因约稿，通过学习拟成科普类小文章《“加减乘除求等式”答好“3060”双碳数学题》，已刊于《金陵科普》2022年第2期第22-25页，现转在这里。

“加减乘除求等式”答好“3060”双碳数学题

    “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”，“3060”双碳承诺是事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体的重大战略决策，也蕴藏着丰富的机遇。“碳达峰”是指通过一系列举措，二氧化碳排放量在某一时间拐点达到峰值，再由增转降并逐步回落，进入良性循环。“碳中和”是指一定时期内二氧化碳排放量与去除量达到“收支相抵”平衡状态，实现由高碳向零碳的动态迭代至净零排放。“双碳”已经成为当今的高频热词，我们来回答哲学终极三问：“我”是谁？“我”从哪里来？“我”到哪里去？然后再聊聊我们又该怎么做。

“我”是谁？

碳原子作为生命的基本元素，化学符号C，在太阳中含量3000ppm、在太平洋表面海水中含量23ppm、在地壳中含量4800ppm。这里谈的“我”主要指二氧化碳，化学式CO₂，化学式量44.01，在常温常压下是无色无味或无色无臭而其水溶液略有酸味的气体，比空气密度大，占大气总体积0.03%~0.04%，其化学性质不活泼，热稳定性很高，不能燃烧。低浓度二氧化碳无毒，高浓度二氧化碳会使动物中毒。

二氧化碳一般可由高温煅烧石灰石或由石灰石和稀盐酸反应制备，固态可用于冷藏易腐食品，液态可作致冷剂，气态可制造碳化软饮料，超临界态可作均相反应溶剂。

工业革命以来，人类向大气层排放了数万亿吨二氧化碳，因大气中二氧化碳能强烈吸收长波热辐射，对地面起保温作用，如同给地球盖了一个玻璃罩，让地球无法顺畅散热，形成温室效应，所以二氧化碳也叫温室气体。

温室效应导致全球气候变暖、极端天气频发、自然灾害增多，对生命系统形成威胁，妨碍人类文明进程。联合国政府间气候变化专业委员会（IPCC）2021年发布报告：自1850年以来，全球气温迅速上升，上升幅度超过1℃，而过去10万年升温最高时期（约6500年前）的增幅也仅有0.2~1.0℃。其中人类活动导致大气中二氧化碳浓度升高，导致气温迅速升高使全球变暖。……未来20年平均温升达到甚至超过1.5℃。除非立即、迅速和大规模进行碳减排，否则升温将无法控制在1.5℃或2℃以内。全球温升1.5℃时，热浪将增加，暖季将延长，冷季将缩短；全球温升2℃时，极端高温将更频繁，达到农业生产和人体健康的阈值。

当然“3060”双碳中的“我”还应该包括甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化合物、全氟碳化合物、六氟化硫等其他温室气体。

“我”从哪里来？

二氧化碳，“我”，在大气中的水平比过去65万年高了27%，通常由5个渠道产生：①有机物（包括动植物）的分解、发酵、腐烂、变质过程；②石油、石腊、煤炭、天然气的燃烧过程；③石油、煤炭的生产化工产品过程；④所有粪便、腐植酸的发酵、熟化过程；⑤所有动物的呼吸过程。

作为温室气体的“我”主要来自于工业化国家和快速发展中国家燃烧煤炭、石油等化石能源。发达国家90%以上碳排放量和75%温室气体总排放量归于能源生产和消费，大量发展中国家的温室气体主要来自于农业和土地使用及森林砍伐。

工业领域的能源消费占总能源消费70%以上，是碳排放主力军，特别是钢铁、有色、建材、石化、化工和电力等六大高耗能行业，其中供应给各行业的5个原材料行业碳排放占了工业碳排放的70%。化工厂是碳排放“高手”，排出的废气里二氧化碳比例可能高达80%。

建筑业是隐藏的碳排放“高手”，除建材生产外，还包括建筑采光、供暖与保温等，约占30%，如许多建筑直接通过燃烧获取能源的方式，转化效率低。

交通领域的碳排放约占10%，而汽车占其中的85%左右。

农业是非碳温室气体排放的主要来源，全球约30%的温室气体排放量归因于整个食物系统周期，特别是家畜养殖排放的甲烷和化肥释放的一氧化氮等。

家庭也是不可忽视的碳排放来源，据测算，1家4口全年净二氧化碳排放量可能达7吨，其中生活垃圾约占20%。

……

“我”到哪里去？

很多发达国家实现碳排放达峰是技术和经济发展的自然过程，并已实现碳排放和经济脱钩，虽然中国的煤炭比重已经降到了60%以下，太阳能、风能发电量实现了两位数增长，人工林年均增量和保存总面积分别占世界的53.2%和40%，但我国仍处于工业化中后期和新型城镇化快速发展阶段，发展经济、改善民生、治理污染等系列工作任务相当艰巨，能源偏煤、产业偏重、技术偏弱、效率偏低问题依然存在，能源消费结构“富煤贫油少气”的转型难度极大，仍处于碳排放增加阶段。

那么“我”要“到哪里去”呢？我国已总体明确了实现“3060”双碳时间表、路线图，提出了“构建绿色低碳循环经济体系、提升能源利用效率、提高非化石能源消费比重、降低二氧化碳排放水平、提升生态系统碳汇能力”等主要目标，各地需要依据资源禀赋和城市特质制定施工图，在“碳中和”愿景的约束下确定各行各业的碳达峰时间与峰值水平，践行实现“3060”双碳的承诺。这里从“加减乘除求等式”来谈谈“我”能“到哪里去”。

（1）多能互补做“加法”：“双碳”的深层次问题是能源问题，能源转型是实现“3060”双碳的根本保障，因此要在新能源安全可靠基础上，稳妥有序退出化石能源，充分挖掘新增绿色能源投资需求，采用“多能互补”做好“加法”。

①清洁高效利用碳基能源。抓好碳基能源（如煤炭）的清洁高效利用，加速能源转型，发展煤基特种燃料、煤制纳米金刚石材料、煤基生物可降解材料等。

②开发碳足迹小的新能源。稳步发展“风光无限”风电场、“活力无穷”太阳能光伏等，有序发展光能源、硅能源、氢能源、可再生能源，加快发展有规模有效益的风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等清洁能源，统筹水电开发和生态保护，安全发展核电。

③提高多能互补消纳能力。建设源网荷储一体化的多能互补智慧能源网络系统，实现电网削峰填谷，解决新能源发电的间歇性、波动性问题，提高新能源互补消纳能力。

（2）三环发力做“减法”：实现“3060”双碳需要在碳减排、碳封存、碳利用等三个关键环节有序发力，做好“减法”。

①碳减排。“双碳”的关键是转变生产方式和生活方式，降低二氧化碳排放量。绿色生产方式包括改变能源消费结构与重塑经济结构，加速推进节能降耗和绿色发展，优化特色产业集群零碳产业园及绿色工厂的建设技术和建设模式，提高工业、建筑等高耗能行业的能源利用率。绿色生活方式倡导简约适度、绿色低碳、文明健康，通过减排（可买可不买的生活用品不买、少用一次性用品）、减污（节约用水、做好生活垃圾分类处理）、减负（节约用电、尽量自备购物袋）、减速（短途出行尽量步行、骑自行车或乘公共交通）等。

②碳封存。这指的是碳捕集与封存，也叫固碳，包括生物固碳和物理固碳。生物固碳是利用绿色植物光合作用捕集并吸收储存大气中的二氧化碳，将其转化为碳水化合物，固定在植物体内或土壤里，森林“碳库”的碳汇能力很强，据估算1公顷阔叶林1天能消纳约1000千克的二氧化碳,并释放370千克氧气（成人1天呼吸约需0.73千克氧气），另外覆盖地球表面约70%的海洋的碳汇能力甚至比陆地强，其中红树林、海草床和盐沼等就有很强的固碳能力，因此要充分发挥陆地生态系统与海岸带生态系统的陆海统筹碳汇能力。物理固碳是在高耗能工厂的排气烟囱上加装吸附装置捕集二氧化碳或直接过滤捕集大气中的二氧化碳，并将其通过罐车、船舶或管道输送至已开采过的油气井、煤层或深海底进行安全永久封存，另外干旱半干旱碱性土壤中的钙离子与大气中二氧化碳经降水淋浴可形成碳酸钙而沉淀固定。

③碳利用。不应局限地认为仅需要摈弃二氧化碳“减法”后面的“废物”，而应该将其转化成为有用的“资源”，如将吸附捕集和过滤捕集的二氧化碳，通过生物转化过程进行提纯，加大生产食品、饲料或肥料等资源化利用力度，产生经济效益。

（3）双轮驱动做“乘法”：通过“基础研究”和“技术创新”的双轮驱动，发挥科技创新的“乘法”效应，助力高水平“双碳”科技自立自强，迎接绿色技术贸易壁垒的冲击，打破出口产品可能被征收碳关税的“碳壁垒”。

①激励“碳中和”基础研究。培养颠覆性碳中和创新意识，开展燃煤智能高效发电、可再生能源、电化学储能与有机储能、催化制氢、直接空气中捕集二氧化碳、生态碳汇等共性前沿、原理机理的基础研究，为“3060”双碳提供突破性关键核心技术支撑。

② 强化“碳手印”技术创新。实施零碳电力、零碳非电能源、储能与智能电网的技术创新，研究二氧化碳捕集与原位催化转化耦合系统集成与过程强化工艺，开展绿色零碳流程智能化重塑等工程化应用示范场景设计，扩大技术“碳手印”促进减少“碳足迹”，提高生产要素投入效率；倒逼钢铁、有色、石化、化工、建材等高碳行业的优化升级，做优存量、做大增量，加快发展资源消耗少、综合效益高、成长潜力大的智能装备、机器人、新能源汽车等知识技术密集的战略性新兴产业、高端制造业以及与制造业相匹配的现代服务业。

（4）双管齐下做“除法”：通过绿色低碳服务体系变革与城市治理数字化转型的“双管齐下”，破除“3060”双碳实现过程可能的体系障碍或繁琐流程，做好“除法”。

①绿色低碳服务体系变革。在法律框架下深化“放管服”深刻而系统的改革，构建 “双碳”目标完善的绿色低碳（1+N）政策法规体系及科学的能耗考核体系，促进能源系统形态变革；针对生态产品“难度量、难抵押、难交易、难变现”，推动能调节碳排放成本的碳税和碳排放权交易立法，赋予“碳资产”的市场价值和流动性，建立碳计量、碳管理、碳交易体系，通过碳汇交易激发各类市场主体的内生动力和创新活力，探索生态资源规模化整合、生态产品价值化实现、绿色生活大众化推广的路径。

②城市治理数字化转型。集成建设“城市大脑”及“城市神经系统”，强化城市治理数字化流程再造，完善城市“一网通办”工作机制和技术平台，融合数字化碳排放权交易市场系统建设，按照“统一、规范、唯一”规则汇聚并确保“双碳”数据可追溯、可定位，打造新能源融通业务“一网通办+上门服务”等综合服务模式和项目联审平台；统筹城市更新与韧性城市、海绵城市等“生命线”工程，建设基于数字城市的智能电网和微电网接网服务，解析工业企业、公共建筑、农业农村等客户的用电特征，聚合客户侧、储能、分布式电源等可调节负荷资源，保障能源网络供需稳定，促进清洁、低碳、安全、高效的能源利用。

（5）多措并举“求等式”：经济增长和碳排放通常呈现正向线性相关关系，需要处理好发展和减排、整体和局部、短期和长远、政府和市场等关系，统筹好制度与路径、减碳与安全、产业与技术、成本与收益等多重目标、多重约束的“加减乘除”措施，鼓励经济高效、绿色智慧、多元灵活的低碳产业和能源实体化项目，坚持“存入绿水青山”“取出金山银山”思维，尽快碳达峰，优化实现技术“碳手印”的正向效应等于或大于能源消耗及多重碳排放的负向效应，锁定目标“碳中和”求取“等式”。

我们怎么做？

面对“3060”双碳目标承诺，我们要秉持“低碳”“零碳”“负碳”理念，激励全社会从“要我低碳”向“我要低碳”转变，通过助跑加速、奋力跃起推进“3060”双碳进程，但也要警惕“双碳”盲动和异化，防止“碳冲锋”和“运动式减碳”，要确定哪些是“我们不能做的”、哪些是“我们能做的”，迎接“加减乘除求等式”数学题的“3060”双碳目标大考，改善人与自然的和谐平衡，为地球争取时间。

①不能“搞一刀切”层层分解。不能简单化分解碳排放指标，不能开展内卷式的碳中和竞赛，而要直面碳减排可能呈现先增后减的路径轨迹，要有统筹东中西部地区和国内外的“一盘棋”思维，要依据地区资源禀赋确定适合的施工图，积极参与和引领全球气候治理，抢占“双碳”国际技术经济竞争制高点。

②不能“无米之炊”只减不加。减排不是减生产力，不能为了减碳而采取急刹车、急转弯的粗暴式拉闸限电或简单化高耗能项目关停，不能乱作为将新增可再生能源和原料用能纳入能源消费总量控制，要注意降低的是单位GDP能耗，要有“系统关联”思维，综合运用数量管理和质量管理，开展多能互补做“加法”，安全降碳，奏响奏好“双碳”协奏曲。

③不能“搭便车”等待观望。不能有得过且过“裹足不前”的侥幸心理，不能把压力全部留给下一阶段，而要“脚踏实地”秉持绿色生产方式，持续深化工业、交通、建筑等重点领域的低碳行动，提高资源利用效率，发挥减少资源消耗和降碳的协同效应，发展循环经济。

④不能“打擦边球”上马“两高”。不能在碳达峰前的排放空间盲目上马“高耗能高排放”的低水平项目，而要树立“功成不必在我，功成必定有我”的观念，坚持绿色生态发展模式，防控风险，要防止森林砍伐、湿地污染、草原退化而造成碳泄漏，要种树护绿储备“生态银行”，持续开展“加减乘除”碳达峰、“求取等式”碳中和。

⑤不能“攀高峰”空喊口号。不能冒进设定脱离实际的过高目标，而要实现绿色生产、绿色生活、绿色生态的“三生”和谐共融，采取有效措施控制化石能源消费，稳步推动煤炭消费尽早碳达峰，努力确保建筑行业先行碳达峰时间，举手之劳参与生活碳减排，久久为功力求碳中和，为“3060”双碳贡献力量。