关于碳中和的预言（上）：未来40年，大势已定

导读：2020年9月22日，习近平主席在第75届联合国大会上宣布：中国努力争取2060年前实现碳中和。这意味着，从现在开始，无论经济如何增长，中国国土范围内二氧化碳排放总量需要大幅减少。碳中和通过推动能源结构转型，将引领人类走出化石能源时代，同时推动全社会生产与消费体系巨变......

破     圈

2020年9月22日，习近平主席在第75届联合国大会上宣布：中国努力争取2060年前实现碳中和。之后又在金砖国家会议、G20会议上反复强调，“我们将说到做到”、“中国言出必行，将坚定不移加以落实”。

这意味着，从现在开始，无论经济如何增长，中国国土范围内二氧化碳排放总量需要大幅减少。到2060年以及之后的每一年，如果仍有二氧化碳排放，则需要通过植树造林之类的方式抵消。这是国家层面的碳中和的含义（尚不明确是否包含其他温室气体）。

蛰伏近十年的碳圈瞬间点燃，气候变化领域的政策、研究、服务机构再一次抖擞精神。

而且，与过去不同，这次“碳中和”破圈了。

2020年的最后半小时，罗振宇老师在武汉的跨年演讲中大谈碳中和（195-205min）。

令人惊讶的是，罗老师作为一个圈外人，不仅理解“碳中和可能影响每个人在未来几十年的选择，不管是求职、投资，考大学选专业、更换赛道等等”，而且他差一点就说出碳中和的真正意义：

碳中和将引领人类走出化石能源时代！

从人类历史角度看，碳中和将与十八世纪蒸汽机的大规模应用遥相呼应。

300年前，人类幸运地发明了用化石能源驱动机器的方法，由此开启了工业革命。但又不幸地一直修修补补发展到300年后的今天，造成大量的污染和全球气候变化。

从1992年《联合国气候变化框架公约》算起，全世界一直犹犹豫豫、磨磨蹭蹭，徘徊在化石能源的舒适圈里。直到碳中和目标的提出，人类才再一次破圈而出，站上历史转折点。

2019、2020将因为碳中和被铭刻在人类历史上，而不是COVID-19。

 

转     折

转折的起点是2019年。欧盟提出“2050年欧洲要成为人类历史上首个碳中和大陆”，并由此引发一批国家和全球品牌企业发布了自己的碳减排、碳中和目标。

关键转折点当然是中国的加入。作为世界制造大国和消费大国，如果中国不加入，碳中和会在空中飘荡很多年，并为联合国每年的气候吐槽大会贡献一个主题。而一旦中国加入，这事马上就有谱了。留下美国、澳大利亚、印度这些还没谱的国家，一脸懵逼。

广为流传的丁仲礼院士与柴静的对话代表着中国曾经对气候变化国际合作半抗拒的态度，认为其可能限制了中国发展。因此当中国宣布2060碳中和目标，其实完全出人意料、震惊全球气候圈。这个弯转得实在太急，不管大家以前是咋想的，请抓好扶手，不要被甩下车了。

猜一猜，为什么这个时候提出碳中和目标？

欧盟说是为了疫情后的经济绿色复苏，而中国人更容易想起中美贸易战等国际政治因素。

但作为一个材料专业学生、环境专业教师——20多年前在实验室里研究太阳电池效率，20多年后研究生命周期评价LCA（Life Cycle Assessment）和碳足迹评价，为各行业计算各种产品全过程碳排放和资源环境效率——我们亲眼目睹，这是大幅度技术进步、大面积技术替代造成的大转折。

在我们2010年发布的中国LCA基础数据库CLCD中，火电占比超过80%，而2019年已快速降到67.3%，这还是不断新建火电厂的十年。碳中和目标一出台，大量新建火电厂已不再可能。猜一下，40年后火电占比还能剩下多少？    

CLCD数据库中电力混合过程数据

（2009年中国电力统计，eBalance软件截图）

百分比的另一边，2019年水电17.8%，风电5.5%，核电4.8%，光伏3.1%。而且国家能源局预测2020年光伏发电规模已经超过风电，成为全国第三大电源——疫情期间光伏行业还在弯道超车，过去十年是指数式增长，未来十年可能还是。

增长的动力是大幅的技术效率提升。隆基股份创始人李振国提到，依靠金刚线切片、多次加料、PERC、双面组件等技术，单晶硅片的售价从2008年的100元，降到现在的2.3元，光伏组件从30多元每瓦降到现在的1.6元，12年间成本降到之前的2%-5%。

不要高估眼前的技术困难，更不要低估长期的技术进步。光伏是个活生生的例子。

2020年，全国大部分地区、乃至全球范围都具备了光伏平价上网条件，光伏比火力发电更便宜了，不再是靠政策补贴吃饭的技术。这是一个期待已久的技术-经济转折点。

而且光伏发电成本还在继续下降，已经提出一毛钱一度电的目标，与储能和氢能结合，就能引发世界能源革命（国家能源局会议讲话）。

还有风电，也基本达到平价上网水平。新一代核电正在变得更安全。还有必要发展火电吗？或者换个问法，你会建议一个18岁的小朋友选择火电相关专业吗？

草蛇灰线，伏脉千里。在人类追求技术效率提升的过程中，巨变已经注定。

巨     变

碳中和首先会推动电力和能源结构转型，这是第一张多米诺骨牌，接下来人类几乎所有生产和消费方式都会受波及、被改变。碳中和不仅会影响到每个人的生活，还可能影响很多人的工作和职业发展。

巨变一：电力和能源结构转型

中国目前能源消耗的85%来自化石能源，而发电技术替代将大幅改变能源结构。光伏、风电、水电、核电，这些发电技术运行阶段的成本和碳排放很低，在碳中和目标的约束下，未来都会超过火电。如果未来通过储能解决发电稳定性，通过特高压电网连接发电端和用电端，火电已经没有太多存在的必要。

而且，光伏和风电资源量是超出人类目前用能需求的。也就是说，我们可以建立一个电力极大丰富、成本低廉、低碳清洁的电力供应系统。

而且，就如罗老师所说：能源行业变成制造行业了。光伏和风电是典型的制造业，水电是典型的基建行业，核电和特高压是制造业加基建，都是中国所擅长的。中国的光伏、风电、水电、核电、特高压电网都是全球领先，包括技术领先、产业链领先、市场份额领先。

所以，你觉得中国该不该推动碳中和、推动电力和能源转型？

巨变二：用能行业电气化转型

如果电力可以极大丰富、成本低廉、低碳清洁，各种用能行业当然应该电气化，优先用电。

电动车是最戏剧性的例子。2019年丰田全球销量1074万辆，市值2000多亿美元；特斯拉全球销量36万辆，市值超过4000亿美元（30x2倍的歧视，心疼丰田1分钟）。更悲催的是，当丰田老大丰田章男吐槽特斯拉徒有其表时，年销量还没超过3万辆的小鹏汽车也敢于讽刺丰田就像当年的诺基亚。

趋势弄人。

9月22日之前，你可以吐槽电动车的续航里程、充电时间、电池寿命，可以怀疑电动车的未来。但9月22日之后，这些只是发展中需要解决的技术问题，大势已定，电动车一定会取代燃油车，因为采油、燃油难以大幅减排，但发电可以，所以很多国家已经计划2035年、甚至2025年开始禁售燃油车。

而且，避开了中国油气资源的瓶颈，减轻了罗老师说的马六甲海峡的威胁，何乐不为？

如果现在有一个机会去学习先进的燃油发动机技术，你会学吗？

丰田老大甚至提到了电动车生命周期碳排放（即产品碳足迹）未必低于传统燃油车，看来他已经学习了生命周期评价LCA基本知识。这话放在目前的电力结构来看没错，但碳中和一出，未来已经是罗振宇老师说的“明牌”，大家就不会只看眼前的电力结构了。当然，LCA和碳足迹方法不会白学，后面40年一直会用的，早学会，早受益。

铁路运输早已电气化，公路货运、航运和航空的发展方向是氢能或生物燃油。居民生活用电居多，但居民天然气采暖、炒菜，最终也可能被限制，大家要准备学习用电炒锅。不是开玩笑，美国加州伯克利已经立法禁止新建建筑使用天然气，因为加州也宣布了碳中和目标。

巨变三：工业行业氢能化转型

根据国家电网的研究报告，2019年工业部门的电气化率只有25%，因为大量工业场合需要的不仅仅是能量，而是含能的原料。因此，另一种二次能源，氢能，终于迎来了自己的春天。

早在2001年小布什退出《京都议定书》惹起众怒后，他就提出过美国氢能发展路线图作为挡箭牌，相当于自己另起炉灶、挖个坑往下跳，就是这么任性。

欧盟则等到2014-2020年开始在氢能领域大规模投入研究，power-to-gas、氢气炼钢、氢气制甲醇等逐渐浮出水面……氢燃料电池则已经在水面漂浮很多年了。

氢气代替焦炭炼钢看起来已基本成熟。碳中和目标出台，马上就看见河北钢铁与欧洲企业合作建设氢气炼钢厂的新闻，宝武钢铁也曾提出“核能制氢-氢气炼钢”路线。可惜有点晚了，欧洲钢铁厂已经申报了大量氢气炼钢专利，以后中国人炼钢恐怕要交专利费了。

这就是碳中和的巨大影响，会淘汰大批技术，同时催生大批技术。所以，发改委能源所的姜克隽老师说：碳中和是科技部的事。

振聋发聩啊。

亡羊补牢吧。

就像丰田质疑电动车生命周期碳足迹一样，很多人也质疑氢气的生命周期碳足迹。因为这个原因，世界能源理事会区分了灰氢、蓝氢、绿氢的概念。

• 现在全球90%以上的氢气来自煤炭气化或甲烷重整，制氢过程的碳排放太高，跟碳减排/碳中和南辕北辙，被称为灰氢。

• 如果上述制氢过程的碳排放可以捕获/利用/储存（CCUS），则称为蓝氢，但目前仍然能耗高。

• 只有用可再生能源（光伏或风电）电解水制氢或核能制氢，这样的氢气全过程的碳排放才会很低，称为绿氢，被认为是氢能的未来。

全球大批可再生能源制氢项目已在建设当中。

碳中和会淘汰大批技术，同时催生大批技术，原则上都需要LCA和碳足迹评价，否则难以确定全过程碳排放到底是多了、还是少了，就像电动车vs燃油车、灰氢vs蓝氢vs绿氢的例子。

LCA和碳足迹评价，为碳中和、碳减排，甚至为人类技术文明的进步保驾护航。要不要了解一下？

巨变四：减碳与污染物减排转型

如果未来还有大规模集中的碳排放源，例如火电、水泥的熟料煅烧，很可能需要加上碳捕获/利用/储存CCUS工序。目前来看CCUS能耗高、成本高，但如果未来发现全球气候变化真的变得更加恶劣，不能等到2050、2060碳中和，CCUS就可能加速应用。例如，电网调峰用的坑口火电，其二氧化碳可以跟绿氢反应生产甲醇，然后生产乙烯，部分替代石油化工、煤化工，看起来挺好。

与CCUS类似，所有的环境工程、末端治理技术，都是以能耗为代价，换来污染物减排。所以当碳中和推动电力极大丰富且低碳清洁时，各行业污染物排放标准还可以继续提高，环境质量会进一步改善。例如，近年污水处理厂提高排放标准到一级A，造成电耗和温室气体明显增加，因而引发讨论。这其实是非常普遍的环境问题转移，也是典型的LCA问题。

如果实现更大比例的电气化、氢能化，10年、20年、30年后还会有雾霾吗？协同减排进程中，哪些环境问题会消失？还剩哪些环境问题需要解决？环境专业的同学，现在应该研究什么呢？

再重复一遍，碳中和会淘汰大批技术，同时催生大批技术，并影响到技术背后的人。

巨变五：资源与循环经济转型

与环境问题并列的是资源问题。

如果碳中和推动电力极大丰富且低碳清洁，一方面有利于开采和提炼稀缺的资源物质，增加技术和经济上可行的资源供应。另一方面，再生循环都是以能耗为代价，换来材料的循环利用。原则上，循环经济、再生循环、无废城市，都需要丰富、低成本的能源支撑。

例如，现在的化学法塑料再生技术，高温下高分子裂解为单体，然后重新聚合，可以保持塑料的性能不下降，实现理想的物质闭环循环，最大程度减少自然资源的开采。但能耗太高，现在的能源结构下碳排放也太高，甚至超过用原油生产的原生塑料，很大程度上失去了再生的意义。

让碳中和、能源结构先走一步，人类才能进入循环经济时代。

巨变六：产品、供应链与消费转型

除了那些有低碳技术的企业，响应碳中和最积极的，其实是各行业领先企业。

例如苹果从2008年起就调查供应链碳排放，发布产品碳足迹结果，并推动全过程持续改进。2020年实现运营层面碳中和之后，等不及能源结构转型，宣布2030年就要实现制造和使用全环节碳中和，也就是产品全生命周期碳中和。

你的手机碳足迹是多少？

如果手机这种复杂供应链、精密制造产品的碳足迹都可以降低接近零，大多数产品应该都能做到，而且全供应链都会做到。他们只是需要一个高效的供应链碳足迹管理工具而已。

（中国能源研究会常务理事李俊峰）：苹果手机要实现碳中和，那么，负责组装的企业要实现碳中和，为其提供零部件和原材料的环节要实现碳中和，为其提供芯片的企业也实现碳中和，产业链上的每一个环节都要实现碳中和。这就会对产业链形成一个新的标准。

其实不仅是行业领先企业，只要政策、客户和消费者持续关注碳中和，所有企业都会行动起来。这是推动碳中和的市场化力量，一种正在释放的力量。

碳中和正在破圈。只要有一部分的消费者询问企业、一部分的企业询问供应商：你们产品碳足迹是多少？这个世界就能被改变。

写得太长，小结一下：

• 碳中和通过推动能源结构转型，将推动全社会生产与消费体系巨变，人类由此走出化石能源时代。

• 大量产品和技术将被淘汰，大量新产品和新技术将涌现，不仅影响每个人的生活，还将影响很多人的工作和职业发展。

这些巨变是预言，但更像是罗老师说的“明牌”，我们有机会亲眼目睹。

但我们不会只是一个旁观者。

（来源：四川大学  王洪涛  LCA委员会）

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