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中科院：落实“双碳”行动的7个科技支撑

赵娜 2022-06-14

导言：

全球气候变化是目前人类面临的严峻挑战之一。《巴黎协定》确立了将全球平均气温控制在较工业化前升温低于2℃的目标，并为实现升温低于1.5℃的目标而努力，以减少气候变化的风险与影响。二氧化碳是大气中的首要温室气体，贡献了约66%的全球暖化效应。2020年，全球平均二氧化碳浓度已达到413.2 ppm的新高，且仍在继续上升。

根据众多模型预测，在大气二氧化碳倍增（以工业化前二氧化碳为基准）的情景下，全球气温将升高2℃—5℃。为此，国际社会提出了全球二氧化碳排放需要在2025年前实现碳达峰，2050年前实现碳中和的气候治理目标。

中国作为世界发展中大国，如何权衡经济社会发展与“双碳”战略，形成“脱碳降碳—减排减污—扩绿增汇—持续增长”协同发展的新局面？如何制定社会发展与“双碳”行动协调，且技术可行、经济有效的行动方案？这些都是极具挑战的重大战略问题，也是统筹社会发展、生态文明建设及环境治理的重大科技问题。

“双碳”目标驱动下的科技和社会大变革，将改变我国的传统社会经济发展模式和产业分工及科学技术体系，亟待强有力的科学与技术支撑。

为此，科技界应该围绕“双碳”行动和目标，重点开展以下7个方面的科学与技术研究。

落实“双碳”行动的科技支撑体系

1 科学基础

指导实现“双碳”目标的科学基础是全球气候变化、全球碳循环及其互馈关系。目前，应用于指导“双碳”目标的基础理论和方法学问题还存在诸多不确定性，如地球系统和气候系统演变，大气圈与水圈、岩石圈、生物圈的相互作用机制，以及地球地质系统、陆地表层系统、陆地和海洋生态系统、社会经济系统的碳循环及其相互作用等基础理论问题。

当前，迫切需要回答的与“双碳”目标直接关联的基础科学问题包括：

新型能源和低碳产业的技术原理；
碳中和措施的气候效应；
自然碳汇形成与维持机制；
自然和人为碳汇的容量及增汇潜力；
陆地和海洋碳循环与气候变化的互馈机理；
多种温室气体间的协同效应等。

2 观测模拟

及时准确的科技信息是正确决策的基础。一方面，在决策过程中需要及时而准确的信息；另一方面，分析决策行动的实行状态及其行动功效需要科学观测和评估。

中国的“双碳”行动需要：

构建行业、企业及区域的碳排放检查体系；
完善科学数据集成及模拟计量系统；
研制新一代陆海联动的碳循环模型、自然-经济-社会复合系统模式及高分辨率区域气候-生态-经济模拟模式；
构建陆地和海洋碳循环参数的立体化和网络化的动态观测体系；
建立产业排放因子数据库及高分辨率排放清单系统；
为应对气候变化的监测、评估、检查、决策提供数据分析平台。

3 能源结构转型

能源结构转型是实现碳中和目标的根本途径，其核心问题是准确判断可供选择的能源结构转型技术途径，理解能源转型关键技术的科学原理、突破脱碳技术瓶颈的有效途径。在减排技术方面尤为重要的是零排/减排、氢工业、储能等关键核心技术。

在能源领域，需要立足我国以化石燃料为主的基本国情，致力于化石能源高效清洁利用、可再生能源、先进核能、储能与多能融合等方面关键核心技术的多点突破、集成创新与综合示范。同时，还需要借鉴国际上对能源消费结构的经验与认识，充分发挥数字信息技术（如大数据、人工智能、区块链、物联网等）、公民意识教育等路径的重要作用。

4 产业结构调整

产业结构调整是实现“双碳”目标的重要措施，其核心问题是基于新能源技术突破及能源替代进程、发展新型产业和社会系统的碳循环调控科学理论，建立新一代的多尺度科学研究范式，发展产业结构调整的科学基础。

目前，应着重关注的重要技术领域包括：低碳流程工业、低碳建筑材料、绿色交通体系的产业低碳转型路径、碳化工业及碳利用关键技术、新一代绿色低碳产业模式及工业体系。

以钢铁、有色、石化、化工、建材等高耗能高排放的传统产业为重点，充分发挥政府和市场对社会资源配置的决定性作用，积极推动产业结构优化升级、坚决遏制高耗能高排放项目盲目发展、大力发展绿色低碳产业。

5 巩固提升碳汇

利用生态系统固碳功能，保护植被、土壤及冰冻圈碳库的稳定性、增强自然和人为碳汇功能被认为是最经济有效且最具规模效应的碳中和技术途径。

中国区域的陆地和海洋碳循环规律和特性的认知虽然取得了重要进展，但是依然存在众多不确定性和知识盲点。其核心问题是理解生态系统碳循环过程机理及碳汇功能时空变异、生态系统碳汇与全球气候变化的相互影响及互馈。

在全域国土空间的碳汇功能巩固和提升行动中，需要：

系统认知生态系统碳汇功能的稳定性、增汇技术的碳汇效应、可持续性及技术经济的可行性；
开发生物、生态及工程的碳捕获、碳利用及碳封存新技术
评估分析重要生态功能区及国家层次的综合碳汇管理功效。

6 国家战略与路径选择

“双碳”行动是涵盖全域国土空间及全部行业和产业系统的社会经济和科学技术重大变革，需要能源结构转型脱碳、产业结构调整减排、生态环境建设增汇的3个领域协同推进的巨大系统工程，需要明确的国家战略引导及优化的路径选择。国家、区域及行业的碳中和战略布局及技术路径选择是“双碳”行动成败的决定性因素。

国家层次碳中和的核心问题是，在既定的国家发展目标和现有及未来的资源结构、科技和经济背景下，选择并优化潜在战略和技术路径，需要回答碳达峰时的排放峰值、碳中和的动态路径、技术途径和关键技术体系的迭代等脱碳减排的战略问题，还需要回答与国家经济稳定和能源安全相关的基础碳排放空间、生态系统碳汇和碳封存的碳中和能力、中国及各区域生态系统的碳储量和固碳能力、传统生态工程和新型生物途径的增汇潜力等重大科技问题。

7 协同治理与管理政策

应对全球变化的碳中和目标与国家生态环境治理、生态保护和生态恢复的目标高度契合，是一举多得的国家治理措施。

统筹全域国土空间的生态环境治理是落实基于自然的生态系统保碳增汇方案的具体措施，其核心科技问题是如何做到环境减污与产业降碳协同发展、气候环境与人类健康和物种保护协同，以及国土空间管理与碳中和政策的协同。

政策与管理是实现碳中和目标和行动的政治、经济、法律保障，其核心问题是如何从政策与管理层面统筹国家、省域及行业的“双碳”路径与社会经济发展。目前需要着重解决的政策与管理问题包括：

碳排放、极端气候事件对社会经济影响；
增汇碳减排的产业政策、碳中和的经济社会成本、碳定价及其监管机制与金融政策；
颠覆性能源技术和碳移除技术政策、商业模式与监管机制；
气候适应能力评估和宏观策略、气候适应技术与政策管理；
国家与全球气候治理的报告和监测、认证和核查、国际合作与资金政策、法律法规体系建设等。

中国的“双碳”行动意义重大，是极具挑战的重大任务，不仅需要政府、企业及民众的共同奋斗，更需要科技界提供全方位的科学知识、关键技术、数据信息、管理政策等方面的科技支撑。

在能源和产业减排领域，从国家能源安全和产业发展的视角，聚焦低碳能源和清洁绿色产业战略需求，开展关键核心技术攻关，大力推动化石能源高效低碳利用、可再生能源规模化开发利用、先进核能安全利用技术突破、储能技术体系规模化应用，以及钢铁、有色、石化、化工和建材产业的低碳化技术变革。

在生态系统碳汇领域，迫切需要系统开展生态系统碳循环过程、碳储量及通量时空格局的综合观测，构建地基-空基-天基和社会统计的碳源汇监测体系，研究中国区域的碳收支过程机制、动态演变、地理分布和经营管理，集成评估陆地、水域及海洋生态系统碳汇功能，发展基于生态学原理的自然碳源汇演变过程与人为“减、增、保、封”的碳中和举措整合分析理论和方法学体系。

资料来源：中国科学院院刊、3060碳达峰碳中和

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