龔劍明 余和軍 段曉男 曲建升 曾靜靜 張辰
1 中國科學院 學部工作局 北京 100190
2 中國科學院 科技促進發(fā)展局 北京 100864
3 中國科學院成都文獻情報中心 成都 610299
4 中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 蘭州 730000
我國力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和,是黨中央作出的重大戰(zhàn)略決策,事關中華民族永續(xù)發(fā)展和構建人類命運共同體,涉及社會生產生活重大變革,需要科技創(chuàng)新和技術發(fā)展提供有力支撐。我國在實現碳達峰、碳中和(以下簡稱“雙碳”)過程中面臨著多重挑戰(zhàn):① 需要在不到40年的時間內,完成“雙碳”目標,實現時間緊;② 需要完成的中和減排近80%,在技術難度和減排規(guī)模上是全世界絕無僅有的;③ 我國有著經濟高質量發(fā)展和人民生活水平提高的迫切需求,面臨著生活水平提高和能源需求限制的矛盾。當前,我國“雙碳”科技攻關事業(yè)正處于難得的蓬勃發(fā)展機遇期,需要審視國家“雙碳”科技的發(fā)展需求,立足中國科學院學部的智庫資源優(yōu)勢,梳理管理策略和對策,總結經驗與規(guī)律,有助于加快統籌全國力量,盡快形成面向“雙碳”目標的技術研發(fā)體系。
中國科學院作為國家戰(zhàn)略科技力量的主力軍,堅持以國家戰(zhàn)略需求為導向,著力解決影響制約國家發(fā)展和長遠利益的重大科技問題。為服務黨和國家有關“雙碳”的重大決策部署,中國科學院學部工作局于2021 年2 月啟動中國科學院學部“中國碳中和框架路線圖研究”重大咨詢項目(以下簡稱“碳中和”咨詢項目),組織上百位院士專家,從排放、固碳、政策三大方面,設立9 個研究專題,著重就實現“雙碳”目標所需的主要技術清單,以及如何形成我國自立自強、完整高效的技術研發(fā)體系開展前瞻性、系統性的戰(zhàn)略研究。
與常規(guī)咨詢項目相比,“碳中和”咨詢項目在管理組織過程中,發(fā)揮了中國科學院學部建制化智庫資源優(yōu)勢,形成了協同推進的組織模式,將研究與咨詢有機結合,實現了多元化成果推介與展現方式。因此,文章以“碳中和”咨詢項目案例,基于結構化和關鍵因素視角,圍繞實施組織過程中關鍵科學問題凝練、學部智庫資源運用、研究組織形式、研究方法范式和成果推介展現五大因素,對“碳中和”咨詢項目進行論述剖析,以期為我國碳中和的科技研發(fā)、科學組織管理的實踐應用提供參考。
“碳中和”咨詢項目著眼于“雙碳”目標的國家重大戰(zhàn)略需求,統籌考慮資源稟賦、發(fā)展階段、科技態(tài)勢、技術適應性及近中遠期目標等因素,聚焦我國實現“雙碳”目標所涉及的基本科學邏輯和關鍵的工程技術問題,開展前瞻性的戰(zhàn)略研究。通過回答以下4 個問題,凝練分析其解決方案,提出我國分階段、分行業(yè)的“碳中和”發(fā)展路線圖及相關政策建議。
(1)我國實現“雙碳”目標需要構建怎樣的發(fā)力體系。作為最大的發(fā)展中國家,我國需要在相對較短的時期內實現全球規(guī)模最大的碳減排。實現這一宏偉目標,面臨能源轉型的緊迫性與經濟性權衡、能源體系的顛覆性創(chuàng)新、能源需求增長的碳鎖定效應等多重挑戰(zhàn)[1]①莊貴陽. 我國實現“雙碳”目標面臨的挑戰(zhàn)及對策. (2022-03-04)[2023-06-20]. http://stdaily.com/cehua/Mar4th/202203/7d2b473b7bd443c1b0edff147c6c47dd.shtml.。2019年,我國二氧化碳排放量為101.7億噸,約為全球總排放量的28%[1]。這樣較高的排放量主要由我國人口總量、經濟總量、產業(yè)結構,以及與之相關的能源消費量和能源消費結構等因素所決定。如何以較少的成本和代價,在保障我國自身發(fā)展權益的同時,構建具有可操作性的“碳中和”發(fā)展路線圖,是我國“雙碳”戰(zhàn)略政策亟須解決的關鍵問題[2]。
(2)如何構建適應“雙碳”目標的新型電力系統。實現“雙碳”目標,需將能源供應體系從以煤為主逐漸轉型為以風、光、水、核、地熱等可再生能源和非碳基能源為主。2020 年,我國總發(fā)電量為7.6 萬億千瓦時,非碳發(fā)電占比為33%;2030年,預計我國總發(fā)電量為10.0 萬億千瓦時,非碳發(fā)電占比要達到46%;2060 年,我國總發(fā)電量將達15.5 萬億千瓦時,非碳發(fā)電占比要達到85%,比2020年翻一番。在此過程中需要推動發(fā)電技術、儲能技術和輸配電技術3 方面的共同進步。這一過程的逐漸實現,將立竿見影地降低我國的碳排放量。
(3)如何實現消費端的低碳化與非碳化轉型。目前,我國一次能源消費量約為50億噸標準煤,其中煤炭、石油和天然氣合計占比約85%,其他非碳能源占比僅為15%。當前,以化石能源為主的能源消費體系排放了大量的二氧化碳,主要集中在工業(yè)、交通、建筑業(yè)、農業(yè)等部門。根據我國能源資源稟賦,為實現“雙碳”目標需要在能源結構方面建立清潔高效的能源體系,將非化石能源結構占比提升至80%;需要在技術減排方面實現重點行業(yè)和領域低碳關鍵核心技術的重大突破;需要在消費端方面形成綠色可持續(xù)的消費體系。
(4)我國碳固存技術的發(fā)力方向和重點內容是什么。不論能源供應端和消費端如何發(fā)展,在技術上達到絕對零碳排放是不可能的,還會剩下25億—30億噸碳排放。因此,要通過碳固存技術加強固定額外排放到大氣中的碳,如生態(tài)系統的保育與修復、捕集二氧化碳并將其加工成工業(yè)產品或封埋于地下及海底,如此才能實現排放出來的碳在短時間內被吸收或封存,如期實現“雙碳”目標。
實現“雙碳”目標,需要以科技創(chuàng)新和機制創(chuàng)新為驅動,以關鍵科學問題為牽引,以技術需求清單為突破口?!半p碳”研究工作涉及能源、工業(yè)、電力、生態(tài)環(huán)境等多個領域,組建由多學科、跨單位的研究人員形成大科學模式的研究組織是實現“雙碳”科技創(chuàng)新和機制創(chuàng)新的重要抓手。
2021年2月,中國科學院學部工作局統籌全院優(yōu)勢力量啟動了“碳中和”咨詢項目,充分發(fā)揮中國科學院學部智庫資源優(yōu)勢,由地學領域專家、全國人大常委會副委員長丁仲禮院士,能源領域專家、中國科學院副院長張濤院士,以及時任分管中國科學院學部工作的副院長高鴻鈞院士負責協調,組織來自中國科學院地學部、生命科學和醫(yī)學學部、技術科學部、數學物理學部和化學部的100余位院士和專家參與。院士專家一致認為,應當形成一套“電力端+消費端+固碳端”三端發(fā)力體系,開展有關“控碳—減碳—低碳—中和”的四步走“碳中和”發(fā)展路線圖研究,并將三端發(fā)力體系按照排放、固碳、政策3個維度拆解,聚焦技術清單和政策需求,設計相關研究課題(圖1)。
圖1 “雙碳”目標路線圖架構Figure 1 Framework of dual carbon roadmap
(1)新型電力供應系統的技術需求清單研究。從風光熱發(fā)電技術、穩(wěn)定電源、多能互補、電網基礎設施等多方面入手,圍繞構建新型電力系統中的發(fā)電、儲能、轉化、消納和輸出等環(huán)節(jié),凝練主要技術需求清單。參研人員由來自中國科學院大連化學物理研究所、中國科學院電工研究所等單位的院士、專家組成。
(2)能源消費領域的技術需求清單研究。消費端三大排放部門即工業(yè)、交通、建筑,其中工業(yè)部門聚焦鋼鐵、建材、化工、有色四大行業(yè)。圍繞上述部門與行業(yè),提出一套支撐非碳能源發(fā)電、制氫,再用電力、氫能替代煤、油、氣用于工業(yè)、交通和建筑等部門,從而實現消費端低碳化和非碳化的技術需求清單。參研人員由來自中國科學院過程工程研究所、中國科學院大連化學物理研究所等單位的院士、專家組成。
(3)固碳領域的技術需求清單研究。主要探索生態(tài)固碳,碳捕集、封存與利用(CCUS)等主要負排放技術清單。此外,實現“雙碳”目標勢必會牽涉到碳排放和碳固定方面的監(jiān)測、計量等技術,為此設立碳收支核查評估課題,用于支撐評估我國未來的碳收支發(fā)展趨勢。參研人員由來自中國科學院青藏高原研究所、中國科學院植物研究所、中國科學院地理科學與資源研究所、中國科學院武漢巖土力學研究所等單位的院士、專家組成。
(4)碳排放歷史趨勢與現狀評估。要實現碳中和,需兼顧技術水平、產業(yè)體系及社會發(fā)展階段。先發(fā)國家經過工業(yè)革命以來的發(fā)展,已完成城市化、工業(yè)化等進程,實現了高排放行業(yè)的向外轉移[3]。因此,需對碳排放的歷史趨勢與現狀進行國際對比,并對我國碳排放的來源進行行業(yè)層面的比較。為此,“碳中和”咨詢項目設計相關軟課題,分別由項目總牽頭專家丁仲禮院士及來自北京理工大學、中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院等單位的專家牽頭,中國科學院全院政策研究與戰(zhàn)略情報研究力量全程參與項目研究工作。
基于以上思想與參研專家安排,“碳中和”咨詢項目聚焦“雙碳”關鍵技術需求,圍繞9 項專題任務開展多學科協同研究(圖2),較好地支撐了研究任務的順利實施。
圖2 “碳中和”咨詢項目設置框架Figure 2 Framework of major consultancy project of carbon neutrality
實現了以集中領導、統一協調、分工協作、責任明確的原則進行項目全過程管理。項目組成員包括中國科學院院士和來自不同領域的100 余位知名專家與中青年優(yōu)秀學者組成。為確保項目的有序高效推進,項目組召開了啟動會、專題研討會、中期匯報會、成果凝練會等30 余次項目組全體會議。3 位牽頭院士高度重視且緊密合作,在學科專業(yè)領域協作互補。丁仲禮院士在綜合各方意見基礎上執(zhí)筆撰寫咨詢報告,張濤院士對報告認真審核把關,高鴻鈞院士負責溝通協調聽取各方意見建議。3 位院士在推動咨詢成果學術化與科普化上發(fā)揮了重要的學術與社會影響力。此外,項目組全體研究人員分工協作,責任落實到人,協同攻關研究,制定了工作組織協調制度,加強跨部門、跨學科的資源共用、成果共享的交流互助機制的建立,最大限度地發(fā)揮科研資源潛力,促進項目各參加單位之間的合作攻關研究。項目組成員在研究過程中開展跨學科、跨領域的研究探討,彼此優(yōu)勢互補,確保了“碳中和”咨詢項目研究成果的高質量和基礎數據的準確性。
“雙碳”涉及能源、工業(yè)、交通,以及生態(tài)系統碳匯、工程碳匯等諸多領域,需要進行跨領域的知識與科學觀點的綜合交叉,著力突破技術瓶頸[4,5]。項目組高度重視跨領域、跨學科的學術交流研討,組織并開展了包括與中國科學院學部其他咨詢評議項目的交流、中外知名專家的經驗分享等活動。針對實現“雙碳”目標涉及的主要問題,項目組和各課題組通過實地考察、走訪座談政府部門、企業(yè)機構、行業(yè)協會及相關專家等多種形式,開展了深入的調研工作,獲取了大量寶貴的數據資料。
在研究過程中,意見征求可以獲取不同領域專家的反饋和建議,進而加深對研究問題的認識和理解,避免因個人偏見、知識盲區(qū)或方法不當等原因導致的錯誤或偏差。為保證項目咨詢建議報告的科學性、權威性,項目組開展了多輪意見征集工作,充分咨詢相關部門和行業(yè)專家的意見,并將相關反饋意見經整體梳理后吸收納入項目咨詢建議報告。針對重要的外部專家意見,項目組及時召開課題組長工作會議、工作組擴大會議等,討論修改并完善研究工作。在研究過程中,征求外部意見、邀請外部專家參加研討等成為研究工作的常態(tài),這種開放的方法對提高研究的可信度、問題的針對性、成果的有效性都起到了關鍵的作用。
“碳中和”咨詢項目圍繞“雙碳”目標的科技需求,提出以問題為導向的研究思路。項目研究從排放、固碳、政策3個角度考慮。①在排放角度,重點解決以下4 個問題:在不同時間節(jié)點我國居民生活、工業(yè)、建筑、交通等重點領域的能源需求,以及全社會能源總需求是多少;需要一個什么樣的新型能源供應系統(尤其是電力供應系統),如何逐步增加非碳能源利用比重(特別是風、光、水、地熱、核等能源);不可替代化石能源的碳排放來自何處、來自什么行業(yè)、總量有多少;如何實現非碳能源技術有序發(fā)展和迭代。②在固碳角度,重點解決以下4 個問題:測算我國生態(tài)系統現階段固碳能力;預測我國陸地生態(tài)系統未來固碳的潛力;碳捕集利用工程封存技術評估;青藏高原率先達標示范區(qū)建設研究。③在政策角度,重點回答如何制定政策推動非碳技術和生態(tài)建設,以提升減碳和固碳能力。“碳中和”咨詢項目全面地開展針對性的研究工作,圍繞以上三端分9 個專題提出科技層面的應對措施和政策機制層面的建議。
項目組通過實地考察走訪等方式獲得了大量的數據資料。同時,各課題組依托自身的專業(yè)情況開展了實地調研工作,獲取了“雙碳”相關數據。在此基礎上,進行數據分析和總結,尋求問題的關鍵點和研究線索。以數據為支撐的研究方法,為項目研究過程和成果的科學性、合理性奠定了堅實的基礎。
“碳中和”咨詢項目研究成員來自能源、化工、地學、生態(tài)學等學科領域,為保證跨領域、跨學科研究的實施,項目組分別針對“雙碳”技術體系及其涉及的焦點問題多次召開討論會,形成有效的跨領域、跨學科的學術思想碰撞交流,確保“碳中和”咨詢項目研究結論的全面性、客觀性。針對“碳中和”咨詢項目提出的“控碳—減碳—低碳—中和”的“碳中和”發(fā)展路線圖,項目組還組織多課題組集中研究,扎實利用多學科聯合工作和開放討論機制,保證了“碳中和”發(fā)展路線圖研究的針對性和可操作性。
依托“碳中和”咨詢項目的研究工作,形成了覆蓋全面、重點突出、分析深入、具有引領性的系統性研究成果,并第一時間報送相關部門,產生了廣泛影響。根據各層級“雙碳”戰(zhàn)略決策的緊迫需求,項目組積極主動服務部委和省級行政區(qū)的決策和行動,并著力將咨詢研究成果進行科普,通過多種方式開展“雙碳”知識向社會面的傳播工作。
“碳中和”咨詢項目從“全國一盤棋”的高度,基于系統性布局,提出了“雙碳”關鍵技術需求清單。此后,中國科學院所屬各研究所奮勇當先,攻關突破各種綠色低碳技術。例如,中國科學院大連化學物理研究所的大容量儲能全釩液流電池、液態(tài)陽光甲醇技術,中國科學院過程工程研究所的二氧化碳制碳酸酯技術,中國科學院武漢巖土力學研究所二氧化碳地質利用與封存(CGUS)技術等,均取得了突破性進展,部分已經進入工業(yè)中試階段。
此外,項目組專家結合資源稟賦和技術現狀,遴選出一批代表性示范區(qū),開展先行先試,以驗證“雙碳”相關應用技術并示范集成。重點打造以下3 個示范區(qū):①榆林能源革命創(chuàng)新示范區(qū),立足榆林煤、油、氣、風、光資源優(yōu)勢,在煤炭開采、轉化、燃燒與供熱等領域推進技術升級和融合示范;②山東綠色低碳高質量發(fā)展先行區(qū),以風光發(fā)電為重點,以多種其他能源等為補充,實現多能融合協同發(fā)展,推進以儲能為紐帶,打造清潔電力和火電于一體的智能化供電示范[4];③青藏高碳中和貢獻先行綜合示范區(qū),通過生態(tài)系統恢復、草地退化修復、天然林保護,實現由源到匯的轉變,挖掘生態(tài)系統固碳增匯潛力,依托豐富的水、光、風、熱能資源稟賦,建設國家重要的新型能源產業(yè)基地[5]。
基于“碳中和”咨詢項目研究成果,項目組于2022 年9 月出版了專著《碳中和:邏輯體系與技術需求》,并入選了中宣部2022 年主題出版重點出版物。專著基于碳中和的基本邏輯,重點圍繞我國實現“雙碳”目標需要研發(fā)什么樣的技術體系,系統性列出電力供應系統、能源消費系統、生態(tài)和人為固碳系統的技術需求清單,詳細地闡述了三端發(fā)力體系——電力端低碳技術、能源消費端低碳技術、固碳端的生態(tài)系統固碳增匯技術,以及碳排放與碳固定核查評估技術的發(fā)展現狀與未來前景。專著從國家戰(zhàn)略層面、體現國家意志的使命和視野,以院士、專家們的專業(yè)研究為依托,以向黨中央、國務院提交的兼具專業(yè)性、前瞻性、準確性和實效性的高質量、有重要參考價值的咨詢報告為基礎,推動與國家重大決策部署有關成果的傳播與落地。
項目組立足于“碳中和”咨詢項目,著力為中國科學院科技支撐“雙碳”行動計劃編制提供決策咨詢。中國科學院按照習近平總書記提出的“四個率先”和“兩加快一努力”要求,分析實現“雙碳”目標的新形勢、新挑戰(zhàn)和新方向,進一步強化國家戰(zhàn)略科技力量主力軍作為國家隊、國家人的使命擔當,于2022 年3 月啟動實施了“中國科學院科技支撐碳達峰碳中和戰(zhàn)略行動計劃”?!疤贾泻汀弊稍冺椖拷M院士、專家參與了該行動計劃的研討與凝練,“碳中和”咨詢項目研究成果為“雙碳”實現路徑、降碳固碳原理、減排增匯關鍵工藝裝備、源匯監(jiān)測核算問題提供重要的參考與支撐[2]。
“碳中和”咨詢項目組高度重視宣傳和科普工作,通過電視專訪、報刊報道、網絡傳播、科普電視片拍攝等多渠道,全方位對研究成果進行宣傳。相關微信文章累計達900余篇,閱讀量達30余萬人次,網絡視頻獲200 余萬次播放量。在國內重大宣傳活動方面,2021 年5 月底,丁仲禮院士代表項目組在中國科學院第二十次院士大會學術年會上介紹了“碳中和”咨詢項目進展情況,并通過新華網等媒體向社會直播。2021年9月26日,丁仲禮院士依托“碳中和”咨詢項目研究成果,在中關村論壇“碳達峰碳中和科技論壇”作主旨報告,極大提高了研究成果的影響力。
為推動“碳中和”咨詢項目咨詢成果科普化、大眾化,項目組聯合中央電視臺科教頻道《透視新科技》欄目,策劃推出《邁向碳中和》系列電視片,制作《三端發(fā)力》《綠色能源》《降碳路線圖》《固碳總動員》共4 集電視片。為此,成立了由“碳中和”咨詢項目組院士專家及相關牽頭單位負責人組成的專家指導組,由中國科學院學部工作局聯合中國科學院科學傳播局、前沿科學與教育局、重大科技任務局、科技促進發(fā)展局等部門,以及中國科學院成都文獻情報中心、中國科學報社等參與單位成立工作專班,全力推進節(jié)目制作?!哆~向碳中和》系列電視片已于2023年3月4—11日在中央電視臺科教頻道播出,并在央視網、騰訊網、新浪網、搜狐網、新浪微博和微信公眾平臺等融媒體同步報道播出,播出1周內獲近10萬次播放量及近百篇新聞報道稿。該片以專家訪談為主線,結合生動案例和故事化呈現手段,深入淺出地解讀碳中和的邏輯體系與實現路徑,從多方位、多角度詮釋了“碳中和”咨詢項目研究的理念與成果,助力公眾理解碳達峰、碳中和,從而積極參與到碳中和行動中。
“雙碳”相關工作關乎經濟社會的重大轉型,涉及多個層級、多個環(huán)節(jié)和多個領域,呈現出地域性、聯動性、跨期性和系統性特征。需要在黨和政府的堅強領導下,發(fā)揮出“全國一盤棋”的體制性優(yōu)勢。鑒于“雙碳”相關工作的多學科交叉屬性特征,在“碳中和”咨詢項目實施過程中,總結出如下6點啟示。
(1)以科技支撐“雙碳”為目標,加強對碳中和基礎研究前瞻性、系統性布局需求的支持?;A研究處于從研究到應用、再到生產的科研鏈條起始端,要堅持“四個面向”,堅持目標導向和自由探索,要強化國家戰(zhàn)略科技力量,有組織推進戰(zhàn)略導向的體系化基礎研究、前沿導向的探索性基礎研究、市場導向的應用性基礎研究。
(2)厘清“雙碳”目標的科學屬性與基本邏輯至關重要。應當著眼于“雙碳”目標的國家重大戰(zhàn)略需求,統籌遵循“雙碳”相關科學發(fā)展規(guī)律提出的前沿問題和重大應用研究中抽象出的理論問題,聚焦我國實現“雙碳”目標所涉及的基本科學邏輯和關鍵的工程技術問題,兼顧資源稟賦、發(fā)展階段、科技態(tài)勢、技術適應性以及近中遠期目標等因素,凝練“雙碳”目標下的關鍵科學問題。
(3)多學科協同組織與開放交流合作是推進碳中和科技工作的重要手段。鑒于“雙碳”目標涉及經濟社會諸多部門,在“雙碳”相關的科技攻關任務中,開展跨學科、跨領域的任務協同與聯合攻關非常重要,多學科相互支持、優(yōu)勢互補,可確保攻關任務從設計、實施到產出各環(huán)節(jié)工作的系統性和準確性。同時,堅持開放的交流合作機制對碳中和相關研發(fā)工作也具有重要的意義。
(4)“雙碳”目標及“碳中和”發(fā)展路線圖的制定需要始終強化數據的有力支撐?!半p碳”目標涉及問題復雜、系統性要求高,且其相關政策制定所需數據來源渠道多、標準不統一、動態(tài)變化快。一方面,要以數據驅動作為決策支撐,不斷提高決策的前瞻性和科學性;另一方面,也要關注數據不確定性并不斷提高動態(tài)決策的全面性、系統性和準確性。
(5)需要重視碳中和科學觀點對社會面的正確引導。“雙碳”目標是一項復雜的系統工程,并關乎經濟社會的很多方面。積極開展“雙碳”目標相關政策與科學觀點向公眾的傳播,可避免公眾對碳中和片面或偏差的認識,增強社會面對相關政策、行動或倡議的理解與參與程度。
(6)需要重視推進“雙碳”目標相關技術的應用示范。開展“雙碳”目標相關科技成果的應用示范,有助于“先立后破”地推動相關概念的普及與技術的轉化應用。通過有序開展“雙碳”目標相關技術應用的綜合示范,將為系統性的技術設計、積極穩(wěn)妥地推進降碳步驟等提供數據、經驗及科學共識等方面的支持,進而助力“雙碳”目標的實現。
致謝中國科學院學部“中國碳中和框架路線圖研究”重大咨詢項目得到了中國科學院前沿科學與教育局、重大科技任務局、科技促進發(fā)展局、科學傳播局和學部工作局等部門有關同事的大力支持,本文相關分析工作亦得到“碳中和”咨詢項目組團隊與專家的支持。