仇保兴 | 当前“双碳”战略设计存在六大误区

1月中旬，经济观察报主办的“第十二届企业社会责任年度峰会”在线召开，国际欧亚科学院院士、住房和城乡建设部原副部长、中国城市科学研究会理事长仇保兴做了主题演讲，提出当前“双碳”战略设计需要避免六大误区。针对这些误区，仇保兴提出了倡议。以下根据仇保兴演讲整理：

 

双碳战略能不能顺利实施，这不仅是各级政府的责任，也是企业长远的责任。今天谈谈双碳战略设计的若干误区及其纠正措施。

 

第一个误区，妄图通过购买绿电、CCER来代替减碳。

 

当前部分企业甚至地方政府认为，只要购买足够的绿电，或者用CCER来代替减碳就能实现该单位、地区的碳中和，但这实际是短视的行为。如果只是针对一个展会，或者举行的某一个短期研究项目，其过程碳排放是可以通过CCER这种碳交易来完成减碳的，但这也是将减碳责任临时转嫁给其他降碳企业。从长远角度看，这是减碳的外包，把社会责任和生态责任推卸给其它社会主体了。低碳是一种长期生活和生产方式的转变，而这种“外包”模式显然是不能被大规模推广的。

 

此外，对目前社会上大量出现的这些“CCER碳中和证书”其实是有一定误区的。“双碳战略”的实践，始终是需要企业和地方政府实践生产活动、生产方式的低碳化转变，实现碳中和必然需要通过社会主体自身进行节能减排，或者发展可再生能源来使自身的碳排放得到中和，这才是可持续的方式。这就需要做出很大的非常复杂且艰巨的努力，因此“双碳战略”也是长期且艰巨的创新过程。

 

现代城市是非常复杂的社会经济和自然的复合结构，但也可以被简化为这么几种模块——建筑、交通、废弃物处理、工业、碳汇农业农村。只要在某一个方面获得技术创新，就能获得碳减排。例如中国城市科学研究会已经发布的《碳中和建筑评价导则》，《导则》首先就要求了建筑本身要通过节能减排或自身创造的可再生能源作为一种基础的碳减排方式，在这基础上，我们再要求增设一些对社会生态有影响的要素，例如提高了绿电比例、对电网能够主动地相应调节等等。

 

第二个误区，栽培“超级生物”利用生物质能源实现碳中和。

 

有许多地方政府甚至一些植物学专家认为，可以通过一种以我国本土野生芦竹为母体，采用现代生物育种技术进行科学诱导驯化、组培繁育出的新型高产能源作物“超级芦竹”来获得大规模的可再生能源，他们认为如果这种生物质能源能够大面积种植，就可以使碳中和顺利实现。据介绍，“超级芦竹”可在荒地、滩涂地、沼泽地、盐碱地等PH3.5-PH9 的土壤环境生长。一次种植可连续收割15-20年，干生物量达5-10 吨/亩/年，约为玉米秸杆的7倍、水稻秸杆的15倍以上。不少植物学家认为这种超级芦竹还具有超强的碳汇能力，是森林的25-40倍。

 

因此很多权威专家宣称：我国只要拿出约11亿亩左右土地种上芦竹，就可以满足全国50%以上的可再生能源的需求。照此说法，岂不是只要在足够多的土地上种上这种植物就能一劳永逸解决我国碳中和难题了？但事实上在年降雨量小于1000mm的地方是不可能种植存活这类高耗水作物的。按照植物固碳所需水量比例计算，每公斤生物量固碳需要100-300公斤水，植物吸收的99.5%的水份都会自然蒸发“浪费”，只有0.1-1%左右的水量是能被植物吸收转化为固碳植物纤维素。事实上，植物固碳用水的效率都明显低于1%，不同种类植物都差别不大，包括超级芦竹。

 

可以想象，如按照每亩超级芦竹能生产5吨干物质计算，则每年需要用水量500吨，如蒸发悉数为2.5则每亩种植的超级芦竹至需要1250吨水。由此可见，在我国大面积地推行超级芦竹的种植，不长途调水灌溉是不可能实现的。年降水量满足1000mm以上只有少数地方能满足而且用地与传统粮食作物高度重叠，如采用长途输调水需要大量的能源和占用耕地。我国能够满足超级芦笋种植，而且不用长距离调水的地方仅有江南的小部分区域满足，但这些地方也基本是高产粮田。碳中和没有捷径可走，试图通过种植某种人工改良的超级植物来低成本地实现某省或全国性减碳显然是不可能的事情。从可再生能源可开发总量来看，我国陆上风能可开发量理论值为3000亿吉焦以上，陆上光伏发电理论值更高达百万亿吉焦（比2060年我国预计用电量1000亿吉焦还要多出上千倍）。由此可见，以城市为主体大力发展太阳能光伏、陆上或海上风电，再结合有效的储能才能替代传统化石能源，形成可行的碳中和路线图，而生物质能源只能是一种区域性补充性可再生能源。

 

第三个误区是林木碳汇的提升占比过大。

 

从各个城市的双碳方案路线图、未来规划蓝图来研判，许多城市错误地认为，碳汇的提升能够对“碳中和”贡献20%，甚至30%的份额，这显然是错误的。根据经验判断，一个县甚至一个省，一个城市的林木碳汇再提高，也仅能贡献3%-5%的减碳份额。

 

为什么会产生这么巨大的误区？因为是受到了一些错误的文章的引导，例如，国际知名学术期刊《自然》曾发表所谓的多国科学家最新研究成果显示，2010-2016年中国陆地生态系统年均吸收约 11.1 亿吨碳，吸收了同时期人为碳排放的45%。文章指出：该研究成果表明，此前中国陆地生态系统碳汇能力被严重低估。

 

这个结论有两个错误，一是我国的陆地系统，根据现在所作的模型，也没有那么高的碳可以吸收。如果吸收了，到了年终即冬季大部分植物自然枯萎，原来固碳量肯定是又要排回去了。二是我国2010年-2016年，每年的碳排放已经接近100亿吨，就是吸收了11亿吨的碳排放，怎么可能达到45%？最多是11%，所以这种算法明显存在错误。

 

而根据中共中央、国务院文件，我国近些年碳汇任务是“森林蓄积量从2025年180亿立方米增加到2030年190亿立方米。（相当于每年可增碳汇3.6亿吨）”。这与国际知名学术期刊《自然》的数据是明显矛盾的。实际上，我国近些年每年排放的二氧化碳超过了100亿吨，如果真如同《自然》所说的“吸收了同时期人为碳排放的45%”，那么我国每年林木碳汇的量应该在50亿吨左右。这些具有明显错误的文章被大量引用，才会导致产生这些误区。

 

但是，我们不能忽略自然界具有巨大的潜在的碳调节能力，碳调节能力最大的还是海洋，从单位面积来看，每一平方公里的碳吸收能力，海洋是森林的10-20倍，而森林是草原的10-20倍。完成减碳社会责任是一个伟大的事业，但要在科学研究上下工夫。

 

第四个误区是过分的依赖碳封存，即CCUS。

 

根据研究测算，国际国内一致的意见是不包括运输和封存成本，国外捕集CO2的成本约为11-57美元/吨，而我国煤发电厂工艺流程中的低浓度CO2捕集成本为300-900元/吨。煤化工工艺流程中的高浓度的二氧化碳捕获比较容易，但成本仍达200-600人民币一吨，而且这还不包括运输与封存过程发生的成本。

 

在2020年，据E&ENews网站报道，由于油价偏低，由美国NRG能源公司（NRGEnergy Inc.）支持的Petra Nova碳捕集设施已经停止捕集二氧化碳。也就是说，曾被视为碳捕捉的一盏明灯，也是美国唯一的一家大型商业碳捕集发电厂自2017年1月投入运行以来首次停运。

 

当然，目前也有人提出，能不能把这个二氧化碳运到油田，替换水，把其作为增加开采石油的填料，可“一举多得”进行碳封存。但事实是，从生产总量上看我国2020年产油量仅为2亿吨，全部等量注入二氧化碳也仅为我国每年碳排放量的零头。从单位成本看，通过注水增加石油开采量与注二氧化碳成本相差百倍，而且通过收集、浓缩、运输和注入封存二氧化碳也需要很高的能源消耗。从全球范围来看，通过传统的碳封存技术（CCUS或CCS）几乎没有成功的商业案例。但大自然早就存在许多“低成本”的碳封存模式值得人类去借鉴：例如海洋中的贝类与珊瑚虫等生物能将水中的二氧化碳与钙相结合形成碳酸钙类物质，后者作为碳封存的中介质至少能将碳封存千年以上，而且在这一过程中几乎不消耗能源，这非常值得科学家们进行探索。

 

第五个误区是没有区分灰氢和绿氢。

 

许多企业家、许多地方政府都把发展氢能源作为自己减碳的主要手段，但他们不知道我们现在的氢能源方案走的是纯氢的方案，实际上是充满着陷阱的。

 

第一个陷阱，例如我们推行的氢能源汽车，作为燃料的氢如果来自于化工燃料，当前我国97%纯氢来自于天然气或煤炭，如果纯氢是天然气转化过来的，成本最低，但这样的氢气是“灰氢”，将这类“灰氢”作为燃料汽车的燃料的话，从全生命周期算，它产生的碳排放比直接烧柴油汽油还要高20%以上。如果氢气是来自于生物质，或通过太阳能和风能转化的氢气，就被称之为“绿氢”，碳排放就降低了20倍。

 

由此可见，同样是氢，绿氢与灰氢是明显不同的。我们需要意识到，人类能源利用进入了这么一个新历史阶段，针对同样种类的交通燃料而言，其来源是非常重要的一个减碳大问题。

 

第二，氢能源最大的危险在于它极易爆炸的特性，即在密度4%-70%之间都是非常容易点燃爆炸的。为什么也有很多专家说氢能源、氢气泄露不容易爆炸，那是因为由于氢气比较轻，所以在空旷的原野中逃逸快，但我国各个城市都是密集型住宅区，80%的汽车如果都要停在大楼的地下库，地下车库是密封的空间，一旦发生氢气泄露，就会引起连锁爆炸，这是非常危险的。所以许多方案在国外人口密度稀少的郊区行得通，在我国密集的大城区则行不通。

 

第三，因为氢气逃逸量非常大，运输成本非常高。所有的纯氢如果运输的距离超过200公里，运输费比运输氢的价值还要高，所以不适宜长途运输；加上氢气可以与钢铁相互作用产生“氢脆”，使钢铁的结构遭到破坏，必须要用昂贵的特殊材料，因此长距离运输氢很难得到解决。

 

第四个问题是加氢站投资太大，往往是一般加油站的50倍以上，这些问题都是目前没法得到解决的。

 

正是由于以上诸多问题，我们需要换个思路来完成氢能源的发展，即人类要学习大自然把氢转化成绿色甲醇或者绿氨等稳定的氢化合物载体。只要将氢转化成绿色甲醇和绿氨就能轻易的储存、运输，同时也能低成本与煤掺杂进行混烧来大幅降低煤发电的碳排放。

 

第六个误区，过去数百年工业文明的成就，使得我们推崇建造大而集中的化学储能。

 

众所周知，可再生能源有波动性，需要进行调峰储存进行平衡，这是一个基本常理——发展100万千瓦的可再生能源，至少需要30千瓦，就是三分之一的容量用来储能。但如果我们延用工业文明，建设大型的、集中的、中心控制式的储能站则肯定是错误的。

 

有一个非常惨痛的教训，在去年4月16日，北京市丰台区一个25MWh直流光储充一体化电站发生起火，在对电站南区进行处置过程中，电站北区在毫无征兆的情况下突发爆炸，导致2名消防员牺牲。从此北京市下了一个命令，所有大型化学储电站一律停止投资建设，这是血的教训。因为越大型、越集中的化学储能越具爆炸性危险，有专家认为这与将大规模杀伤性武器安置在城区无本质差别。

 

从全国来看，如果电力系统整个进行转型，还需要大量的储能设备。储能方面首先要考虑到安全，其次考虑到成本。

 

未来有两个方向值得科学家和企业家作出努力：第一个方向，建筑脱碳和储能的潜力在于社区“微能源”。从目前的趋势来看，在2030年时我国将会有1亿辆电动车，目前每辆电动车的储电能力平均是70度电，按每年每辆电动车充放电100次计算，全年储能调节能力为7000亿kwh，相当于将7个三峡电站改为抽水蓄能电站。这样巨量的储电能力若合理调配就能使未来电网得到稳定运行。例如通过利用社区的分布式能源微电网以及电动车储能组成“微能源系统”，在电网处于用电峰谷的时候，使所有社区停放的电动汽车进行自动低价充电；当电网处于用电峰顶时，可以借用电动车所储的电按峰谷差价出售给电网一部分电力，这既能对电网用峰谷能进行调节，又能为电动车主带来利润。如果外部突发停电，社区也可以借助各家各户的电动车电能作为社区的临时能源供应。如此一来，这样的居民小区实际上就是一个发电单位，也是一个韧性很强的虚拟电厂。更重要的是，比起传统的大型化学电池蓄能，这种分布式的社区微电网在储能成本、韧性安全保障能力等方面都有显著的优势。

 

另外一个方向是利用抽水蓄能进行可再生能源的储能调峰。因为抽水蓄能不仅效率很高，可以达到80%，更重要的是一旦建成可以使用百年以上，这个过程中间损耗很小，属最绿色的储能模式。但是建设成本很高，周期长达15年，这就是为什么我国在两个五年规划中都没有完成任务的原因。解决之道在于充分利用我国现有的9万多个已建成的水库中适合的一部分水库进行抽水储能。

 

按我国《抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035）》，2035年需要达到3亿千瓦抽水储能总容量。据国家电网总工程师陈国平介绍：“2030年我国要想实现12亿千瓦新能源装机容量，至少需要匹配2亿千瓦的储能。但我国现有的抽水蓄能装机仅为4000万千瓦左右，受制于建设周期，到2030年我国抽水蓄能装机最多只能达到1亿千瓦。”由于新建抽水蓄能电站面临选址难、征地拆迁难和开山修公路生态环保审批难等障碍，已经连续两个五年计划未完成预定建设任务。我国实际在建抽水蓄能电站总规模5513万千瓦，全部投产也仅满足需求量的30%左右。从装机总量来看，我国抽水蓄能占电力装机总量的1.4%，远低于日本的8%以及意大利、德国等国家的3%-6%，发展空间巨大，且需求紧迫。

 

因此利用现有具备抽水蓄能条件的中小型水库改装成多功能抽水储能电站，可以解决新增可再生能源的储能比问题，同时也能利用水库改建机会解决病险水库维修资金缺口难题，实现对病险水库进行大规模加固，而且利用抽水蓄能电站稳定的储能性，也能快速解决我国“弃风、弃光”问题。

 

总之，首先，双碳路线图的设计和制订需要科学的态度，需要跨学科团队艰苦持续的创新研究，没有捷径可走；第二，“双创”是唯一引领“双碳”的途径，90%以上的“双碳”科技与政策工具都将在未来涌现；第三，“双碳”需要对固有的知识更新，把固有的利益格局打破，同时突破传统的思维框框；第四，双碳战略需要更多市场主体和社会主体的参与，参与主体越多，主动性越强，双碳蓝图实施的成功率越高；第五，城市再次成为双碳和经济增长竞争的主体和创新的平台，抓住这一机会，不仅能够实现城市经济“二次腾飞”，更能使我国双碳战略从上而下“构成”能与从下而上“生成”相互协同，形成坚韧灵活的碳中和能源新体系。