在6月25日“全国低碳日”这一天，《中国适应气候变化进展报告（2024）》（以下简称《报告》）发布。《报告》中提到，2024年为有气象记录以来最热年份，全球平均气温较工业化前水平升高约1.55 ℃，首次超过1.5℃的温升红线。另据中国气象局国家气候中心的数据分析，随着气候变暖持续加剧，2025年极可能成为史上最热年份之一。

众所周知，气候变化是当今世界面临的最严峻挑战之一，二氧化碳等温室气体的过量排放是导致气候发生剧变的主要原因。近代工业生产、交通运输甚至日常生活都会消耗大量煤炭、石油等碳资源，它们最终以二氧化碳等形式释放到大气中，导致温室效应加剧，全球气温上升。

（a）冰川融化

（b）水资源短缺

（c）自然灾害加剧 全球气候变化带来的恶果

（d）流行性疾病加速传播和扩散

为减缓气候变化，各国通过签署《联合国气候变化框架公约》和《巴黎协定》等国际协议，承诺减少二氧化碳等温室气体的排放，也就是进行碳减排。2020年9月，在第75届联合国大会上，我国承诺将采取更有力的减排政策和措施，力争2030年前实现碳达峰，努力争取2060 年前实现碳中和。

什么是碳达峰和碳中和？实现减排的最有效举措有哪些？为实现碳中和，目前还面临哪些挑战？

碳中和：从“高碳”到“零碳”的跨越

碳达峰是指一个经济体或地区的二氧化碳排放量在某一个时间点达到历史峰值后，不再增长，而是平稳波动甚至逐步回落。作为二氧化碳排放量由增转降的拐点，碳达峰的出现标志着碳排放与经济发展实现脱钩，碳达峰的目标包括达峰年份和峰值两个要素。从表面看，碳达峰是约束碳排放强度问题，其本质是能源转型和生态环境保护问题。碳中和是指一个地区或国家、企业、产品、活动或个人，在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳等温室气体的排放总量，等于或小于该地区或国家自然环境能够转化或吸收的二氧化碳等温室气体总量，也就是说，实现了温室气体的净零排放。在碳达峰和碳中和的关系中，碳中和是碳达峰的最终目标，碳达峰是实现碳中和的必要前提，只有实现碳达峰，才有可能达到碳中和。实现碳中和是一个循序渐进的过程，碳达峰出现的时间和峰值水平直接影响碳中和实现的时间和难度：达峰时间越早，实现碳中和的压力越小；峰值越高，实现碳中和所要求的技术进步和发展模式转变的速度越快，难度就越大；从碳达峰到碳中和的时间越长，减排压力越小。根据《2024 全球城市碳中和年度进展报告》，已有148个国家明确提出了碳中和目标，苏里南和不丹则已率先完成碳中和目标，进入“负碳时代”。

“碳中和”的“净零”概念示意图

提高能源效率和优化能源结构是实现碳中和的基础。通过技术创新和政策引导，降低单位产出的能源消耗，并大力发展可再生能源，逐步减少对化石燃料的依赖，才能最终实现碳中和。

与此同时，各国也在制定和完善与碳中和相关的政策体系，包括碳税、碳排放权交易等市场化机制，以及财政补贴、技术研发支持等政策措施。

目前，不少国家已将碳中和概念纳入国家发展战略。我国使用的“碳中和”术语有广义和狭义之分。狭义的“碳中和”仅指二氧化碳的排放中和，广义的“碳中和”则涵盖二氧化碳中和、温室气体中和、气候中和、净零二氧化碳排放及净零温室气体排放等。在国际上，“碳中和”通常使用“净零”概念，是包含各类目标的广义“碳中和”概念。

为更好地了解碳排放情况，做到全过程量化，人们创造了生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）法，用它来评估一个产品或服务从进入市场到淘汰退出的整个生命周期过程中对环境的影响。LCA能够精确评估产品或服务的碳足迹和环境影响，并可以根据具体目标设定评价的精确度。在能源生产技术、废物处理技术和碳中和领域，LCA可以指导技术的碳中和目标实现及路径选择，通过与其他评估方法结合，提高技术综合评估的准确性和有效性。

低碳技术：迈向“零碳”必经之路

碳达峰、碳中和目标的提出不仅是各国对碳排放量的约束，需要颠覆工业革命以来以化石燃料为基础的能源消费结构，而且需要创造新的行业和产业盈利模式。这无疑会为经济社会发展方式带来深刻变革。

其中， 清洁能源的开发利用是实现碳减排的重要途径。所谓清洁能源，是指在开发、利用过程中对环境影响较小、碳排放量较低的能源，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能等可再生能源。它们具有清洁、可再生、分布广泛等特点，大力发展可再生能源能够减少对化石燃料的依赖，促进能源结构的优化和低碳转型，最终实现“碳达峰”及“碳中和”的国家战略目标。从可持续发展的角度看，清洁能源的可再生性使其成为未来能源体系的重要组成部分，尤其是太阳能光伏发电和风能发电。

太阳能光伏发电技术

太阳能光伏发电技术是以太阳辐射能为能源，利用太阳能电池阵列将太阳辐射能直接转换成电能，并通过功率调控系统、蓄电池、逆变器等设备进行的发电技术。光伏发电系统的核心部件是太阳能电池组件。太阳能光伏发电技术具有资源丰富、清洁无污染等优势，但存在间歇性和不稳定性问题。

太阳能光伏发电技术及应用示意图

太阳能光伏发电技术及应用示意图排放二氧化碳等温室气体，因而具有显著的低碳优势。国家能源局发布的最新数据显示，我国光伏发电的累计装机规模已突破10亿千瓦。

10亿千瓦的光伏装机规模， 不仅意味着我国现有清洁电力的巨大体量，也催生了完整且具备国际竞争力的光伏全产业链。目前，我国在多晶硅、硅片、电池片和组件等主要制造环节产量均占全球主导地位，形成了从装备制造到技术研发、再到电站建设运营的完整闭环。

建在沙漠中的太阳能光伏发电厂

在太阳能光伏发电电池技术方面，我国已构建起以硅材料、硅片、电池和组件为核心的晶体硅；在光伏系统的关键技术方面，我国的逆变器等平衡部件的技术水平已与国际接轨；在光伏发电的规模化应用方面， 我国已成功在太阳能光伏发电过程中不掌握了100兆瓦级并网光伏电站、兆瓦级光伏与建筑一体化系统、10兆～100兆瓦级水光柴储多能互补微电网等设计集成技术，并开展了相关示范项目和应用。

现如今，太阳能光伏发电技术在我们身边随处可见：一些地方的屋顶上安装有太阳能电池板，其发电或用于房屋照明，或供给电网；太阳能路灯白天利用太阳能给蓄电池充电，到了夜晚，蓄电池再给路灯供电，照亮人们回家的路；我们看电视时需要由卫星进行信号传递，身处太空中的卫星所需能量大多来源于自身携带的太阳能电池板；有的地方还建有光伏停车棚，将光伏发电和车棚顶结合起来，为新能源车充电，减缓城市用电压力。

风能发电技术

风能发电技术是利用风力驱动风力涡轮机，将机械能转换为电能的技术，主要包括陆上风电技术和海上风电技术。风能发电具有成本相对较低、技术较为成熟等优点，但同时面临风速不稳定、风力资源分布不均等挑战。

风力发电系统主要由风力涡轮机、塔架、变速齿轮箱、发电机和控制系统等组成。风力涡轮机的核心部件是叶片，其材料和设计直接影响发电效率和寿命。现代风力涡轮机通常采用复合材料制造，具有质量轻、强度高的特点。

​风能发电系统组成

海上风力发电厂

由于季风显著，我国是一个风能资源十分丰富的国家，可开发利用的风能储量约为10亿千瓦。如今， 我国已实现风电机组从100千瓦级向兆瓦级的跨越式发展，形成3.6兆瓦及以下风电机组的完整设计制造技术体系，并初步掌握了5兆瓦和6兆瓦风电机组的整机集成技术；与此同时，建成了全球首个100兆瓦级国家风光储输示范工程以及全球首个海岛风电多端柔性高压直流输电示范工程，实现了大规模风电的高渗透率并网运行。

碳汇建设：消纳二氧化碳的自然与人工之力

除了利用清洁能源替换掉化石能源外，实现碳达峰与碳中和还可以从碳汇入手，消纳二氧化碳等温室气体。

碳汇是通过自然转化或人工方式清除大气中二氧化碳的过程、活动或机制。碳汇效应主要分为陆地碳汇和海洋碳汇两类，其中，陆地碳汇又可以分为陆地植被碳汇、自然地质碳汇和人工地质碳汇，海洋碳汇则可以分为沿海生态碳汇、海水生态碳汇和人工海洋碳汇。

陆地植被碳汇是指通过植树造林、森林保护等措施，增加森林面积和森林蓄积量，从而提高森林对二氧化碳的吸收能力。

自然地质碳汇 是指通过自然过程吸收并储存大气中的二氧化碳的过程和机制。自然地质碳汇包括 碳酸盐岩溶蚀碳汇、 硅酸盐岩风化碳汇和 农耕区土壤碳汇。这些自然过程通过地质作用将大气中的二氧化碳固定在岩石、土壤和地下水体中，从而减缓二氧化碳对全球气候变化的影响。

人工地质碳汇 是指通过工程技术手段将二氧化碳注入地下深部地质储层，使之与大气长期隔绝的过程。

海洋碳汇则是通过海洋生物的光合作用、海洋溶解度泵等机制，吸收大气中的二氧化碳。

海洋生物的光合作用可以吸收大气中的二氧化碳

此外，碳捕集、利用和封存（Carbon Capture，Utilization and Storage，CCUS）技术也是实现碳中和的重要手段之一。碳捕获与封存（Carbon Captureand Storage，CCS）技术是对工业活动产生的二氧化碳进行捕集和封存。若捕集的二氧化碳并未得到利用，从经济效益看，得不偿失；若能对其加以资源化利用，则可创造额外的经济和环境效益。因此，碳捕获、利用与封存技术应运而生，并受到人们的格外关注。该技术包括二氧化碳捕集、运输、利用与封存等四大关键环节。

其中，二氧化碳捕集是指通过物理、化学或生物方法将二氧化碳从燃煤电厂等排放源或直接从空气中分离出来，以实现减排或资源化利用。其核心目标是降低大气中的二氧化碳浓度，缓解气候变化。 在捕集环节，目前主要采用燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧以及化学链燃烧等技术手段。捕集后的二氧化碳可以通过管道、船舶以及铁路或公路等多种方式输送。这些二氧化碳不仅可以转化为高附加值产品，还可以被封存于地下岩层中。

任重道远挑战多

尽管我国的碳中和 总体呈现出积极进展，但仍存在以下问题。

清洁能源技术的经济性和可靠性仍需提高。例如，储能技术是解决可再生能源间歇性、不稳定性问题的关键，但储能技术的成本仍然较高，且技术成熟度有待进一步提高。另外，我国的CCUS 技术虽然发展迅速，但应用成本过高、缺乏有效的商业模式以及激励和监管措施，距离实现大规模商业化应用仍有差距。

我国在海洋碳汇的监测与核算力方面仍有待加强。比如，海洋碳汇的监测与核算力还不够，数据基础相对薄弱，缺乏对碳汇过程的定量分析、系统研究和宏观评估。开发海洋碳汇的相关规章制度和行业规范相对不足，需要加快顶层设计，完善海洋碳汇管理政策的制定和实施。

公众对气候变化与低碳发展的认知和参与度亦有待提高。

基金项目：上海市松江区科委科普项目（2024SJKPZ014）

（张琪单位：上海工程技术大学机械与汽车工程学院；严祯荣单位：上海工程技术大学机械与汽车工程学院，机械工业锅炉低碳化技术重点实验室）

【责任编辑】赵菲