双碳背景下低碳发展路径及措施研究分析*

毛维博，侯芹芹，张 旭，邱勃，何沛云，石文杰

(西安建筑科技大学华清学院，西安 710043)

1 “双碳”目标提出的背景

全球碳排放量的居高不下，温室效应所带来的影响也再不可以忽视。因此，“双碳”行动计划的实施是不可推迟的。根据中国碳核算数据库(CEADs)的估算，我国2020年碳排放量增长至99.3亿吨。其中建筑交通行业占据半壁江山，另外部分则是由发电产热所消耗。即便是在2020年就已到达53万吨的净碳汇量，对于人口基数庞大的我国，无疑是杯水车薪。在不影响经济制度正常发展的前提之下，选择有效可行的减碳方法便显得尤为重要。因此“双碳”计划的目的就是解决这一难题。

根据我国实际情况，“双碳”计划的实施面临着若干困难，其中最需要注意的几点应为碳减排目标压力大，即在欧美国家的现有成果之下，我国要达到预期目标所要承担的压力异常庞大。我们还是发展中国家，能源转型难度大，产业结构调整难度大，还有技术创新难度大。尽管所面临的难度压力不小，但“双碳”计划的最终目的是为了所有人类的共同家园，是所有在地球上生活的人类都要共同坚守并为之奋斗的目标。

2 “双碳”目标带来的挑战和机遇

2.1 “双碳”目标带来的挑战

碳减排压力大。中国煤炭能源的富足推进了化工行业的发展，并开发出了以煤炭为基础的各种行业，导致碳排放量成倍增长。按照中国煤化产业《煤炭工业“十四五”高质量发展指导意见(征求意见稿)》的数据，截至2019年，我国煤制油921万吨、煤制气51亿立方米、煤制烯烃1，362万吨左右、煤制甲醇6，000万吨左右、煤制乙二醇产能478万吨左右。巨大的二氧化碳排放量使得中国成为全球碳排放最多的国家，而且其人均二氧化碳排放量也远远超过了欧洲，这也就意味着，到2060年，中国达到碳中和的压力不可小觑。

资料来源：中国统计年鉴，华安证劵研究所。

能源转型难度大。中国目前处于发展中国家阶段，以工业和和制造业为主的产业结构类型势必造成能源消耗持续增长的局面，并且，中国拥有丰富的煤矿，据统计，到了2020，煤炭在全国的消费量中仍然占有57%，若要实现碳达峰则必须加速能源结构转化，但能源转型也面临着许多问题，例如风能、光能的发电过程持续性不足，存在着不同程度的间歇，对电网企业而言，电网调峰成本会上升，所以电网接纳绿色能源的积极性始终不高[2]。部分地区盆地低、海拔低、山峰高等所接收到的风能源和光能源少发电少，导致出现弃风光发电的现象，而且因为地理位置因素的影响至今无法改善。

产业结构调整难度大。矿物燃料在中国的比重很高，特别是煤。首先，自改革开放以来我国大力推进工业化生产，传统行业占比较大，相应的基础设施数量也增加，整改较难，而且煤炭利用率偏低。其次，作为发展中国家，工业和制造业还在高频发展，以钢铁、有色金属、水泥、化工等高耗能产业为主的地区所面临的调整难度大。再者，市面上出现的可再生能源的产业结构单一，且适用范围有限，尽管推广做到位，也难以取代传统行业。

技术创新困难大。低碳技术的创新与发展与产业转型息息相关，面对基础夯实的传统行业，刚起步的碳中和技术太过渺小。一方面，在低碳技术上进行革新，既要花费巨资，又要进行长期的科研，而且是否能研究出高效有利的技术仍是未知，因此在面对技术成熟的传统行业很少有企业愿意迈出这一步。另一方面，绿色技术薄弱，相关领域人才较少，部分大型企业响应国家的号召应用低碳技术，但由于投入高回报少，就只能应用一些低端技术，并不利于低碳技术的研究和发展。目前来看我国并未建立标准化的统一的绿色技术研发平台，导致相关信息获取的即时性滞后，拖慢了研发速度。国家给到的相应激励也不足，国家统计局数据显示，2020年对8个重点碳市场的试点调查中发现，碳市场的碳价基本保持在20～40元/吨的范围[2]。目前，我国的低碳经济发展还处于起步阶段，对于低碳技术的投入、研发、利用、发展等都是“双碳”目标下所面临的挑战。

2.2 “双碳”目标带来的机遇

虽然二氧化碳的排放总量在持续上升，但是其年增长率在逐年下降，2000～2009年的二氧化碳排放量年增长率为2.1%，CO2的年排放量在2010～2019年以1.3%的速度增长，加者，近三年一直处于疫情之中，各大企业并未持续运作，间接性减少了碳排放量，有利于我国在2030年前实现碳达峰。

政策鼓励。国家对发展低碳转型提出了有力政策，国家“十四五”计划强调要推动绿色低碳发展，在政策、资金上给予了大力支持。对于获得节能产品、能源管理体系等认证的企业给予相应的奖励，创建国家级绿色工厂等的项目给予相应的补贴。国家的支持，为创新商业模式创造了机遇，使环境行业从单纯依靠投资、施工为主的环境污染控制转变为以运维服务和高质量绩效为评价标准的环境治理。同时，各大公司也将加速发展新的环保发展策略，利用数码科技与数码服务来改变经营方式，重塑数字化商业生态，通过制度创新和技术创新，形成低碳、低成本的发展方式和绿色低碳投资合作方式[3]。

有一定的技术基础。我国光伏、风电和水电装机容量约为世界上最大装机容量的1/3。太阳能发电技术、核能技术、特高压发电技术等领域相对先进，光伏产业链已发展相对完整。新能源汽车已经步入大众生活，氢能源也应用在部分领域。虽然目前工业上并没有技术能够让电力、氢能取代化石能源，但事实上，国内、国外部分公司和科研机构已经在氢、电、煤等“混合型”领域取得了比较好的经验[4]。二氧化碳也是一种可利用的资源，学术界对固碳方式已经有不少的研究，主要分为六大类，一是促进植物的生长。二是将二氧化碳转变成化学物质和能量。三是在油田的驱气、驱气过程中，收集油田CO2气体。四、将CO2聚集起来，制作出碳化的混凝土。五是采集CO2，将其储存在岩层内。六是生物质燃料的利用，木材和稻草等的焚烧还田等。

推动低碳行业发展。 “双碳”的发展方向是工业的低碳转变和新工业的兴起。中国在可再生能源方面的从业人员在2020年已经达到了4百万，几乎占据了全世界这一行业的40%。在“双碳”时代，新能源与低碳技术的价值链将是优先发展的重点，而中国也可以利用这一契机，在更多的绿色经济领域创造更多的就业机会；促进各类节能技术，如新能源汽车和零碳钢铁、零碳水泥等新型脱碳化技术，促进低碳原材料的替代，通过改进生产技术，改善节能效果，建设新的零碳、低碳的产业体系。

3 “双碳”目标实现的路径

3.1 石油化工行业实现“双碳”目标的路径

我国2021年的碳排放总量中，仅仅是石化这一项，便超过了10%。所以想要实现“双碳”的目标，就必须要啃下石油化工这个硬骨头。石油化工的碳污染源主要分为化石能源的直接燃烧、工业生产过程的废气、企业采用电能和热能产生的间接污染及其供应链排放。

当中以化石能源和工业生产过程有关废气居多，占比近八成。对比钢材、混凝土等工业行业，石油化工产业的碳排放量总额较少，且碳排放强度偏高，能效水平接近全球先进水平。介于石化企业的独有特点，其转型过程大致可以规划出三个阶段，预计于2025年实现碳减排，五年时间达到碳达峰，利用三十年时间实现最终的碳中和。而石油化工企业可采用的主要减排措施则有低碳技术、零碳技术和负碳技术。

故在2025年之前发展低碳技术，2025年到2030年大力发展零碳技术，2030年到2060年发展负碳技术。低碳技术分有：智能化改善流程效率、工艺流程降碳、过程供热电动化和可再生能源供热、专用机械设备减少过程污染等。零碳技术既发展研究新兴太阳能、风电、地热能源、海水能、微生物能、核电等零碳发电技术和机械功率、热化工、电化工等存储方法，进行超高比例能源并网、特高压输电、先进直流供电、分布式能源等先进能源网络关键技术研发。发展可再生能源，如利用制氢、贮氢、运氢和用氢气的技术，以及低品位余热发电以及发展零碳非电能源技术。研究气体循环、氨能循环、垃圾循环处理、非含氟废气循环、能源再生循环及零碳原料、能源替代工艺。研究石油化工公司零碳产品过程再造工艺。减碳的重点是加强超临界流二氧化碳地质利用，生炭土修复，将林木、草场、沼泽地、海水、土地、冻土等生态碳汇的固碳技术。大致分为以下三个领域：碳负排技术：CCUS、超临界二氧化碳地质研究、生碳土修复；气候变化协同的负排放技术体系；生态系统碳汇：包括森林、海洋、草原、湿地等。

3.2 污水处理行业实现“双碳”目标的路径

在中国污水处理业的总碳排放量占据了中国社会整个碳排放量的百分之一以下，而甲烷和氧化亚氮排放量在中国整个社会排放量的占比都超过了百分之五以上，是中国非二氧化碳温室废气的重要污染源所在。其中，超临界二氧化碳主要是来自于污染物处理设备的能耗过程中，由水污染物自然降解而形成的超临界二氧化碳，则认定为是生源性碳排放；甲烷的吸附能力大部分来自于污水处理厌氧循环，包括管网、厌氧池、化便器、废水厌氧状态消化作用池等；氧化亚氮则大部分来自于污水处理流程的硝化反硝化阶段。所以，污水处理是属于是减少碳排放的合理方式的一种。目前，全国计算出的污水处理量确实很高，但污染物的收集利用率也很低，不少县城低于百分之五十，县城和乡镇出现大面积黑臭水体。进一步提高污泥的集中回收处理率，实行低碳污水处理，是污水处理企业为实现“双碳”工作的巨大努力。

污水低耗的降碳策略首先是重视污泥、垃圾，强调源头降碳。根据企业污泥处理流程，强调“节水即治污、节水即降碳”，重点采取工业生产园区内用水设备整合改造、工业企业污水分质再生处理等手段，降低企业污泥处理的治污低耗问题。根据城乡污水处理流程，坚决实施污泥应收尽收、有效运输、高效处置。采取污泥管网系统整治治理、污水处理技术提升、能源高效装置更新、自动化控制等多项综合手段，提升城乡污泥收集处置效率，同时降低温室废气的直接和间接污染。

不管是对已有的或新增污水处理设备，除强化管理能力之外，都要在技术上提升自动化操作技术水平，以形成有效精准的监测系统，通过监控污水和硝化液回流比、好氧曝气、水泥结构拌和、化学药剂投加等循环设备的操作，这样不但提升了管理效果，还可以减少能耗。比如，按照进水流率，控制硝化水回流比，不但可以稳定污水的水质指数，从而控制管理效果，还可以不过度提高回流比，从而达到减少能耗的效果；按照好氧池中溶解氧(DO)的含量，控制曝气量，以避免过量增氧，而曝气风机又是城市污水处理厂的功率很大的装置，因此管理得当，节约效益更加突出；在混凝池和加药池混合过程中，按照实验结果控制混合时间，避免过量混合，就可以达到减少能耗和资源损耗的效果。

其次要加强水生态系统修复，并进行末端固碳。当前中国部分地区江河湖泊等天然生态体系的受损现象明显，而在江河湖泊等水体环境中，需要遵循“保护为主，自然修复”的原则，减少过多的人为干涉，优先通过环境缓冲区建立、湿地修复与建设、生物多样性维护等针对性手段，逐步改善河道、湖泊、湿地、海域等的水体生态系统品质与性能，既可以提高江河湖泊的净化水平，也可以稳步提高水体生态系统的固碳水平。

3.3 交通运输行业实现“双碳”目标的路径

一个城市的交通容量大小与该城市的国土空间规划和布局有直接关系，而一个城市的大小对人们出行也有一定的影响。所以在一定程度上想要降低交通领域碳的排放量，就要从根本上减少居民不必要出行，缩短出行距离，降低人均碳排放量和排放强度。

在国土空间结构方面我们要不断优化国土空间结构，将老旧房升级改造，构建网格化、远近距离客运流动融合格局，合理利用国土空间。建设紧凑型城市，减少小轿车出行频率，倡导绿色出行。大力建造 15 min 的社区公共圈，这也是公共资源配置和社会治理不可或缺的一部分，实现 15 min 步行可达养老、医疗、教育等公共设施，不断引导居民出行方式向绿色低碳方式转变，减少小轿车等工具的使用率。

不同出行方式所造成的碳排放量是完全不同的，最高的是小汽车，最低的就是步行。因此，一座城市的碳排放量大小取决于人们日常出行的方式。所以在一定程度上引导城市居民出行方式转变极为重要。在日常生活中，除远距离外，选择慢行出行是最划算、最经济实惠并且耗能低。其中，步行是碳排放完全为零的方式。在城市整体结构规范化建设上，要逐渐建设慢性友好和绿色基础设施联动体系，扩大绿色交通基础设施，完善多种方式城市交通体系[5]，打通最后一公里末端需求。交通领域碳排放主要来源于石化燃料驱动的机动车，因此应将机动车能源转型作为交通领域碳减排的重要抓手。多种方式共同促进电动汽车、插电式混合动力汽车以及燃料电池汽车等零排放车辆(ZEV)的大规模应用，通过国家层面给予 ZEV 厂商及使用者更多资金补助和税收优惠，鼓励更多企业和个人使用ZEV。同时降低独乘小汽车、出租车比例，提高车辆的平均承载人数，降低机动车使用强度。

城市交通领域的碳中和本质上是一个交通能源变革和转型的过程，要实现交通领域碳中和首先应对机动车能源结构做出重大转变。由于我国机动车燃烧方式大部分都是使用燃油燃烧，这在一定程度上严重影响了我国的空气质量。因此，实现这一目标，需要制定机动车向电动车转变，减少或明确禁止销售燃油车。在优化能源结构的同时，我们也要不断寻找可替代能源，然而由于我国电力仍以火力发电为主，机动车电动化并非一劳永逸，解决能源结构问题才是实现碳中和的根本。 因此，未来应积极探索氢能、太阳能、风能、核能等替代能源，减少电能间接碳排放。

3.4 建筑行业实现“双碳”目标的路径

建筑节能是我们实现 2030 年“碳排放”达峰目标的一个重要方面，其贡献率也是高达50%。要实现建筑行业碳达峰和中和，首先要大幅度提升城市建筑物使用寿命，国外普遍建筑物使用寿命可达100-120年左右，而中国则普遍为50年左右，甚至更低。碳排放影响最大的一个因素就是拆迁重建，一般建筑物使用寿命越久，碳排放量就会越少。

其次，要不断坚持现有体制下的建筑节能改造力度，全面贯彻执行新建筑绿色标准。1986年以来，在上世纪 80 年代初普通住宅采暖能耗的基础上，建筑节能比例逐渐变为 30%、50%、65% 。 截至2019年，我国新建和已完成节能改造的建筑每年可实现节能近 3 亿吨标准煤，达到减少二氧化碳排放 7.4 亿吨的目标，大大减缓了建筑能耗总量的增长速度。近些年来，我国在现有的建筑节能改造标准下对完成节能目标起到了重要的作用。我们必须继续不断加大建筑节能改造和新建建筑绿色建筑标准实施的力度，将对降低建筑领域尤其是运行阶段的建筑节能降碳发挥重要作用。

提升生态碳汇能力是我们按期实现碳达峰碳中和目标的一个重要方面。要大力提升城市碳汇和固碳能力，不断加强城市整体绿化程度。相关数据表明，截至2020年，我国城市绿化覆盖面积率还不到 40%，因此，我们要在2030 使全国 70%的城市绿化面积覆盖率达到 40%以上，以 85%城市绿化上限作为目标，加大小区绿化和城市绿地面积，提高碳汇能力，还有很大潜力可挖。

4 结束语

中国“碳达峰”“碳中和”目标的提出对于我国各行业转型发展提出了更高的要求。如何能够在新形势下结合各行业形势和特点，合理设定“降碳”路径及采取相应措施，实现“双碳”背景下各行业高质量、可持续发展是我国面临的重大挑战。在现有的各行业发展现状的基础上，重点从石油化工、污水排放、交通、建筑等行业探讨低碳发展路径，为其他行业实现“碳中和”提供理论参考，也为中国各行业未来转型指明具体方向。