端固碳。當前中國部分地區江河湖泊等天然生態體系的受損現象明顯，而在江河湖泊等水體環境中，需要遵循“保護為主，自然修復”的原則，減少過多的人為干涉，優先通過環境緩沖區建立、濕地修復與建設、生物多樣性維護等針對性手段，逐步改善河道、湖泊、濕地、海域等的水體生態系統品質與性能，既可以提高江河湖泊的凈化水平，也可以穩步提高水體生態系統的固碳水平。

3.3 交通運輸行業實現“雙碳”目標的路徑

一個城市的交通容量大小與該城市的國土空間規劃和布局有直接關系，而一個城市的大小對人們出行也有一定的影響。所以在一定程度上想要降低交通領域碳的排放量，就要從根本上減少居民不必要出行，縮短出行距離，降低人均碳排放量和排放強度。

在國土空間結構方面我們要不斷優化國土空間結構，將老舊房升級改造，構建網格化、遠近距離客運流動融合格局，合理利用國土空間。建設緊湊型城市，減少小轎車出行頻率，倡導綠色出行。大力建造 15 min 的社區公共圈，這也是公共資源配置和社會治理不可或缺的一部分，實現 15 min 步行可達養老、醫療、教育等公共設施，不斷引導居民出行方式向綠色低碳方式轉變，減少小轎車等工具的使用率。

不同出行方式所造成的碳排放量是完全不同的，最高的是小汽車，最低的就是步行。因此，一座城市的碳排放量大小取決于人們日常出行的方式。所以在一定程度上引導城市居民出行方式轉變極為重要。在日常生活中，除遠距離外，選擇慢行出行是最劃算、最經濟實惠并且耗能低。其中，步行是碳排放完全為零的方式。在城市整體結構規范化建設上，要逐漸建設慢性友好和綠色基礎設施聯動體系，擴大綠色交通基礎設施，完善多種方式城市交通體系[5]，打通最后一公里末端需求。交通領域碳排放主要來源于石化燃料驅動的機動車，因此應將機動車能源轉型作為交通領域碳減排的重要抓手。多種方式共同促進電動汽車、插電式混合動力汽車以及燃料電池汽車等零排放車輛(ZEV)的大規模應用，通過國家層面給予 ZEV 廠商及使用者更多資金補助和稅收優惠，鼓勵更多企業和個人使用ZEV。同時降低獨乘小汽車、出租車比例，提高車輛的平均承載人數，降低機動車使用強度。

城市交通領域的碳中和本質上是一個交通能源變革和轉型的過程，要實現交通領域碳中和首先應對機動車能源結構做出重大轉變。由于我國機動車燃燒方式大部分都是使用燃油燃燒，這在一定程度上嚴重影響了我國的空氣質量。因此，實現這一目標，需要制定機動車向電動車轉變，減少或明確禁止銷售燃油車。在優化能源結構的同時，我們也要不斷尋找可替代能源，然而由于我國電力仍以火力發電為主，機動車電動化并非一勞永逸，解決能源結構問題才是實現碳中和的根本。 因此，未來應積極探索氫能、太陽能、風能、核能等替代能源，減少電能間接碳排放。

3.4 建筑行業實現“雙碳”目標的路徑

建筑節能是我們實現 2030 年“碳排放”達峰目標的一個重要方面，其貢獻率也是高達50%。要實現建筑行業碳達峰和中和，首先要大幅度提升城市建筑物使用壽命，國外普遍建筑物使用壽命可達100-120年左右，而中國則普遍為50年左右，甚至更低。碳排放影響最大的一個因素就是拆遷重建，一般建筑物使用壽命越久，碳排放量就會越少。

其次，要不斷堅持現有體制下的建筑節能改造力度，全面貫徹執行新建筑綠色標準。1986年以來，在上世紀 80 年代初普通住宅采暖能耗的基礎上，建筑節能比例逐漸變為 30%、50%、65% 。 截至2019年，我國新建和已完成節能改造的建筑每年可實現節能近 3 億噸標準煤，達到減少二氧化碳排放 7.4 億噸的目標，大大減緩了建筑能耗總量的增長速度。近些年來，我國在現有的建筑節能改造標準下對完成節能目標起到了重要的作用。我們必須繼續不斷加大建筑節能改造和新建建筑綠色建筑標準實施的力度，將對降低建筑領域尤其是運行階段的建筑節能降碳發揮重要作用。

提升生態碳匯能力是我們按期實現碳達峰碳中和目標的一個重要方面。要大力提升城市碳匯和固碳能力，不斷加強城市整體綠化程度。相關數據表明，截至2020年，我國城市綠化覆蓋面積率還不到 40%，因此，我們要在2030 使全國 70%的城市綠化面積覆蓋率達到 40%以上，以 85%城市綠化上限作為目標，加大小區綠化和城市綠地面積，提高碳匯能力，還有很大潛力可挖。

4 結束語

中國“碳達峰”“碳中和”目標的提出對于我國各行業轉型發展提出了更高的要求。如何能夠在新形勢下結合各行業形勢和特點，合理設定“降碳”路徑及采取相應措施，實現“雙碳”背景下各行業高質量、可持續發展是我國面臨的重大挑戰。在現有的各行業發展現狀的基礎上，重點從石油化工、污水排放、交通、建筑等行業探討低碳發展路徑，為其他行業實現“碳中和”提供理論參考，也為中國各行業未來轉型指明具體方向。