陳 浮，于昊辰，卞正富，尹登玉

(1.中國礦業(yè)大學 江蘇省煤基溫室氣體減排與資源化利用重點實驗室，江蘇 徐州 221008; 2.中國礦業(yè)大學 公共管理學院，江蘇 徐州 221116; 3.中國礦業(yè)大學 低碳能源研究院，江蘇 徐州 221008)

全球氣候變化被視為21世紀人類社會面臨的巨大挑戰(zhàn)之一[1],它不僅關乎人類的生存環(huán)境變化，更涉及全球經濟和地緣政治格局[2]。面對日益嚴峻的氣候形勢，2016年《巴黎協(xié)定》提出將全球溫升控制在比工業(yè)化前水平高2 ℃的范圍內，并盡最大努力限制在1.5 ℃左右[3]。但無論是控制在1.5 ℃還是2.0 ℃，全球剩余碳排放空間和碳達峰時間均非常有限[4-5]。2019年全球能源碳排放量達331億t，處于歷史高位[6]，亟待采取積極措施促使溫室氣體實現“凈零排放”，即人為移除與人為排放之間實現平衡，也稱為“碳中和(Carbon Neutrality)”[7-8]?？梢?，碳中和對于改善生態(tài)環(huán)境、應對氣候變化、助推高質量發(fā)展具有重要意義。當下各國對碳中和的呼聲越來越高[9]，截至2020年10月，全球127個國家或地區(qū)已相繼提出各自的碳中和目標[10]，其余國家也紛紛為限制或禁止煤炭發(fā)電設定時間表[11]。

2020-09-22，習總書記在第75屆聯(lián)合國大會提出，中國確保2030年前CO2排放達峰，力爭2060年前實現碳中和。這一承諾成為推動全球氣候治理轉折的關鍵行動[12]，但也意味著中國只有30 a時間去完成歐美發(fā)達國家50～70 a時間的碳減排任務[10]，每年排放下降率高達8%。歐盟率先提出2050年實現碳中和的戰(zhàn)略路線圖[13]，為我國提供了多視角參照系。但資源稟賦、產業(yè)結構差異巨大，絕不能生搬硬套，亟需探索符合國情的碳中和路徑。此外，新冠疫情改變全球發(fā)展格局，低碳復蘇必將成為大國間博弈的重要領域[12]，如何實現碳中和是中國亟待回答的問題[1]。2060年碳中和擘畫未來全球經濟-能源-氣候間關系的宏偉藍圖，與1.5 ℃溫升控制目標相匹配[10]。但未來碳中和之路必將極為艱辛，亟需全面厘清重點行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，擴大氣候治理激勵政策。

經濟發(fā)展離不開能源，碳排放又與能源消費息息相關[14]。當前中國經濟結構決定了能源使用量巨大，單位GDP能耗不但高于世界平均水平，更是發(fā)達國家的2～3倍?，F階段煤炭仍是國家能源安全的基石，占中國一次性能源消耗的50%以上[15-16]，碳減排壓力巨大[17]。因此，煤炭消費達峰是中國碳達峰的前提[17]，更是實現碳中和愿景的關鍵。煤炭行業(yè)與下游煤電等產業(yè)唇齒相依，但必須認清與煤炭相關的碳排放主要產生于利用環(huán)節(jié)[18]，并非生產。因此，煤炭行業(yè)碳中和重點關注綠色開采，科學用煤應由煤電、煤化工等下游產業(yè)著力承擔。這并非撇清責任，而是從全生命周期去更審慎公正地評判。以往學者較多關注煤炭綠色、清潔低碳、安全高效開采與利用[19-22]，或重視煤礦區(qū)生態(tài)修復的技術與方法[23]。先前煤炭行業(yè)首創(chuàng)煤化工CO2捕集、咸水層封存與監(jiān)測成套技術，建成世界首個10萬t級煤化工碳捕獲與封存(Carbon Capture and Storage，CCS)示范工程[22]，但離凈零排放尚遠。煤炭行業(yè)作為一個重點減排產業(yè)，更應該系統(tǒng)地研究低碳化利用，為實現碳中和愿景提供獨特的行業(yè)發(fā)展路徑。

當前已有多個行業(yè)公布其碳中和目標，或量身定做行業(yè)發(fā)展路線圖[24]，但處于風頭浪尖的煤炭行業(yè)卻罕有發(fā)聲。本研究擬闡明3個基本論斷:① 正視國家戰(zhàn)略需求與行業(yè)發(fā)展目標之間的偏差:碳中和作為國家全局戰(zhàn)略必須高度重視，但并非要求每個行業(yè)與每個環(huán)節(jié)都完全實現碳中和，國情決定了大幅減煤是不可行的;② 厘清行業(yè)責任與自身義務的減排邊界:煤炭利用的減排絕非煤炭單個行業(yè)的責任，但作為重點行業(yè)必須科學制定并嚴格執(zhí)行發(fā)展路線圖，為碳中和作應有貢獻;③ 兼顧節(jié)能減排與開源增匯的雙重策略:組合利用相關減排技術實現煤炭全生命周期的低碳化，同時也需重視生態(tài)修復，以及碳捕獲、利用與封存(Carbon Capture，Utilization and Storage，CCUS)技術等增加碳匯的路徑?；诖?，闡述“脫碳”與“去煤”非對等關系，從全生命周期視角厘清煤炭行業(yè)及其下游產業(yè)碳減排責任，全面梳理不同情景下未來煤炭需求，闡明煤炭行業(yè)發(fā)展與碳中和愿景的差距，編制以“能源命運共同體”理念為基礎的煤炭行業(yè)碳中和愿景實現路線圖，為未來中國煤炭行業(yè)發(fā)展和能源安全決策貢獻建議。

1 “脫碳”≠“去煤”

中國能源碳排放自2013年起進入緩慢上升期(圖1)，但經濟發(fā)展對能源需求仍有上升空間[25]，達峰后仍將保持高位運行[5]。

圖1 中國主要能源碳排放變化Fig.1 Change of carbon emissions of major energy sources in China

WEI等[26]認為，中國自主減排貢獻(Nationally Determined Contributions，簡稱NDCs)約束力全球領先，但仍需在現有基礎上大幅減排:針對2 ℃溫控目標，2030年與2050年分別需減排2.9×109t 與9.4×109t的CO2當量。由此可見，中國未來“脫碳”需求迫在眉睫、任重道遠。進入21世紀以來，煤炭碳排放量從2000年的23.9億t快速升至2013年的69.04億t，達到歷史最高位;隨后緩慢下降，自2016年起基本保持66億t左右，仍處高位平臺期。其外，即便碳排放增速有所放緩，但煤炭的碳排放量依舊占能源總排放量的70%～80%”。為盡快實現“脫碳”，“去煤”、“減煤”呼聲高漲[27]。這也與媒體報道、公眾認知偏差有關，一般認為化石能源在開采、加工、利用過程中負面環(huán)境效應大[14]，總將煤炭利用與高污染、高排放等負面形象掛鉤，甚至一些媒體片面地認為只要不再用煤就可以輕松實現碳中和。但事實并非如此，具體分析如下:

(1)能源革命到底革誰的命？謝和平等[16]指出，能源革命并非不要煤炭，而是革“落后產能”與“骯臟利用”的命。高排放、高污染并非源于煤炭自身，而是未按綠色、潔凈、低碳方式開發(fā)與利用。筆者認為，碳達峰之前并非放棄煤炭，僅是新的經濟增量要靠非化石能源來支撐。國家能源戰(zhàn)略不只是考慮排放問題，更要注重安全。例如，2020年部分地區(qū)冬季供熱用煤不足，已昭示不可盲目“去煤”。新能源能否完全替代煤炭？更多取決于安全性、可靠性、經濟性、接續(xù)性。顯然，這些問題目前無法得到保障。此外，新能源也未完全解決碳排放問題，且自身污染排放復雜多樣。煤炭作為國家能源安全的基石，短期內盲目“去煤化”絕非治理高排放的良策。變革煤炭開發(fā)利用理念，引入CCUS等關鍵技術，并與新能源組合發(fā)展才是現實的選擇。

(2)發(fā)達國家“碳中和”的起點是什么？我國煤炭生產與消費約占全球的一半，煤電占比高達50.2%[18]，緊隨其后的印度和美國分別只占11.0%和10.6%。同時，中國又是世界工廠，鋼鐵、煉焦、鋁錠、水泥等高耗能產品占全球50%以上，經濟結構決定了能源消耗。筆者認為，中國碳中和起點與歐美國家完全不同，發(fā)達國家倡導的“去煤化”本質上基本不存在，除美國外，發(fā)達國家?guī)缀跻巡挥妹?。美國為自身利益至今也沒有明確何時實現碳中和。因此，我國碳中和愿景不能盲目地按歐洲“去煤化”路線執(zhí)行，按此路徑不但會嚴重威脅國家能源安全，更會將中國經濟推向深淵，拱手讓出全球市場份額。

(3)碳中和愿景在何層面上實現再平衡？碳中和是國家全局戰(zhàn)略，歸根結底要在國家層面上實現再平衡，要求每個行業(yè)都完全實現碳中和本身就是一種謬誤。煤炭相關的碳排放約占排放總量的70%～80%[28]，但碳排放主要源自利用環(huán)節(jié)，并非開采環(huán)節(jié)。電力、供熱、冶金、化工等耗煤占比達90%，其中電力與供熱占了60%[25]。因此，只要在建設、開采、閉關階段借助綠色開采、節(jié)能減排、生態(tài)碳匯和CCUS技術減碳，實現了凈零排放則可認定煤炭行業(yè)實現了碳中和愿景;而煤電、煤化工等形成的碳源不應歸因于煤炭行業(yè)。同時，應與國內大循環(huán)新格局背景相結合，打通煤炭生產、分配、流通、消費等各個環(huán)節(jié)，厘清涉及各行業(yè)的碳減排共同責任，并實施“科學用煤、清潔去碳”的碳中和技術路徑。

綜上，碳中和愿景并非要求每個行業(yè)都完全實現碳中和，盲目“去煤”不符合國情，不僅難保障生態(tài)安全，甚至會威脅能源安全與經濟安全。煤炭碳排放主要源自利用環(huán)節(jié)，煤電、煤化工等下游利用形成的碳源不應歸因于煤炭行業(yè)。因此，實現“脫碳”絕不等同于必須“去煤”，綠色開采、科學用煤才是保障碳中和愿景達成的關鍵。

2 碳中和愿景對煤炭行業(yè)的挑戰(zhàn)

當前輿論幾乎一邊倒地認為“去煤”是未來能源發(fā)展的大勢所趨[29]。在現有技術條件下，依據《巴黎協(xié)定》約定的溫升控制設定碳排放總限額，全球可能損失80%的煤炭產能。不難預見，未來煤炭行業(yè)必將面臨史無前例的巨大挑戰(zhàn)。

(1)煤炭相關利好政策全面退出。碳中和愿景對中國今后幾十年社會經濟發(fā)展活動提出了全新要求，未來必須走高效清潔的綠色低碳發(fā)展道路[30]，低碳轉型與新能源替代是推動低碳發(fā)展的關鍵[4]。在實現碳中和愿景、加快生態(tài)文明建設、深化供給側結構性改革、打好“三大攻堅戰(zhàn)”、推動高質量發(fā)展等多重要求下，煤炭行業(yè)相關利好政策可能將全面退出。如，受能源結構調整約束，“十四五”期間，以煤為主的化石能源在一次能源消費中的占比勢必有所調整。

(2)前期資本投入存在擱淺風險。煤炭行業(yè)資本投入巨大、生產周期長，碳中和愿景帶來的政策性變化風險可能導致企業(yè)巨大的損失，煤電行業(yè)也面臨著同樣的難題。山西省2008年關停并轉中小煤礦，盡管沉重打擊了私挖亂采，保護了資源，但也嚴重挫傷了地方經濟和煤電等下游企業(yè)，一些歷史遺留問題至今沒有得到妥善解決。“十三五”期間，國家已經制定并落實了各省單位GDP能耗下降率，也限制了各地燃煤總額，實際上已調節(jié)了煤炭生產能力。2020年中國關閉礦井數量達12 000處，未來10 a仍關閉3 000處[21]。淘汰落后產能無可厚非，但因壓煤而摒棄先進產能，讓投資蒙受巨額損失則是得不償失。

(3)煤炭行業(yè)存亡面臨巨大挑戰(zhàn)。碳中和愿景要求碳排放盡快達峰，傳統(tǒng)的開采、燃煤將難以為繼[31]。煤炭開采和發(fā)電是碳排放最高的環(huán)節(jié)，近幾年中國已經淘汰落后產能數億t，關閉了數百個低效燃煤電廠[32]。中國碳中和的核心是CO2再平衡，主要源于煤電和供熱。此外，煤炭在開采與運輸環(huán)節(jié)也有大量CH4排放。隨著“碳排放權”市場建立，未來煤炭行業(yè)面臨著巨大的成本風險和財務壓力，若不能轉嫁到下游產業(yè)，或一旦新能源技術突破形成成本優(yōu)勢，必將為煤炭行業(yè)的生存敲響喪鐘。

(4)煤炭科技研發(fā)面臨重大考驗。現有綠色開采、清潔利用等技術幾乎很難實現碳中和意愿，曾視為未來戰(zhàn)略的“煤炭清潔利用”技術仍不足匹配碳中和愿景。當前超臨界發(fā)電技術幾乎將燃燒效率提升至極限，但它并不能脫碳，對碳減排貢獻有限[18]。與CCUS相關的富氧燃燒或燃燒捕集有助于燃煤電廠脫碳，一旦碳權交易成本高于CCUS成本或CCUS成本大幅下降、經濟可行，那么CCUS技術必將推動燃煤發(fā)電變革，否則煤電規(guī)模不可避免地大幅下降。

綜上，能源相關政策變化、結構調整等外因交織，催生了煤炭行業(yè)生存難題與資本擱淺風險;行業(yè)危機、人才流失、經費下滑又會阻礙煤炭相關科技進步，形成惡性循環(huán)。因此，亟需以危機倒逼煤炭低碳化與負排放技術進步;同時也要研判未來煤炭行業(yè)發(fā)展態(tài)勢，審慎預測未來煤炭需求及其在能源結構中的占比。

3 中國未來煤炭行業(yè)發(fā)展態(tài)勢

3.1 典型機構設定的煤炭需求預測分析

煤炭需求預測多采用能源消費彈性系數法、情景分析法、時間序列法、灰色預測模型法等[28]，也可用組合模型或因素分析[33]。情景分析法依據關鍵參數設置差異，可厘清不同情景下煤炭需求。當前有多家國際或國內權威機構發(fā)布能源展望報告，如國際能源署(IEA)、美國能源信息署(EIA)、英國石油公司(BP)、挪威國家石油公司(Equinor)、中國石油經濟技術研究院(ETRI)、美國?？松梨诠?ExxonMobil)等。上述報告立足能源現狀提出多種情景，可為能源預測提供借鑒。為此，參考IEA，EIA，BP，Equinor，ETRI等6家機構發(fā)布的研究報告，選擇其中10種情景(表1)并提取主要參數，基于2000—2015年間原煤產量歷史數據與最小二乘法的多元線性回歸擬合煤炭需求方程，預測未來30 a中國煤炭需求。

表1 不同機構對未來能源需求預測的情景描述Table 1 Scenario descriptions of future energy demand forecasts by different institutions

由圖2可知，不同情景下未來煤炭需求存在差異，且隨預測期延長差異愈發(fā)顯著;但所有情景中煤炭市場份額(即占一次能源比重)均呈不同程度的下降趨勢。有研究認為要實現2030年碳達峰目標，煤炭消費應早于2020年達峰[34]。也有研究認為，煤炭行業(yè)碳達峰時間點設定于 2030 年較為妥當[25]。根據預測結果，除EIA-RCP19，IEA-SPS20兩種情景外，其余預測均在2020年前達峰。可見，當前煤炭消費已基本達峰，但仍處于高位，囿于經濟發(fā)展規(guī)模、可再生能源以及減排技術等因素的不確定性，未來煤炭需求量差異懸殊。根據預測結果，大致可分為維系現狀、適度減少、凈零愿景3個區(qū)間(表2)。與維系現狀及適度減少相比，凈零愿景可實現1.5或2 ℃溫控目標，但極具挑戰(zhàn)性，2050年煤炭需求低于6億t，尚不足當前煤炭產量的1/6。

圖2 不同情景下中國未來煤炭需求預測Fig.2 Forecast of China’s future coal demand under different scenarios

表2 2030與2050年煤炭需求及其占比預測的區(qū)間劃分Table 2 Interval division of coal demand and its proportion forecast in 2030 and 2050

3.2 低碳技術進步修正的煤炭需求預測

典型機構設定情景未考慮煤炭開采或低碳利用技術進步，需進一步修正。謝和平等[16]曾預測2025年煤炭需求約為28億～29億t，占能源消費總量的50%～52%。而王一鳴[5]指出，2030年前煤炭在中國一次能源消費總量中占比仍超過一半(與維系現狀情景相近)，但落實NDCs目標需降至45%(與適度減少情景相近)。若假設2050年煤炭實現原位利用、近零排放、CCUS技術成熟與成本降低、生態(tài)修復增加碳匯，可基本實現“凈零排放”，2060年實現碳中和則不是奢望。為此，基于煤炭需求緩慢下降直至穩(wěn)定的假設，重新設定煤炭占一次能源消費比重情景:2025年為50%～52%;2030年為45%～50%。參考袁亮等[15]情景設定并結合本研究結果，2050年設定:① 科技突破與有序開發(fā)參照Equinor-Reform20;② 僅科技突破參照ETRI-BAU19;③ 維持現狀參照BP-NZ20。最終再運用線性趨勢法預測2050—2060年煤炭需求。

基于上述分析重構2020—2060年煤炭需求區(qū)間(圖3)。2030年實現碳達峰后亟需向1.5 ℃溫升目標轉化。無論需求上限，或是發(fā)展規(guī)模仍存在分歧，2030年后煤炭市場份額下滑均不可避免。根據預測，2030—2050年是煤炭行業(yè)生死存亡的關鍵期，至2050年預測上限幾乎是下限的8倍。因此，在全球碳約束下，煤炭未來發(fā)展空間終究取決于自身能否實現原位利用、零碳排放以及CCUS技術應用與推廣?？梢姡吞蓟c負排放科技是煤炭行業(yè)生存的壓艙石，但留給煤炭行業(yè)變革的時間十分緊迫。若難以實現上述科技重大突破，則煤炭行業(yè)還將面臨深度洗牌。因此，必須重視煤炭行業(yè)現狀與碳中和愿景間的差距。

圖3 考慮低碳技術的煤炭需求預測Fig.3 Forecast of China’s future coal demand modified by consider low-carbon technology

4 煤炭行業(yè)現狀與碳中和愿景的差距

從煤炭行業(yè)自身發(fā)展的視角出發(fā)，若想2030年前實現碳達峰目標、2060年達成碳中和愿景，必須正視幾個方面的問題(圖4):

(1)標準規(guī)范不匹配，仍需修訂符合碳中和愿景的綠色礦山建設標準。當前正在實行的是自然資源部2018年頒布《煤炭行業(yè)綠色礦山建設規(guī)范》，盡管涉及了節(jié)能、降耗、減排等環(huán)保的要求，但與促成碳中和愿景實現的新目標不完全相符。因此，新標準對煤炭行業(yè)重點如下:① 要明確界定碳排放的核算邊界;② 加大技改升級，減少排放;③ 實施生態(tài)修復，增加碳匯。

(2)監(jiān)管要求不健全，仍需規(guī)范煤炭企業(yè)碳排放監(jiān)測及信息披露要求。碳排放信息收集精確與否是判斷實現碳中和的前提，但目前尚未構建高精度長時序的碳排放動態(tài)監(jiān)測體系，也缺乏采集與評估碳足跡的能力，難以厘清應對氣候相關風險與減碳貢獻度。此外，碳排放信息披露是評判是否凈零排放的重要依據，但目前尚未強制要求公開披露，外界無法得知是否滿足凈零排放要求。

圖4 煤炭行業(yè)與碳中和愿景差距示意Fig.4 Gap between the coal industry and the vision of carbon neutrality

(3)治理能力不成熟，仍需提升煤炭行業(yè)對氣候變化風險的應對能力。中國煤炭生產重心正向生態(tài)更為脆弱的西部轉移，氣候升溫、干旱脆弱與煤炭開采交織，可能誘發(fā)更為嚴峻的生態(tài)環(huán)境問題，煤炭行業(yè)亟需主動應對氣候變化所帶來各項風險。同時，西部脆弱的生態(tài)也為煤炭企業(yè)增加碳匯提供了一個良好場地。當前煤炭企業(yè)尚未充分理解氣候轉型的相關風險，也沒有系統(tǒng)性地建立氣候風險分析體系。行業(yè)層面也沒有提出針對煤炭企業(yè)開展環(huán)境和氣候風險分析的具體要求。

(4)技術研發(fā)不充分，仍需強化低碳化與負排放雙重技術的研發(fā)部署。中國在綠色礦山建設、煤炭清潔利用等方面已取得長足進展[35]，但對標碳中和實現仍有差距。以CCUS為例，當前全球已實施相關技術包含CO2驅油、CO2驅煤層氣等[32]，主要通過燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒等路徑[36]。截至2019年中國已開展21個捕獲利用與封存項目，累積CO2封存量約200萬t[17]。部分碳去除后可被束縛于自然系統(tǒng)中，但多數碳仍需永久儲存在地下深部方能保障安全。事實上，只有高度成熟的CCUS技術才能實現負排放潛力，但目前該技術仍處于起步階段，成本高達300～900元/t，不利于大面積的推廣。

(5)激勵機制不完善，重建符合碳中和愿景的減排增匯激勵機制?，F階段激勵力度與覆蓋范圍仍顯不足，對煤炭企業(yè)低碳、零碳投資缺乏特殊激勵[37];碳市場交易是未來趨勢[25]，但當下碳市場對煤炭行業(yè)作用仍有限，煤炭行業(yè)也尚未與碳足跡掛鉤，相關激勵機制設計更未以投資或資產的碳足跡為評價標準[4]，極難從根本上調動煤炭企業(yè)低碳化生產的積極性。

煤炭占中國一次能源消費總量一半以上，即便不考慮煤電對碳源的巨大貢獻，煤炭行業(yè)離深度脫碳仍有巨大差距。為妥善解決標準規(guī)范、監(jiān)管要求、治理能力、技術研發(fā)、激勵機制等層面的不足，亟需有針對性地制定面向碳中和愿景的煤炭行業(yè)發(fā)展路線。

5 面向碳中和愿景的煤炭行業(yè)發(fā)展路線圖

煤炭行業(yè)在實現碳中和愿景中必須實現自我改革與救贖。為此，制定符合碳達峰目標與碳中和愿景的煤炭行業(yè)發(fā)展路線圖(圖5)。

5.1 基本研判

5.1.1構建煤炭全生命周期的碳足跡核算體系

煤炭的全生命周期包括施工建設，煤炭開采、運輸、加工、利用、關閉、生態(tài)修復等階段，不同時期均涉及碳循環(huán)。但煤炭行業(yè)的全生命周期碳足跡核算，不應納入下游產業(yè)煤炭利用所產生的碳源。上述階段中，除生態(tài)修復可增加碳匯外，其余都可能增加碳排放;且碳足跡均是可監(jiān)測、可評估的，現有技術也能在一定程度上實現碳減排，如使用節(jié)能設備、減少尾氣排放、提高煤炭利用率等。礦區(qū)生態(tài)修復作為生態(tài)增匯的重要途徑之一[38]，如何保障碳匯不減少成為煤炭行業(yè)必須要面對與解決的問題。此外，我國2 000 m以內淺煤層中煤層氣(主要成分為CH4)地質資源量約為36.8萬億m3，若能在煤炭開采前或開采過程中將煤層氣抽采出并加以利用，也是碳減排的重要舉措。還有采煤造成的土地損毀，會間接引起植被損毀、土壤碳庫損失、生物多樣性降低等。我國西部還存在煤田自燃等潛在威脅。這些伴生問題也會改變碳足跡。為此，應厘清煤炭全生命周期的碳源與碳匯效應，分析碳循環(huán)相互作用機制，從煤炭全生命周期視角構建碳足跡核算體系，以評估或預測模擬煤礦區(qū)在不同時期、不同階段的溫室氣體排放量。

5.1.2響應層次與實現機制

土地退化平衡(Land Degradation Neutrality，簡稱LDN)是面向2030年的聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標之一，與碳中和均有平衡(Neutrality)的表述，即以平衡為手段實現“凈零退化”。LDN的響應層次為“避免優(yōu)先于減少，減少優(yōu)先于恢復”[38]。煤炭行業(yè)達成碳中和愿景也可參照此標準。因此，煤炭行業(yè)碳中和實現機制包含2個層面:① 通過避免或減少排放措施，從源頭避免與過程減排推動實現“近零排放”。② 在碳循環(huán)動態(tài)監(jiān)測下確定已排放的CO2，并預測未來潛在排放CO2，并采取有效措施抵消已排放溫室氣體，形成以碳收支平衡為特征的“凈零排放”。

這里需要進一步界定“近零”與“凈零”的概念差異。即便未來低碳化技術實現了顛覆性變革，煤炭全生命周期及其下游利用的“零排放”仍難達成，但源頭“近零排放”是可能實現的。除“近零排放”達成外，仍需通過負排放技術與生態(tài)修復等增加碳匯的方式抵消排放的CO2，進而實現“凈零排放”。

5.1.3樹立能源命運共同體理念

低碳甚至零碳能源是氣候解決方案的基礎[39]。厘清煤炭、電力、冶金、建材、化工等行業(yè)碳排放責任固然重要，但如若煤炭低碳利用技術無法推廣落地，必將致使煤炭行業(yè)陷入存亡困境。必須從能源命運共同體的整體性、系統(tǒng)性視角出發(fā)，明確煤炭行業(yè)及其下游產業(yè)相輔相成、唇齒相依的紐帶關系。

能源命運共同體是一種更為包容平等、兼收共蓄的新型能源發(fā)展理念，其概念可界定為:能源行業(yè)在謀求自身發(fā)展時，應兼顧其他行業(yè)的利益，合作應對氣候變化、環(huán)境污染等造成的行業(yè)危機，確保能源各行業(yè)機會平等、規(guī)則平等、權利平等，進而實現各能源行業(yè)共建、共享、共贏的共同體理念。因此，既要統(tǒng)籌煤炭全生命周期清潔綠色低碳生產，也要制定煤炭行業(yè)與下游產業(yè)協(xié)同的中長遠期的定量約束與路徑方案。例如，煤炭利用排放的大氣污染物與溫室氣體具有同源性[4]，應構建行業(yè)耦合協(xié)同的低碳防污減排體系，依托近零排放的清潔低碳利用技術，實現溫室氣體與大氣污染物雙重減排。

5.2 路徑選擇

參照謝和平等[16]提出的煤炭革命戰(zhàn)略構想，探尋符合中國特色的煤炭行業(yè)轉型發(fā)展路徑。期間需實現煤炭3.0向4.0，5.0的轉型升級，由自動化向智能化、無人化邁進，由超低排放向近零排放、零排放邁進。而本研究也發(fā)現2020—2030年煤炭消費變幅并不大，但2030—2050年卻是煤炭行業(yè)生死存亡的關鍵期。為此，將煤炭行業(yè)發(fā)展路線劃分為起步期、攻關期、鞏固期3個階段。

圖5 煤炭行業(yè)實現碳達峰目標與碳中和愿景的路線Fig.5 Roadmap for coal industry to achieve the goal of carbon peak and the vision of carbon neutralization

5.2.1起步期:2020—2030年

(1)能耗達峰。即便未來煤炭消費比重將逐步回落，但需求總量短期內難有較大降幅[28]。推動碳減排盡快達峰，就要將煤炭利用過程中節(jié)能降耗置于首位，在開采各環(huán)節(jié)采用高能效開采技術和設備，開展余熱、余壓、節(jié)水、節(jié)材等綜合利用節(jié)能項目，持續(xù)優(yōu)化煤炭利用效率[27]。煤炭兼具能源與資源雙重屬性，作為資源可用于煤制油、煤制氣等化工品進行能源轉化，也能解決部分高碳排放問題[30]。散煤燃燒的排污量是火電排放的5倍以上，應著力推進煤炭集中利用、源頭控制散煤消費與燃燒，科學規(guī)劃“煤改氣”、“煤改電”。其外，要以減量規(guī)劃倒逼煤炭行業(yè)改革升級，推動能源污染與煤炭燃燒碳排放第三方治理、環(huán)境托管等創(chuàng)新發(fā)展新模式。

(2)集聚協(xié)同。隨著碳減排壓力增大，煤炭產品質量要求必將水漲船高，市場競爭也將愈發(fā)激烈。亟待推動煤炭產業(yè)鏈形成新標準，應持續(xù)向下游延伸以增加產業(yè)鏈附加值。因此，應構建以煤炭產業(yè)為源頭，煤電、煤化工等下游產業(yè)鏈集聚融合、相互連接的產業(yè)體系;推進清潔高效熱電聯(lián)產技術、特殊煤種超臨界循環(huán)流化床等高效清潔發(fā)電技術;提高低碳化原料比例，減少全生命周期碳足跡，帶動上下游產業(yè)鏈碳協(xié)同減排。

(3)增加碳匯?；谧匀唤鉀Q方案的減排措施(如植樹造林)是增加生態(tài)碳匯的重要措施[40]，礦區(qū)生態(tài)修復則是煤炭行業(yè)達成碳中和愿景的有效途徑。此前礦區(qū)生態(tài)修復多關注立地修復，且修復比率不足1/4[41]。我國煤礦主戰(zhàn)場位于氣候干旱、生態(tài)脆弱的中西部，該區(qū)生態(tài)修復不僅成本高，且修復收效甚微[38]。于昊辰等[38]曾構建了一個基于LDN的礦山土地生態(tài)動態(tài)恢復框架，提出了類似“耕地占補平衡”的異位修復策略，明確了碳源與碳匯并不一定必須在同一地區(qū)實現，可為碳中和愿景下礦區(qū)生態(tài)修復提供新思路。

5.2.2攻關期:2030—2050年

(1)開采利用。探索低階煤中低溫熱解轉化及產物分質分級梯級利用，加快低階煤利用技術研發(fā)。不同行業(yè)應加大科技研發(fā)投入，攜手研發(fā)碳減排技術，推動煤炭開采、加工、運輸、利用等全產業(yè)鏈清潔低碳生產，推動燃煤發(fā)電超低排放、近零排放與節(jié)能技術改造，提升煤炭利用效率，嚴控煤炭能耗強度，從源頭實現碳減排。而針對煤炭行業(yè)，應提高煤炭行業(yè)綠色低碳標準，著力突破煤炭低碳化利用以及碳去除等關鍵技術。

(2)CCUS技術。脫碳、去碳技術攻關是提高碳循環(huán)利用水平的關鍵舉措，大力發(fā)展CCUS等硬減排技術是未來40 a的必由之路。要想實現CO2深度減排，無論是燃燒發(fā)電、煤制氫，抑或是CO2作為介質干熱巖發(fā)電，在技術上必須與CCUS聯(lián)合。未來既要突出CCUS中“U”的利用效應[42]，也要降低CCUS成本，突破以二氧化碳為原料的循環(huán)利用技術瓶頸[32]。為此，應加快部署煤礦產業(yè)鏈CCUS項目示范，著力開辟煤炭脫碳、去碳利用新途徑，將煤炭的能量與物質同時高效利用。例如，通過CCUS技術，煤炭企業(yè)可為下游產業(yè)提供CO2用于驅煤層氣或地質封存，共同實現互利雙贏。

(3)生態(tài)修復。假設通過有效的生態(tài)修復措施，煤炭行業(yè)凈零碳排放已經實現，那么碳中和愿景是否達成了呢？事實并非如此，以往煤炭開發(fā)利用所致的碳排放在大氣中長期累積，歷史遺留問題仍需持續(xù)去除[18]。考慮未來溫控目標，必須增加對負排放技術的關注，以更高水平的LDN衡量生態(tài)修復需求。未來既要實現采煤對生態(tài)環(huán)境的近零擾動、減少廢棄物排放，又要以新型生態(tài)修復理念保障生態(tài)碳匯增加。因此，該階段可鼓勵煤炭企業(yè)積極承擔國土綠化行動責任，利用荒山、荒漠等地區(qū)開展植樹造林，以增加森林碳匯規(guī)模[40]。如此一來，生態(tài)修復碳匯可抵消排放部分的CO2，甚至形成凈零排放或負排放效應。

(4)新能源耦合。煤炭短期內難以破除碳排放瓶頸，減排成本大幅降低難;而可再生能源低成本、大規(guī)模儲能問題難以突破，高比例接入能源體系難。因此，未來仍需在高峰期調用煤電以保障能源基本供應，與此同時也應提升自身碳減排的貢獻度，并為新能源發(fā)展提供支撐基礎。煤炭與新能源耦合形成新能源體系，實現風光水火儲一體化，可實現煤炭大幅碳減排。

(5)適應碳市場。碳中和愿景在形成企業(yè)競爭新格局的同時，新機遇也將不斷涌現。只有適應未來碳交易市場機制，才能率先優(yōu)化資源配置、應對氣候風險、厘清碳排放價格[4]，進而健全煤炭行業(yè)低碳發(fā)展體制機制，倒逼解決煤炭資源過度消耗的問題。煤炭行業(yè)必須將碳中和目標納入企業(yè)未來發(fā)展戰(zhàn)略，提升碳資產管理能力，強化全生命周期碳循環(huán)動態(tài)監(jiān)測，積極適應氣候變化下碳排放配額規(guī)則[40]，主動參與碳排放權交易市場建設與煤炭行業(yè)碳排放實施方案制定。

5.2.3鞏固期:2050—2060年

(1)零碳利用。該階段有望步入井下無人、地上無煤的煤炭工業(yè)5.0時代，實現深地原位利用，煤、電、氣、熱、水、油實現一體化供應，以及太陽能、風能、蓄水能與煤炭協(xié)同開發(fā)，基本實現近零排放。此外，應探索固碳新途徑，只要將排放的碳經過化學處理，防止其轉變?yōu)镃O2，CH4等溫室氣體，便可避免溫室效應的發(fā)生。未來應推進燃燒一體化利用(發(fā)電+化工)與化學一體化利用(化工+儲能)。例如，基于等離激元效應的零碳能源生產類似于人工復制了光合作用，即部分金屬納米顆?？稍诠饩€照射下產生光能集聚效應，進而將二氧化碳和水分子分解為碳、氧、氫離子。如若將其中的碳離子與氫離子組合，可進一步生成碳氫化合物供工業(yè)利用。

(2)負排放技術。鑒于負排放技術在成熟度、潛力、成本、風險等方面差異大，決定了負排放技術的不確定性。過早將碳中和愿景建立在不可預見的負排放技術上是不理性的，極易促使2050年之前更多高排放技術的應用，延緩了減排壓力。因此，負排放路徑應作為補充手段儲備，在其成熟可控、成本可行的基礎上，在2050之后對沖遠期非二氧化碳等難以減排的殘余排放。

6 結論與展望

(1)中國未來“脫碳”之路迫在眉睫，但并非要求每個行業(yè)都完全實現碳中和。煤炭當前仍是國家能源安全的基石，發(fā)揮著兜底保障的重要責任，盲目放棄煤炭并不可行，綠色開采、科學用煤才是保障碳中和實現的關鍵。其外，煤炭碳排放主要源自利用環(huán)節(jié)，煤電、煤化工等下游利用形成的碳源不應歸因于煤炭行業(yè)。但由于政策偏向、結構調整、科技乏力等因素，未來煤炭行業(yè)仍將面臨深度洗牌的風險。

(2)煤炭碳排放已基本實現達峰，但仍處于歷史高位。典型機構情景預測的未來煤炭需求大致可分為維系現狀、適度減少、凈零愿景3個區(qū)間，未來煤炭市場份額衰減難以避免。2030—2050年是煤炭行業(yè)生死存亡的關鍵期，低碳化與負排放科技是煤炭行業(yè)生存的壓艙石，但留給煤炭行業(yè)變革的時間十分緊迫。

(3)為保障煤炭行業(yè)的碳中和愿景按期達成，應科學評估煤炭全生命周期碳足跡，樹立“能源命運共同體”理念推動低碳防污協(xié)同治理?？偨Y了煤炭行業(yè)實現碳中和的“三步走”戰(zhàn)略:① 起步期(2020—2030年)著力推動煤炭能耗達峰、產業(yè)集聚協(xié)同、生態(tài)修復增匯，保障煤炭碳排放盡早達峰;② 攻關期(2030—2050年)重點攻關低碳開采、脫碳去碳、生態(tài)修復技術，主動適應碳市場需求，實現煤炭與新能源耦合共生;③ 鞏固期(2050—2060年)應耦合零碳利用與負排放技術，積極抵消以往排放的溫室氣體，保障準時或提前達成碳中和愿景。

(4)煤炭行業(yè)達成碳中和愿景涉及礦業(yè)、化工、生態(tài)、儲能、計算機等多學科交叉，建議進一步聚合優(yōu)勢研究力量進行科研攻關，以低碳化技術助推煤炭開發(fā)利用“近零排放”、以負排放技術保障CO2等溫室氣體實現“凈零排放”。需要強調，生態(tài)修復增加碳匯是一項長期工程，快速發(fā)展有限;工業(yè)過程消費過程中節(jié)能減排也并非一蹴而就，潛力有限;現有排放二氧化碳封存利用技術競爭優(yōu)勢弱，仍需加強技術研發(fā)。因此，煤炭行業(yè)達成碳中和愿景責任在肩、任重道遠，但必須主動適應、轉型應對，為國家層面2030年前實現碳達峰目標、2060年達成碳中和愿景作出應有貢獻。