碳平衡理論揭示了碳循環(huán)的本質(zhì)和發(fā)展規(guī)律，指明了解決氣候問(wèn)題的正確方向和路徑。

碳循環(huán)的自平衡可稱(chēng)作為“自然碳平衡”——這是農(nóng)業(yè)社會(huì)對(duì)應(yīng)的碳循環(huán)基礎(chǔ)。

工業(yè)革命以來(lái)，大量耗用碳基燃料煤炭石油天然氣作能源，再加上大規(guī)模生產(chǎn)水泥煅燒碳酸鈣石灰石，產(chǎn)生大量的二氧化碳排放，這個(gè)由地面碳物質(zhì)的消耗造成的且沒(méi)有對(duì)應(yīng)的逆過(guò)程的碳排放可稱(chēng)作為“不可逆碳排放”。因?yàn)闆](méi)有足以平衡之的人為措施，使得大氣中二氧化碳濃度上升引起全球氣候上升。把不可逆碳排放造成的二氧化碳濃度上升稱(chēng)作為“碳不平衡”——這是工業(yè)社會(huì)對(duì)應(yīng)的碳循環(huán)基礎(chǔ)。

氣候變暖將危及整個(gè)生物圈，因此必須找出抑制這種不可逆碳排放的措施，使碳循環(huán)再次回到平衡狀態(tài)——這就是“碳再平衡”。這將是后工業(yè)社會(huì)對(duì)應(yīng)的碳循環(huán)基礎(chǔ)。

依據(jù)碳平衡理論揭示的規(guī)律，要抓對(duì)矛盾，抓主要矛盾。所以，要實(shí)現(xiàn)碳再平衡，要循著以下三大途徑：

路徑一：用不產(chǎn)生碳排放的新能源替代。

一是通過(guò)核電等新能源多元化電力結(jié)構(gòu)替代煤電。

現(xiàn)在能源利用方式基本上都是電力。我國(guó)是煤電大國(guó)，無(wú)論裝機(jī)設(shè)備容量還是發(fā)電量，煤炭發(fā)電都是大頭，占50%以上。

而因煤炭燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳排放占76%，煤電產(chǎn)生的碳排放量約在60%左右，是第一大不可逆碳排源。

所以減少和消除不可逆碳基燃料消耗帶來(lái)的不可逆碳排放，對(duì)煤電的替代是重中之重。

水電。我國(guó)總的水電資源總蘊(yùn)藏量約為7億千瓦。目前建成運(yùn)行的水電裝機(jī)約為3.7億千瓦，還有3億多千瓦可供開(kāi)發(fā)。折合煤電產(chǎn)能當(dāng)量約為2.3億千瓦。12.45億千瓦火電減去2.3億千瓦水電，還剩10.15億千瓦火電有待替代?？梢?jiàn)水電替代能力有“天花板”，源于水能資源的蘊(yùn)藏量。完成這個(gè)任務(wù)從時(shí)間上看，到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，新增3億千瓦裝機(jī)容量，靜態(tài)的情況下，復(fù)合年均增長(zhǎng)率約為1.5%，應(yīng)該是從容輕松達(dá)到的。

水電發(fā)展，主要是大型的可調(diào)庫(kù)容式水電站項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，關(guān)鍵是解決好“電調(diào)與水調(diào)”的矛盾，因此要把握好兩個(gè)原則：一是生態(tài)原則，即水電項(xiàng)目要最大限度保持所涉范圍內(nèi)的原有的水文狀態(tài)，水是生命的基礎(chǔ)，水文是人文的基礎(chǔ)。二是協(xié)調(diào)好電調(diào)與水調(diào)的矛盾，把水利調(diào)度放在電力調(diào)度優(yōu)先的位置。做到了這兩個(gè)主要點(diǎn)，基本上水電對(duì)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)是有積極意義的。

光伏發(fā)電。如果剩下的約10億千瓦煤電產(chǎn)能一半即5億千瓦由光伏發(fā)電替代，按照光伏發(fā)電產(chǎn)能當(dāng)量系數(shù)0.2計(jì)算，需新建發(fā)電設(shè)備總?cè)萘考s25億千瓦。按照每平方公里可建50兆瓦光伏電站計(jì)算，需要地面5萬(wàn)平方公里。如果項(xiàng)目建設(shè)基地光伏電池板陣列利用比例為50%，項(xiàng)目占地范圍就會(huì)擴(kuò)大1倍左右，需要10萬(wàn)平方公里左右。對(duì)光能充足、土地廣袤、有至少一兩百萬(wàn)平方公里沙漠戈壁的大西北，從理論上講，拿出幾十萬(wàn)平方公里甚至于更多的沙漠戈壁荒山荒坡和鹽堿地來(lái)建設(shè)光伏電場(chǎng)，是做得到的。在中東部，城市農(nóng)村，除了電站式，還有分布式屋頂光伏發(fā)電，因?yàn)橛Ｊ綆?lái)了從政策推動(dòng)逐步轉(zhuǎn)變到市場(chǎng)推動(dòng)為主，到處都發(fā)展得如火如荼，大有“全民總動(dòng)員”的趨勢(shì)。所以?xún)H完全依靠光伏發(fā)電替代煤電都是有可能的。

風(fēng)電。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，主要分布在沿海、內(nèi)陸和大西北。內(nèi)陸山脈的山脊線風(fēng)電場(chǎng)差不多被跑馬圈地占得差不多了，有潛力的一是西北沙漠戈壁，二是海上風(fēng)電場(chǎng)。日前，在《生物多樣性公約》第十五次締約大會(huì)領(lǐng)導(dǎo)人峰會(huì)上，習(xí)近平主席提出“中國(guó)將持續(xù)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展可再生能源，在沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)加快規(guī)劃建設(shè)大型風(fēng)電光伏基地項(xiàng)目”，風(fēng)電光伏必將上新臺(tái)階。

核電。核電包含兩類(lèi)：核裂變和核聚變。一是，現(xiàn)在的核裂變，用于核裂變的核材料現(xiàn)在普遍使用的是鈾。我國(guó)最近取得的科研進(jìn)展，更安全，國(guó)內(nèi)蘊(yùn)藏量更豐富而使之更有前景的釷熔鹽堆，在不久的未來(lái)可以逐步大規(guī)模商業(yè)運(yùn)營(yíng)。二是將來(lái)的核聚變，即“小太陽(yáng)”，它為我們描繪了一個(gè)更令人期望的前景。雖然核電，最有可能成為替代煤電的主力地位，但從謹(jǐn)慎發(fā)展的原則上講，這個(gè)過(guò)程會(huì)走得比較長(zhǎng)。

2020 年發(fā)電量和結(jié)構(gòu)注：本表根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2020 年國(guó)家統(tǒng)計(jì)公報(bào)和國(guó)家能源局發(fā)布的全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（2021.1.20）制作。

展望來(lái)看，將來(lái)中國(guó)的電力結(jié)構(gòu)，是一個(gè)以核電為主的多元化結(jié)構(gòu)，包括核、水、風(fēng)、光、生，以及一定規(guī)模的煤電。

二是煤等碳基燃料的用途由燃料而變成材料源頭。對(duì)于缺油多煤的資源稟賦結(jié)構(gòu)，煤炭資源不能棄之不用。如果取其碳成為有機(jī)材料里的結(jié)構(gòu)要素，即替代從石油里取碳生產(chǎn)石化產(chǎn)品如塑料和合成橡膠等高分子材料，理論和技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化等方面都行得通，即煤化工。碳被固定在工業(yè)產(chǎn)品里，不產(chǎn)生碳排放，還減少了對(duì)進(jìn)口石油的依賴(lài)，也為煤炭資源區(qū)提供了經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的新動(dòng)力和出路。習(xí)近平總書(shū)記在陜西榆林視察大型煤化工項(xiàng)目時(shí)指出“煤化工產(chǎn)業(yè)潛力巨大，大有前途”，為煤炭的出路指明了方向。

三是汽車(chē)等交通工具電動(dòng)化。僅局限于碳再平衡而言，電動(dòng)化是出于兩個(gè)目的或滿足兩個(gè)功能使命。一是以電驅(qū)動(dòng)代替內(nèi)燃機(jī)燃燒汽柴油而不產(chǎn)生不可逆碳排放，我國(guó)現(xiàn)在每年燃油車(chē)產(chǎn)生的碳排放量在10億噸以上。二是從系統(tǒng)的角度講，電動(dòng)車(chē)在新能源結(jié)構(gòu)體系“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”里，唯其四字全占：網(wǎng)——不需要另建一套網(wǎng)絡(luò)，直接接入和利用電網(wǎng)，且無(wú)須再次能源轉(zhuǎn)換過(guò)程;荷——是現(xiàn)有工民用電之外的一個(gè)最大用電負(fù)荷系統(tǒng)。根據(jù)公安部運(yùn)輸管理局的統(tǒng)計(jì)，截至2021年6月，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量3.84億輛，刨除600萬(wàn)輛新能源車(chē)，粗略估算，若全部以電動(dòng)車(chē)取代燃油車(chē)，總共起來(lái)，每天可以消納的電量相當(dāng)于現(xiàn)有總耗電量的40%，即45億千瓦時(shí);儲(chǔ)——它能從電網(wǎng)大量消納儲(chǔ)存電能，并可向電網(wǎng)釋放電能，削峰填谷。

另外來(lái)源于生物質(zhì)能即燃料乙醇的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力交通工具，以及醇電混合動(dòng)力車(chē)，它們產(chǎn)生的是可逆碳排放不影響碳平衡，所以將來(lái)也有可能占有一定地位。

20年內(nèi)全部替代燃油車(chē)，年均替代速度是20%;40年內(nèi)替代，年均替代速度是9.58%。從現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)年均產(chǎn)銷(xiāo)增速20%以上看，上述替代進(jìn)程是完全可以達(dá)到的。

路徑二：階段性打破自然碳平衡，使階段內(nèi)碳的下行即碳固定大于碳的上行即碳排放，以此為不可逆碳排放騰出空間和贏得時(shí)間。措施是通過(guò)工程生物固碳儲(chǔ)能，重點(diǎn)是依靠大規(guī)模植樹(shù)造林。

把工程生物固碳儲(chǔ)能，重點(diǎn)是大規(guī)模植樹(shù)造林。作為碳再平衡發(fā)展戰(zhàn)略五大重點(diǎn)之一，其目的是讓其完成兩大功能使命：一是替代，即以生物質(zhì)能和材料替代碳基物質(zhì)（碳基燃料和碳酸鈣）的消耗而減少不可逆碳排放，二是為不可逆碳排放騰出空間贏得時(shí)間。

在這里，生物固碳儲(chǔ)能是主體，工程是輔助手段。運(yùn)用大規(guī)模工程手段，即利用大量富余的新能源電力取水和生產(chǎn)氮肥（如高壓電離空氣中的氮?dú)猓┾浄?，以及選育速生樹(shù)種，重點(diǎn)是在大西北進(jìn)行大規(guī)模植樹(shù)造林，發(fā)揮樹(shù)木的體大壽長(zhǎng)的生物學(xué)特性，來(lái)達(dá)到這些目的：一是可以大規(guī)模固碳——以大規(guī)模碳長(zhǎng)周期固定于林木，而使得在一定時(shí)期內(nèi)二氧化碳下行大于上行，為不可逆碳排放騰出一定量的碳排放空間;二是可以大規(guī)模且周期長(zhǎng)短可選地儲(chǔ)能;三是提供大規(guī)模的生物材料，如木材;四是即使對(duì)其生物質(zhì)能利用會(huì)產(chǎn)生碳排放，如生產(chǎn)的燃料乙醇用作汽車(chē)的動(dòng)力，雖也產(chǎn)生碳排放，但因其是可逆碳排放，屬于自然碳平衡范疇;五是改善局域生態(tài)環(huán)境。

三管齊下完成平衡不可逆碳排放實(shí)現(xiàn)碳再平衡的終極任務(wù)

所以，工程生物固碳儲(chǔ)能，既不同于工程固碳或儲(chǔ)能，能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中有很大能量損失能效極低，又不同于自然的生物固碳土地生產(chǎn)力低。能夠以現(xiàn)代工程手段，最大限度地發(fā)揮植物光合作用的固碳儲(chǔ)能的自然之力，耗費(fèi)一定的富余電力而獲得數(shù)倍的生物學(xué)物質(zhì)和能量，從而產(chǎn)生能量倍增效應(yīng)。

路徑三：剩下的不可避免存在的不可逆碳排放用不可逆碳固定予以平衡，最終達(dá)到碳再平衡。

發(fā)展不可逆碳固定技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化。無(wú)論采取什么手段，不可逆碳排放總是有一定規(guī)模的存在，如水泥生產(chǎn)工藝中一個(gè)關(guān)鍵就是必須煅燒石灰石即碳酸鈣來(lái)生產(chǎn)熟料。中國(guó)目前的水泥產(chǎn)量是24億噸，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是1噸水泥產(chǎn)量產(chǎn)生1噸二氧化碳排放。由此產(chǎn)生的20多億噸且逐年增長(zhǎng)的碳排放不是小數(shù)目。此外還有冶金，我國(guó)10億噸以上的鋼鐵加上1億噸左右的有色金屬冶煉，以噸鋼噸焦炭（包括熔劑碳酸鈣）計(jì)算也要產(chǎn)生30多億噸的碳排放。盡管廢鋼鐵再次回爐可以少用焦炭，鐵的氧化總是會(huì)讓鋼鐵存量減少的，加上鋼鐵需求量的增加，所以每年總是要新增鐵礦石冶煉。人們還想出用氫作為還原劑，用電解的辦法還原鐵金屬。這些原理上都沒(méi)有問(wèn)題，但要考慮在市場(chǎng)中有沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力？

如果我們對(duì)這些難以消除的不可逆碳排放，不是糾結(jié)于“堵”，而是在“疏”上找出路，且以經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)，那就是面對(duì)不可逆碳排放的繼續(xù)存在找到平衡它的手段——與碳排放即碳元素氧化相反的路徑就是碳元素的還原即碳固定——不可逆碳固定！原理上，肯定沒(méi)有問(wèn)題，已經(jīng)存在的實(shí)踐也已證明工藝和經(jīng)濟(jì)性都有產(chǎn)業(yè)化前景。假以時(shí)日，各種可以產(chǎn)生高附加值的不可逆碳固定技術(shù)發(fā)展成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)，那么鍋爐里排放出的二氧化碳就不是負(fù)債而成了資產(chǎn)，捕集就成了“挖礦”，變廢為寶。如此一來(lái)，一定規(guī)模的煤電，也都有了繼續(xù)存在的理由。

作者簡(jiǎn)介：張利寧，畢業(yè)于中國(guó)社會(huì)科學(xué)院研究生院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系，先后供職于國(guó)家財(cái)政部、社科院農(nóng)村發(fā)展研究所、華能集團(tuán)、清華大學(xué)中國(guó)與世界經(jīng)濟(jì)研究中心。