中国工程院院士金涌
2020年9月22日，习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议强调，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。
4月27日，习近平总书记在广西考察期间进一步强调：“要继续打好污染防治攻坚战，把碳达峰、碳中和纳入经济社会发展和生态文明建设整体布局，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，推动经济社会发展全面绿色转型。”
如何深刻理解这一重大战略决策的历史背景和重大意义?怎样探寻碳达峰、碳中和的实现路径?如何更好动员全社会形成节能降碳的共识?为此，《环境教育》专访了中国工程院院士、清华大学化学工程系教授金涌。在他看来，2060年碳中和目标对我国既是挑战也是机遇。在推进碳中和的进程中，我国将从后工业时代迈向信息化时代，告别化石能源时代，迈入可再生能源时代、核聚变能源时代、化石资源时代、资源循环利用时代。
依托科技创新的中国碳中和之路
《环境教育》：碳达峰、碳中和已被纳入经济社会发展和生态文明建设整体布局。您如何看待和解读这一重大战略决策?
金涌：自工业革命以来，煤炭、石油等化石燃料就成为人类生产生活最主要的能源。大量使用化石能源在推动生产力迅速发展的同时，也导致温室气体大量排放，加剧全球变暖。随着碳排放总量逐年增长，气候变化已引起世界各国高度重视，“碳中和”概念继而被提出。碳中和指净碳足迹为零，即实现二氧化碳、甲烷等温室气体净零排放。由于温室气体中二氧化碳比重最高、温室效应最显著，因此二氧化碳减排成为实现碳中和目标的关键。
2015年的《巴黎协定》提出在21世纪中叶实现全球碳中和，中国政府在第七十五届联合国大会上承诺，将提高国家自主贡献力度，碳排放力争于2030年前达峰，努力争取2060年前实现碳中和，充分体现了大国担当。
然而，我国距离碳中和目标仅剩40年，从碳达峰到碳中和更是只有短短30年时间。与发达国家相比，中国仍然处于工业化和城镇化的进程中，从碳达峰到碳中和的时间更为紧迫，这对中国的治理智慧也将是一场巨大的考验。从排放总量看，我国碳排放总量巨大，2020年约占全球的29%，是美国的2倍多、欧盟的3倍多，实现碳中和所需的碳减排量远高于其他经济体。而我国承诺实现从碳达峰到碳中和的时间远远短于发达国家所用时间，所要付出的努力也远远大于这些国家。
与此同时，碳达峰和碳中和要与我国经济发展同步进行，所以我国的碳达峰、碳中和必须早规划，稳步推进，建立相关行业的退出机制，避免造成大的冲击。还要用可再生能源替代化石能源，依靠大幅度、颠覆性科技创新，从初级产品生产转变为髙附加值精细智能化产品的生产，而不是向金融业等虚体经济方向发展。
因此，中国未来40年的碳达峰与碳中和之路，是工业化向信息化转变的时代;是可再生能源的时代;是核聚变能源的时代;是化石能源向化石资源转变的时代;是资源循环利用的时代。我们要统筹规划社会经济发展、经济结构转型、能源低碳转型，依托科技创新，走出一条中国碳中和之路。
工业、建筑、交通是减排重点
《环境教育》：我国要在10年内实现碳排放达峰、40年内实现碳中和，任务艰巨。总体来看，您认为这一目标应通过什么样的路径来实现?
金涌：我们首先要明确能耗减自何方。据估算，我国2060年人口总量与现阶段基本持平，约为14.6亿，届时人均GDP将突破5万美元大关，达到现阶段发达国家水平，而万元GDP能耗将低于目前发达国家水平，有望减少至0.05至0.1吨标煤。全年能源消费总量为23.73亿至47.46亿吨标煤。中国社会2019年能源消费总量为48.6亿吨标煤，可见我国社会2060年总能耗相较于现阶段将有所下降，在最乐观的情景下，能耗总量将下降一半以上。
目前看来，工业、建筑、交通是化石能源消费最主要来源，也是降低能耗的重点对象。工业是最主要的能耗来源，其中，又以钢铁、建材、石化、化工、有色、电力等六大初级产品产业耗能最大、排放最多，且对煤、石油等化石能源的依赖度高，是我国节能减排的重中之重。
工业节能需从产业结构与技术两方面下手。一方面推动传统资源密集型低端产业、重工业向高端制造业、高技术产业发展，减缓对钢铁、水泥等高能耗产品的需求，刺激对高端工业品、服务和绿色环境的需求增长。另一方面以科技创新推动能源效率提高，如发电效率提升有望减少10%的火电碳排放，能源效率提升可使吨钢能耗、单位水泥综合能耗等进一步下降，使工业能耗大幅减少。
建筑业运行能耗包含采暖、空调、照明、炊事、洗衣等能耗，其中，采暖与空调能耗占50%至70%，是建筑节能的重要指标。2017年，我国建筑总面积643亿平方米，平均建筑运行能耗为119.9(kWhm2a)，单位面积能耗大。参照目前最先进的德国微能耗建筑，我国建筑单位面积能耗具有约90%的下降潜能，技术关键在于对建筑本身作优化设计，利用保温层做好墙体、屋顶和窗户保温，采用相变蓄热砂浆打造建筑内墙，利用地热能、风能、太阳能等可再生能源使建筑实现能量自给。预计我国2060年单位面积建筑能耗达到现阶段国际先进水平，约为10(kWhm2a)，实现建筑运行总能耗相较于2017年下降约90%。
我国交通主要分为铁路、公路、水路、民航等形式，目前交通对于节能减排的响应主要集中体现在公路运输中。部分发达国家已发布禁售燃油车的相关规定，我国减少燃油车、推进新能源车发展的有关政策也正逐步完善。2019年，我国汽车保有量为2.6亿辆，其中新能源车为381万辆。随着智能、共享、公共交通的完善和政策的鼓励，私家车需求必将减少，预计2060年，我国将全部为新能源车，保有量约为1.5亿辆。对新能源车的庞大需求将为新能源、电池储能等产业带来巨大发展与挑战。此外，随着储电技术的快速发展，航空、铁路、航海电气化也将逐步实现，2060年有望实现全部电气化的零碳交通。
2021 年 3 月 27 日，在北京市科学技术协会开展的“科学传播如何激活青少年的好奇‘芯’”主题沙龙上，中国工程院院士、清华大学化工系教授金涌在演讲
资源化利用是理想可行路径
《环境教育》：具体来说，我们将如何科学绘制碳中和蓝图?目前有哪些可行的方向值得研究?
金涌：实现碳中和不仅要依靠能耗总量的下降，更要依靠能源结构的改良，去煤化是我国能源结构改良的关键。电力是人类社会最佳的二次能源，随着清洁能源和储能技术不断发展、智能电网不断完善，零碳电力必将逐步替代燃煤发电，成为未来能量供应主体。
2019年，我国人均用电0.51万千瓦时，而根据前文预测，2060年，我国能源消费总量约为23.73亿~47.46亿吨标煤，若全由电力供能，则折合用电量19.3万亿~38.6万亿千瓦时，人均用电1.3万~2.6万千瓦时，是现在的2.5~5倍。而2019年美国人均用电1.35万千瓦时，2060年我国人均用电量为现阶段美国水平的1~2倍，实现以电力为主导可以期待。
过去10年可再生能源发电成本急剧下降，2019年，并网大规模太阳能光伏发电成本降至0.068美元千瓦时，陆上和海上风电成本分别降至0.053美元千瓦时和0.115美元千瓦时。同年火电平均发电成本约为0.05美元千瓦时。
为解决零碳电力系统波动性大、稳定性差等问题，最需克服大规模储能问题。我国2019年清洁能源消费占比为23.4%，其中可再生能源占15.3%，而根据国际可再生能源署的估计，2050年，世界平均可再生能源消费占比将达66%，预示着2060年，我国基本实现零碳电力供能。未来分布式能源与分布式储能的结合将成为解决人类能源问题的最终方案，以煤炭、天然气等化石燃料为燃料的火电厂仍将保有少量规模，以满足调峰与应急需求。
同时，在未来充沛能源的支撑下，资源化利用是回收二氧化碳、实现碳中和最为理想的可行途径。二氧化碳资源化利用方式主要包括光合作用、矿化处理、化学品合成等方面。化石资源化利用是指诸如煤炭、石油、天然气等不再作为能源，而是作为原料或材料投入使用，并经由化学反应转化为非能源产品。化石资源化利用可使碳元素以化合物的形式转向下游产品而非排入大气环境，化石资源得以从能源结构中脱离，与碳排放解绑。
已大幅减少的二氧化碳则可通过植树造林、CCUS(碳捕获、利用与封存)技术加以回收。虽然植树造林是很有效的碳中和途径，但是树叶、树枝、秸秆、粪便在腐败变质过程中会释放大量温室气体甲烷，所以必须要对树叶、粪便等物质进行处理，比如通过绝氧加热技术进行碳化处理，把这些物质中的氢元素分离、提取出来，分离后的这些物质成为多孔、固态生物碳，埋入土壤中既可以固碳，又可以保墒。
通过对我国未来40年绿色低碳循环发展路径的系统性展望，我们可以绘制出一幅中国2060年碳中和蓝图。该蓝图的构建和实现遵循以人为本、科技支撑、经济可行、节奏合理四项原则。
中国工程院院士、清华大学教授金涌在“2018 中国精细化工行业发展(邹城)峰会”发言
推动节能减排成为“全民行动”
《环境教育》：碳达峰、碳中和与每个人的生活息息相关。如何才能动员公众积极参与节能减排?
金涌：日常生活是碳排放的重要排放源，实现碳达峰、碳中和目标需要每个人都行动起来，为节能减排出力。联合国环境规划署曾发布一份报告，对个人采取“低碳生活方式”提出了多项建议：用传统的发条式闹钟替代电子钟，这可以每天减少大约48克的二氧化碳排放量;用传统牙刷替代电动牙刷，可以减少48克二氧化碳排放量;把在电动跑步机上45分钟的锻炼改为到附近公园慢跑，可以减少将近1公斤的二氧化碳排放量;如果去8公里以外的地方，乘坐火车比乘汽车可以减少1.7公斤的二氧化碳排放量;不用洗衣机甩干衣服，而是让其自然晾干，这可以减少2.3公斤的二氧化碳排放量等。这些建议提出的减排目标十分具体且可操作性强，便于公众践行低碳生活方式。我们也可以出台类似的低碳生活行为建议或指南，推动公众积极参与节能减排。
另外，我们经济发展和节能减排要同步进行，对于企业而言，在减排技术的创新和研发方面需要一个缓冲期。在这个过程中，各级政府应给予相应的指导和支持，研究制定一些激励性的制度安排和政策措施，比如，在工业、交通等一些重点行业可制定多样化、创新性的激励型碳补偿、碳普惠措施，为企业践行碳中和行动提供便利条件。总之，只有全社会共同努力，才能促使碳达峰、碳中和的“全民行动”变为现实。
(注：定量数据预测仅供参考)
相关链接：
金涌，清华大学化学工程系教授，化工科学与技术研究院院长，中国工程院院士。1935 年生于北京，满族。1959 年毕业于原苏联乌拉尔工业大学，同年入天津大学化工系研究进修班学习。现任中国化工学会和中国颗粒学会常务理事，中国生态经济学会副理事长，工业生态经济与技术专业委员会主任，国务院学位委员会化工学科评议组召集人，北京市人民政府专业顾问(第 3 届至第 6 届)，《化工冶金》《化学反应工程与工艺》等杂志编委，德国《Chem. Eng. & Tech》杂志顾问。长期从事的研究内容有湍动流化床、高速气固流化床反应器、气液固
三相流化床反应器、颗粒技术及反应 - 反应、反应 - 分离耦合等教学与研究工作。近年来重点研究方向为生态工业工程和循环经济，主持和指导多项国家发改委、环境保护部的工业生态园区和循环经济规划建设，积极推动循环经济与低碳经济的工程科学的学科基础建设。在国内、外发表学术论文 400 余篇，获技术专利 37 项。曾获人事部中青年有突出贡献专家称号，全国优秀教师奖、全国五一劳动奖章获得者、北京市高校名师奖。曾获国家发明奖，国家科技进步二等奖各一项。
