新质生产力研究 • 国家 ： 推进绿色低碳科技创新
国务院发展研究中心“绿色低碳转型”课题组
实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。支撑这一变革的最根本动力来自科技创新支撑经济社会全面绿色化和低碳化，包括各类低碳技术、零碳技术和负碳技术的广泛使用，能源技术与数字技术的深度融合。碳中和时代的生产生活方式，与以化石能源为基础的生产生活方式最本质的区别在于全面绿色化和低碳化，需要经济技术体系的系统性、整体性跃迁。由于绿色低碳技术涉及范围非常广，本文重点讨论减缓气候变化的技术，如节能和能效技术、低碳零碳能源技术以及碳捕集、利用与封存技术（CCUS）等。
一、全球绿色低碳科技创新的趋势
在实现经济社会发展的同时实现碳中和，人类只能依靠科技创新。碳中和目标引导人类开发低碳、零碳和负碳技术，这种使命导向的（mission-oriented）技术创新范式将成为绿色低碳技术创新的主导范式，并催生相关科学技术革命乃至社会变革。欧盟委员会明确指出，技术和创新是向气候中和转型的关键推动因素。我国在碳达峰碳中和顶层设计《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《2030年前碳达峰行动方案》中都强调绿色低碳科技创新的根本性作用。科技创新需求将引导公共部门和社会加大投资，并由此带来新技术变革，催生新产业，推动发展新能源系统、新建筑系统、新交通系统，形成新的增长动能和新的发展方式。
2023年11月6日，观众在第六届中国国际进口博览会汽车展区参观绿色环保的产品和技术。图/中新社
（一）绿色低碳技术的范畴
绿色低碳技术覆盖面广，不但包括低碳、零碳、负碳（碳吸收）技术，通常还包括节约资源、提高资源利用效率的技术。绿色低碳技术的重要特征是具备高度集成性，涉及从材料到数字化等多个领域。《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）下的技术相关机制提出气候减缓和气候适应的技术清单框架，包括能源效率、林业、工业、可再生能源、交通、废物管理等领域。
国际能源署（IEA）在其《能源技术展望2020》（Energy Technology Perspectives 2020）中提出，各国政府和大型企业提出的净零排放承诺与绿色低碳技术发展和投资的现状脱节，即使存在更强有力的政策支持，现有技术也不足以确保全球净零排放目标的实现，需加速绿色低碳技术的创新。随报告发布的《清洁能源技术路径指南》（Clean Energy Technology Guide）列举了近400项减碳技术，按照生产侧、需求侧和二氧化碳处理的基础设施进行分类，并对各项技术的成熟度按照原型期、示范期、早期应用期和成熟期四个阶段进行了区分，指出目前尚处于早期阶段的技术将在减碳路径中发挥巨大作用。《能源技术展望2020》还根据能源开发和利用形式，提出重要的能源技术类型，中短期可实现的技术类型包括工业过程、建筑供热供冷、车辆用能等能效提升，以及可再生能源的利用。
在我国绿色低碳政策体系中，《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《2030年前碳达峰行动方案》并未明确定义绿色低碳技术的范畴，但在这些文件和行业、领域的低碳工作实施方案和保障措施中，列举了包括从新材料、新技术、新装备到技术集成和产业化规模化应用的技术范畴，也包括了节能和能效、零碳能源、碳汇和碳吸收、储能、氢能等各个技术领域的重点技术。科技部于2014年和2016年发布的两批《节能减排与低碳技术成果转化推广清单》的说明中明确了覆盖范围，主要包括能效提升技术、废物和副产品回收再利用技术、清洁能源技术、温室气体削减和利用技术。国家发展改革委自2014年至2022年发布的《国家重点推广的低碳技术目录》中将低碳技术划分为5类，分别是非化石能源、燃料及原料替代、工艺工程等非二氧化碳减排、碳捕集、利用与封存、碳汇。2022年科技部等九部门发布的《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》主要按产业领域部署绿色低碳科技开发工作和相关支撑行动。
学术研究也对绿色低碳技术的覆盖范围进行了探讨。何建坤（2013）提出低碳技术主要包括节能和能效技术、新能源技术，以及碳捕集与封存技术（CCS）等。王文军等（2011）将能够减少温室气体排放的技术和无碳技术界定为低碳技术。王灿等（2021）基于《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC），英国、美国和我国的技术清单以及众多国际组织和研究机构的技术展望，构建了应对气候变化技术清单，包括现有技术推广清单、技术需求清单和未来技术清单三大类，依据技术领域、行业和减碳类别对低碳技术进行了分类。黄晶等（2021）根据我国碳排放现状和技术需求趋势确定了我国碳中和技术体系，主要包括节能提效低碳技术、零碳电力能源技术、零碳非电能源技术、燃料原料替代技术、非二气体削减技术、CCUS 技术、负碳技术、集成耦合与优化技术等八类。Fang Wang et al.（2021）对涉及碳中和的新技术的优势和挑战进行了分析，将低碳技术划分为生态系统（包括农业食品系统、陆地生态系统、海洋生态系统和生物碳）技术以及风能、太阳能、核能、海洋能、氢能、储能等技术，碳捕集、利用与封存（碳捕集、碳运输、碳利用、碳存储）技术、节能技术、卫星监测与数字地球技术。
结合以上绿色低碳技术的不同范畴和多种分类方法，本文从减碳领域和技术集成两个维度对绿色低碳技术进行分类，并讨论其发展前景。
第一，从减碳领域的维度来看，绿色低碳技术可划分为四类。一是低碳能源和材料的生产和供应技术，包括可再生能源发电、绿氢和绿氨的生产、生物燃料制备，以及相关燃料和材料的存储和运输技术、配套基础设施的建造等技术。二是低碳能源和材料的应用技术，包括交通领域的新能源汽车、高速电气化铁路、电动船舶和航空器等技术，工业领域的氢冶炼、高效电热转换和热传导技术、再生材料和高效碳纤维复合材料技术等，建筑和建造领域的装配式建筑、被动式建筑设计和建造、热泵、LED高效照明、高效热控制技术等，以及农业领域的再生农业、人造肉技术等。三是工业过程二氧化碳和非二气体排放的管控技术，包括通过工艺流程的更新、材料的替代和循环利用、化学和生物工程等。四是碳吸收技术，包括CCS和CCUS、空气直接碳捕集、人工光合作用、高效林业管理等自然解决方案、高效农业和可持续养殖等增强的自然过程、基因和生物技术等。
第二，从技术集成的维度来看，绿色低碳技术可划分为三类。一是涉及减碳或减少含碳资源利用的直接相关技术，包括以低碳取代高碳的技术（如天然气替代煤炭、电动汽车替代燃油车、短流程炼钢替代长流程炼钢、高效节能技术等）、零碳技术（可再生能源、核能、氢能利用的技术）、负碳技术（CCS、CCUS、直接空气捕集、NBS 等）三类。二是通过高效集成直接相关技术或技术整合实现减碳或减少含碳资源利用的技术，包括智能电网、源网荷储一体化应用、综合能源网等基础设施适应性改造技术，高效电解制氢、氢能储运加注、高效燃料电池等以氢为主的基础设施建设和运行技术，支撑多种能源网络协调互动的高效集成技术，以及水泥、钢铁等工艺流程的协同处置和资源综合利用技术等。三是其他支撑性和基础性技术等，包括气候变化科学基础理论和方法、数字化和互联网技术、人工智能等高效控制策略、生物和材料科技、高度专业化的工业软件等。
（二）绿色低碳技术创新重点领域
世界许多国家将绿色低碳技术作为其实现国家气候目标的重要支撑，同时也将绿色低碳技术相关的产业发展和就业增加作为参与全球竞争和经济可持续增长的主要抓手。
实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，支撑这一变革的最根本动力来自科技创新支撑经济社会全面绿色化和低碳化。图/veer
欧盟2018年发布的“全人类的清洁星球：建立繁荣、现代、有竞争力且气候中和的欧盟经济体的长期战略愿景”中，提出建设清洁互联的交通、智能网络基础设施、零排放建筑及完全脱碳的能源供应；2019年欧盟委员会发布的《欧洲绿色新政》和2021年发布的“Fit for 55”一揽子计划草案就能源、工业、建筑、交通、农业、基础设施等各个领域的技术和产业发展进行部署并提出新的或更新的保障措施和机制设置。
美国2009年在能源部下设先进能源研究署（ARPA-E），致力于先进能源技术，特别是低碳能源技术的研究、开发和商业化。美国2021年11月通过《基础设施投资和就业法案》（Infrastructure Investment and Jobs Act）将在交通领域重点支持电动汽车和充电基础设施、零排放和低排放的交通运输解决方案；美国能源部出台的“能源攻关计划”（Energy Earthshots Initiative） 旨在推动重大能源创新突破，以提供更丰富、可靠和可负担的清洁能源解决方案应对气候危机，计划每年提出6—8个攻关目标，目前已提出氢能攻关、长周期储能攻关和负碳技术攻关三个目标。
英国的“绿色工业革命十点计划”（The Ten Point Plan for a Green Industrial Revolution）拟投入120亿英镑支持海上风电、低碳氢能、下一代核电技术、零碳车辆、绿色公共交通、绿色航空航运以及碳捕集、利用和储存等10个领域的研究。
日本经济产业省依据其国家自主贡献目标提出的《2050碳中和绿色增长战略》（Green Growth Strategy Through Achieving Carbon Neutrality in 2050）拟动员超过240万亿日元的投资促进海上风电/光伏/地热、氢能/燃料氨、核能、零碳交通工具等14个技术领域的发展。除此之外，各国在其提交的温室气体减排长期战略（LTS）文件中对其减排路径下的主要绿色低碳技术也进行了描述。
IEA《2021年世界能源展望》（World Energy Outlook 2021）全球零碳情景（Carbon Neutral Scenario，CNS），从工业、建筑、交通、电力与供热、低碳氢和碳捕集几个主要技术领域刻画了未来全球能源转型的路径，提出2050年全球可再生能源比重由 2020年的12%提高到67%，核能比重由5%提高到11%，油、气、煤合计由79%降至23%，终端能源电气化率由20%升至49%，氢从0升至6%。
国际可再生能源署（IRENA）的《世界能源转型展望：1.5℃路径》（World Energy Transitions Outlook—1.5℃ Pathway）中将可再生能源（电力和直接利用）、绿氢产输储用技术、可持续生物质能、碳捕集和去除技术作为全球实现净零排放的主要技术路径，并需要持续的投资和强有力的政策环境作为保障，预计到 2050年，需要总计超过131万亿美元的投资，其中80%需要投向以上的技术领域和支持技术实现的解决方案，如能效提升和电力系统灵活性等。
能源转型委员会（ETC）2020年《践行使命——打造全球零碳经济》（Making Mission Possible 2020）报告中提到，净零排放必须满足技术和经济可行性，实现零碳经济需要分三步走，第一步是通过节能、提高资源利用效率和改变用能方式以使用更少能源， 第二步是提升清洁能源供应，第三步是使各个领域都能使用清洁能源。报告对未来重要低碳技术及其成熟的时间点进行了展望，并从循环利用/效率提升、清洁能源供应和清洁能源应用三个领域进行了分类。其《务实行动：实现本世纪20年代内升温低于 1.5℃的目标》（Keeping 1.5℃ Alive：Closing the Gap in the 2020s）报告则进一步强调其对于自然的解决方案、退煤、内燃车辆禁售、建筑和生产能效标准的提升，以及钢铁、水泥、航空和航运领域零碳技术的研发和投资。
发展中国家的绿色低碳技术则主要来自于发达国家，绿色低碳领域的技术援助和技术转移，也是全球气候治理的重要安排。UNFCCC和联合国气候技术中心网络（CTCN）根据公约对部分发展中国家应对气候变化的技术需求清单进行整理，目前已有106个国家提供321项技术需求。技术需求清单可用于联合国气候技术机制为发展中国家提供更精准的援助,也可成为发展中国家科学制定国家自主贡献（NDC）的重要参考。根据对2015—2018年的碳排放减缓技术需求清单分析，超过86%的国家认为能源领域的绿色低碳技术最重要，其次是交通领域（32%）。能源领域中的大部分需求均与电源技术相关，包括太阳能、水电和生物质能等，还有一部分与节能相关，交通部门则更关注电动汽车、交通管理和公共交通等。
金融投资机构将绿色低碳技术作为未来投资布局的重要领域。麦肯锡在《创新至净零：气候技术摘要指南》（Innovating to net zero：An executive’s guide to climate technology）报告中提出5个重要的绿色低碳技术领域，并认为这些技术未来五年将吸引1.4万亿— 2万亿美元的投资，且在未来30年将减少约40%的温室气体排放。中金公司在《碳中和经济学》中提出的技术路径则将各个时期的技术和投资重点进行刻画，主要分为节能技术、减排技术、电力能源碳中和技术、零碳技术和负碳技术。
企业是低碳技术创新环境塑造的重要参与者和重要主体。2021年欧盟委员会和OECD联合发布的全球龙头研发投资企业的《为气候中和铺平道路》（Paving the way for climate neutrality） 报告，对各国的企业投资、企业所在领域、各个行业研发投入强度等指标进行了测算和分析，全球70%的气候领域的技术专利和10%以上的气候领域产品商标均由这些龙头企业申请，一些国家的企业更专注于技术和商业模式的创新（如丹麦），而另一些国家则更专注于技术应用和产品生产规模化（如中国）。电力、燃气和供热行业企业的专利总量位居世界第一，但此行业中的龙头企业申请的气候相关技术的专利数量并不多，未进入相关专利数量排名前五。这既体现了这些行业自然垄断的属性，也体现了这些行业内的企业在气候相关技术领域的研发投入相对不足。约有 20%的气候相关的专利和超过60%的气候相关的产品商标涉及数字技术，表明数字化对支撑绿色低碳产业发展的重要作用。但气候相关的专利数量在所有数字技术和通信行业专利总量中的占比不足5%，说明数字领域的技术发展与低碳结合度相对较低，企业对低碳创新的投资相对不足，需加强数字行业自身的低碳化。
（三）各国支持低碳技术创新和产业发展的主要策略
实现经济社会的绿色低碳转型依赖低碳技术的创新突破和规模化应用。因此，各国政府的低碳发展战略和发展路径都将推动其低碳技术创新和产业发展作为其实现绿色低碳转型目标的重要抓手，并为低碳技术创新和产业应用提供各类政策支撑。
第一，为低碳技术规模化应用提供经济激励。发达国家为推动低碳技术创新和市场投资，提供多样的经济激励政策。在能源低碳发展方面通过固定上网电价、溢价补贴、 差价合约、招标电价等形式，为可再生能源提供了电价补贴，促进了可再生能源尤其是风电和光伏发电的规模化发展。除此之外，可再生能源配额制、中长期电力合同绿色证书等机制分别通过扩大消费侧需求、降低市场价格波动风险、环境效益外部化等方式，为可再生能源的发展提供了良好的市场环境。
类似政策机制推动了美国新能源汽车产业和技术的发展。美国加州空气资源委员会（CARB）于2012年牵头实施先进清洁车辆计划（Advanced Clean Cars Program，ACC I），包括低排放车辆标准和法规的修订。2012年修订后的法规要求汽车生产商其产品组合中必须有零排放汽车（如电动汽车、氢燃料电池车等）以及低碳汽车（如插电混合汽车等）。为实现2025年清洁能源汽车销售渗透率达到15%的目标，加州为汽车生产商设置了正负积分机制，以激励生产和销售更多的零排放汽车。2021年，零排放车辆占加州所有轻型车销量的11.5%，远高于美国全国的平均水平。零排放汽车法规目前已被其他16个州采纳，且CARB也于 2019年将类似机制引入卡车行业，并正在对轻型车开展先进清洁车辆计划第二阶段（ACC II）规则的制定。
第二，持续推动技术创新投资和创新环境建设。创新政策支持以及政府与公共部门投资对规模化部署前低碳技术发展十分重要。根据IEA统计，2020年IEA成员国的低碳能源技术公共投资较2019年大幅增长，达到222亿美元，占全部能源技术投资的96%。所有成员国中，美国和加拿大的投资增幅最高，分别增长6.8亿美元（同比增长9%）和2.4亿美元（同比增长31%）。美国先进能源研究署（ARPA-E）2009—2022年投入近35亿美元，支持1500多个先进能源技术开发和商业化项目。2022年通过的《通胀削减法案》（Inflation Reduction Act，IRA）被认为是集中体现美国气候政策目标的重大产业政策，计划十年内提供3690亿美元支持美国新能源和电动车的产业化。非OECD成员国中，中国的低碳能源技术公共投资额度最高并保持相对稳定，约为40亿美元/年。
除了持续投资外，各国（或地区）主要使用的政策工具还包括设立重点技术产业创新基金和计划、统筹相关产业领域技术创新管理和研发平台、整合研究资源投入以及其他有利于改善创新和创业环境的政策。支持低碳技术开发还需要加大基础教育和研发投入，如培养各类科学家、工程科研人员和技术工人，以及支持基础性材料、工业设计和仿真软件、精密装备设计制造、基础控制理论等基础领域研究。各国均通过提升对科学—技术—工程—数学（STEM）领域教育的支持力度，加强基础科研领域的国际合作，以及改善新技术初创企业投资环境等方式促进绿色低碳科技创新。
第三，打造国际技术和产业创新联盟。国际合作对于提升低碳技术创新的效率、最大化低碳技术创新的效益具有重要作用。国际合作有利于各国获得合适或优质的科研人才和设备，实现便捷以及与需求更匹配的低碳技术转让，使技术标准更好地匹配研发需求和方向，以及促进新技术的转化应用和产业化。以低碳能源领域为例，IEA的技术合作项目（Technology Collaboration Programmes，TCPs）是全球范围内影响最广泛的能源技术国际合作平台之一，共有超过55个国家300多个公共或民营领域科研机构约6000名技术专家参与了IEA-TCPs。虽然IEA并不向 TCPs提供资金支持，但通过平台分享科研进展、凝聚共识、与政府部门交流观点，更好地推动了低碳技术知识共享和激励创新。除此之外，在哥本哈根联合国气候大会（COP15，2009）之后和巴黎联合国气候大会（COP21，2015）之后，分别建立了清洁能源部长级会议（Clean Energy Ministerial，CEM）和使命创新 （Mission Innovation，MI）两个多边的部长级机制，旨在通过低碳能源技术创新和更广泛的产业和政策合作促进全球低碳能源产业发展和能源绿色低碳转型。除此之外，区域多边组织和平台也发挥了积极作用，如APEC的能源工作组和“一带一路”的绿色能源合作倡议。
我国先后与欧盟、澳大利亚、丹麦、法国、芬兰、奥地利、美国、日本、韩国等国家和地区共同支持了清洁能源和低碳技术发展的科技合作项目，由科技部等项目管理单位统一管理。根据科技部统计，中国已同161个国家和地区建立科技合作关系，签署114份科技合作协议，还有约200份中外部门间合作协定涉及科技合作，参与200多个政府间科技型国际组织、多边机制和国际大科学工程计划等。其中，根据《中华人民共和国政府和美利坚合众国政府科学技术合作协定》（1979年）《中美清洁能源联合研究中心合作议定书》（2009年）和《关于中美清洁能源联合研究中心合作议定书的修正案》（2015年），在2009—2016年中美双方政府各投入超7000万美元支持清洁煤、清洁汽车和建筑节能等领域的技术研究，并共同制定知识产权分享和利用的技术管理规划。然而随着特朗普政府上台和中美贸易摩擦，中美低碳技术领域合作出现停滞。中国与欧盟的低碳技术合作则相对稳定，在1998年签订《中欧科技合作协定》后，一直保持较为活跃的科技合作，尤其是《中欧科技伙伴计划》（2009年）和《中欧创新合作对话联合声明》（2012年）的签署，促成中国的科研机构广泛参与了自欧盟“第五框架项目”至今的欧盟所有研发计划，近5年中欧的官方资金投入近7亿欧元。随着低碳技术科研和产业实力的提升，中国的合作对象也由与发达国家合作为主向与发展中国家和“一带一路”沿线国家/地区合作倾斜。
（本文节选自国务院发展研究中心丛书2022—《绿色低碳转型》，中国发展出版社2023年7月第1版，发表时略有删减。）