5月14日，燕缘科创NO.36期，江苏绿碳纳米科技有限公司董事长、山西清洁碳经济产业研究院院长、北京大学力学1979级校友宋维宁分享了《全球视角下的中国碳中和博弈》。

2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和，什么是“碳中和”？怎么实现“碳中和”？中国将如何迈向“碳中和”？被评为“全球气候应对变化开拓者”的宋维宁博士，从国际竞争格局、行业发展趋势及技术方案等多角度拆解了“碳中和”，分享了如何将CO2转化为碳纳米管，创造出每吨数万元以上价值的产品，真正做到“变废为宝”，集“创造商业价值、消除雾霾和碳减排为一体”。按一顿CO2转换1万人民币估算，宋维宁认为中国的碳排放潜在市场在几十万亿人民币以上。

以下是直播速记整理：

各位北大的校友，各位朋友，大家晚上好。今天我分享的主题是《全球视角下的中国碳中和博弈》。我是北大79级本科，曾经就读于北大、清华、加拿大麦克马斯特大学（McMaster University），在加拿大多伦多大学(University of Toronto)攻读博士后。在中国、加拿大和美国的9所大学学习和从事科研教学工作。我开始是做（碳基）生物质复合材料也叫木塑复合材料，参与了北美这方面的产业化过程，90年代末，在加拿大也做了一个上市公司，我是创始人之一。之后，就把木塑复合材料带回中国，也花了20年时间，把一个大学的技术在全球范围内市场化产业化。2016年我们创建了C4X团队，参赛世界碳X大赛，是唯一一支中国队，且闯进了世界十强，获50万美元奖金。2017年到2019年，我们以C4X团队为基础分别在苏州和大同创建了绿碳科技和山西碳研究院。

碳中和的艰巨及博弈

自去年9月份我们提出3060目标，碳达峰、碳中和开始受到重视，但是大家可能很少知道具体我们要做什么？

按照联合国IPCC2018年提出的“1.5 摄氏度”报告的具体目标，全世界2030年的CO2排放比2010年要减少45%，以便控制工业革命以来全球气候升温，也就是说到2030年全球要排放203亿吨CO2，希望中国实现的排放是54.6亿吨。目前，2019年全球排放CO2是360亿吨，中国是110亿吨左右，如果没有碳达峰碳中，中国到2030年应该是要排130~151吨，这就是一个巨大的矛盾。

上面这张图可以看到，过去29年，中国碳排放几乎与GDP增长正相关。也就说如果我们没有任何的其他新技术手段的话，CO2减排10%，就是GDP减少10%。如果以碳达峰为GDP发展的一项限制条件，在现有能源结构和经济发展的情况下，我们的模型计算出中国GDP增长率的上限是4.3%/年。所以为了实现3060目标，需要技术、经济方面的革命，以及全球化的战略布局。

为了保护欧洲企业的竞争力，欧盟3月10日通过了“碳边境调节机制”，简单来说就是要收“碳关税”（碳排放权交易系统 (ETS)），计划今年6月份宣布具体方案。目前的情况大概是会定价在30~50美元，中国钢铁、水泥甚至可能航空这些都可能要受到影响。

西方主要国家2030年碳减排目标，美国是设定50-52%NDC目标，我国2030年NDC碳减排目标是单位GDP的碳排放强度减少65%，即每1万元人民币所排放的CO2要减少65%，这个应该能够实现。但是按目前看，到2030年，中国的CO2排放应该在130-150亿吨，比2019年的110亿吨，多了30%。这其实就是一个目标，我们认为应该立即开展化石能源电站的CCUS，把CO2转化利用起来。我们提出CCCU方案，加了转化(Conversion)并已经开始实施。按照我们的路径，中国到2030年，可以回到2019的碳排放水平，而不是增加30%。

基辛格最近说出来的代表了一种西方对我们的态度：西方舆论已经相信，中国不仅是一个快速增长的国家，而且中国是一个固有的敌人，因此西方的主要任务就是对抗中国，降低它成为主要大国的能力。欧美全面抑制中国的战略，包括在碳中和方面。一方面，没有中国的参与，根本不可能实现全球碳中和；另一方面，欧美已经并将制定一系列政策，过多、过早地要求中国实现碳中和、并要求中国与他们一样，完全退煤、退出化石能源的使用等。在碳中和博弈上，须当心桌子下的阴谋。

另外从博弈的角度来说，还有一个关键点，就是从工业革命1870年开始，38个OECD经合组织国家累计排放了9500亿吨CO2，中国累计排放了2200亿吨CO2，我们比他们少排7100亿吨，算上咱们现在一年排放110亿吨的话，40年就是4400亿吨。所以从这个角度来说，中国确实是比他们少排了相当多。第二，大家都知道现在西方用的很多东西都在中国生产，排放都在我们这儿，使用是在他们那儿，实际上也是不公平的。我认为我们应该提出一条产业链整体考虑碳达峰碳中和的全球方案。

各国碳中和路径选择

由于各国的发展阶段不同、产业结构和能源结构等不同，显然不能采用同样的碳中和路径。而且欧美已经分别实现碳达峰，早已大力投入清洁技术（包括环保、清洁能源、碳减排等），并形成了对传统技术的替代。中国甚至还没有正式提出清洁技术这个概念，其发展上明显落后于欧美。

欧洲从2011年开始，提出温室气体减排目标，2014年又把这个目标提高，2019年6月逐步加码，目标越来越高。煤炭时代成就了英国，油气时代成就了美国，欧洲显然希望在碳中和时代，通过减碳，引领世界。2014～2020年，欧盟将预算的至少20%投向了气候变化相关活动，高达1800亿欧元。覆盖能源产业整个创新价值链，地平线欧洲（Horizon Europe）、创新基金（the Innovation Fund）、现代化基金（the Modernisation Fund），投资欧洲（Invest EU）等多个资金参与能源研究、开发和示范等环节。

上面这张图是我们专门做的中美对比。美国在碳中和路径考虑方面，提出的最优方案保留了部分化石能源（天然气11.7%,石油6.2%，合计18%），而不是全部是清洁能源的路径。美国碳中和路径最优方案（包括化石能源）的总成本占GDP的0.41%，100%清洁能源路径的总成本占GDP的0.95%。2050年美国的GDP预计是38.4万亿美元（269万亿人民币），碳中和路径最优方案（包括化石能源）的总成本1.09万亿人民币/年，100%清洁能源路径的总成本2.56万亿人民币/年。100%清洁能源路径比最优路径多1.47万亿人民币/年。

目前看，美国碳中和最优路径以经济性和新清洁技术为依托，投资较为合理，从2021到2050年，年均投资相当于1.09万亿人民币，30年合计32.7万亿人民币。目前中国提出的碳中和路径是完全没有化石能源的，以太阳能和风能为主（51.6%），加上30%的氢能，没有多少其他新的清洁技术或碳减排，特别是碳循环的技术。这个路径投资巨大，从2021到2030年，年均投资2.2万亿人民币，2031-2060，年均投资3.9万亿，40年合计139万亿人民币。经济代价上可能是全世界最高的。

“碳中和”需要一个漫长的过程。碳捕集、利用和封存（CCUS）技术在不改变能源结构的前提下，实现碳的有效封存和固化，是世界公认的最有前景的碳减排技术之一，对全球温升控制目标有着重要的意义。

欧洲化石燃料发电厂平均服役年限为28年（燃煤电厂33年，燃气电厂17年），而平均技术寿命约为50年。如果发电厂不进行CCUS改造，或者不提前退役，那么在2019～2070年间，上述这些在运行的发电厂，再加上建设中和规划中的发电厂，累计将排放超过250亿吨CO2。

中国燃煤电力占比将近60%，为全球之冠；燃煤电厂平均寿命为11.6年，不管从能源安全角度，还是从投资回收或社会公正角度，中国将在很长一段时间保留燃煤电厂。如果不采取CCUS技术，将继续向大气排放上千亿吨CO2。

2060年碳中和目标就是要求中国进行一场经济和技术革命，彻底改变经济结构，这将对所有人的生活产生颠覆性影响，尽管很多人还没有意识到。新清洁能源的基础建设不仅需要投资，还需要时间。在新的清洁能源建设、联网并稳定运行之前，不能提前关停化石能源电站，也必须保留部分应急化石能源电站。很多行业不及时开始相应的变革，特别是出口型企业，将可能在碳中和下的全球竞争中出局。

全新技术方案破解“碳中和”

那么我们能做什么？CCUS缺乏“U”, Utilization, 利用，只有CC,有的加了S，没有U。欧洲观点：CCU成本是CCS的3倍。这是完全不对的。国内的CCUS,从标准制定开始，都有欧洲的影子，比较被动。

我们提出了全新CO2转化技术，而且已经实现工业化，转化CO2为碳基材料、生物产品和化工原材料等。CO2已经不再是CO2。比如煤电完全可以做到全部CO2排放捕集，转化利用，并实现大气污染物零排放。保留部分煤电和天然气电站（15%），在实现自身碳中和前提下，作为其他清洁能源的应急能源，光风电的调峰，以及碳基材料、生物产品和化工原材料等。

航空业的碳减排也可以用化石燃料 + 碳捕集转化，可通过碳交易或建设碳捕集转化基地去实现。中国航空业排放约3亿吨CO2，2018年全球各国的国内和国际航班的CO2排放约8.95亿吨，占全球能源相关CO2排放量的2.4%。而电动飞机可能不能实现远程飞行，氢能飞机还需要制氢、储氢和运输等基础建设。

2020年11月，我们建成世界首套从煤电烟气中捕集CO2并将CO2转化为碳纳米管的小型工业化生产线。

我们的碳转化项目分为两部分，一部分是CO2的捕获，第二部分就是把CO2电解成碳纳米管和氧气。目前年捕集1280吨CO2，可转化碳纳米管200吨（消纳800吨CO2），另有部分CO2用于生产轻量质发泡材料，总产值约1.3亿元，利润约40%。

CO2捕集系统于2020年12月底建成，2021年1月中旬，我们在大唐云冈热电厂项目车间实现了CO2捕集——转化为碳纳米管的连续运行。

我们提出了一套方案叫污染和CO2的同时捕集、转化和利用，也就是在做CO2的时候，顺便把电厂排放的雾霾，主要是pm2.5、二氧化硫、氮氧化物给消除了。

电厂在运行时，没有CO2转化的利润很薄，在8%以内，一吨标煤的利润也就30~80块钱，超低排放脱硫脱硝成本在100~150元人民币/吨标煤，如果还要实现近零排放，技术上问题不大，但成本无法承受。将煤电站排放的CO2全部捕集，能耗及所有成本之和要求的平衡点是379元/吨CO2，与全部发电的价值相等。我们提出的方案，利用CO2转化利用产生的价值的一小部分，即可把烟气中残留的大气污染物进行进一步的处理，实现近零排放，使得化石能源也有可能成为清洁能源。目前我们把CO2转化，一吨标煤产生的CO2可以创造价值是3万~7万块钱。

我们为山西省提出了一条碳中和的路径。保留现有1/3的煤电站，相应的煤电站的装机容量为2520万千瓦，相当于72座35万千瓦的机组，年实际排放7920万吨CO2，约占山西总CO2排放的15.8%（山西省总排放约5亿吨CO2)。煤电站的碳中和用电将全部来自煤电本身，无其他清洁能源的协助；将上述煤电站排放的7920万吨CO2全部捕集，同时做到大气污染物排放为零。将捕集的CO2全部转化和利用（下图中的多种转化利用），在未来40年里，碳经济投资2500亿，年产值11800亿，碳经济的价值是电价的近40倍，利润4600亿元，利润是发电的近200倍。这些煤电站也是应急能源和光风电的调峰配置。

碳纳米管（CNT）为管状的纳米级石墨晶体，是单层或多层的石墨烯层围绕中心 轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管状结构。碳纳米管在力学、电学、热学等性能方面具备优异表现，是具备多领域应用潜能的战略新材料，目前市场价格约50万元/吨。

碳纳米管还没有大批量的应用起来，但已经有一些应用，比如锂电池用碳纳米管导电浆料、导电塑料母粒、导热硅脂、5G散热膜等，用于LED导热接着剂、电子电器（服务器、摄像头、逆变器、电磁炉、电冰箱、电磁炉）、电气（开关电源、变频器）、电脑CPU、控制板、光纤通讯器材等极为广泛的电子电器领域。

作为一种新型材料，碳纳米管成为一种颇具潜力的新型导电剂。特殊结构和优良的导电性可以使锂电池在循环过程中保持良好的电子和离子传导功能，从而大幅提升锂电池的循环寿命。2011年，比亚迪、宁德时代等公司开始在动力电池领域应用碳纳米管，用于改善电池性能。

我们认为CO2不是负担，是巨大的财富。回顾几千年来，石油、天然气和煤是人类赖以生存的燃料，近几百年来，它们是所有工业的三大基础原材料。我们认为，国际上也有这种观点，可以把石油、天然气、煤、生物质和CO2作为工业的五大基础原材料，它们能够生产出4万多种人类社会需要并赖以生存的产品。

我们做了一个金字塔图。最广泛的应用是CO2可以用作矿化，水泥、钢渣、粉煤灰、建筑垃圾等可以与CO2反应起到固化的作用；在农业大棚里把CO2加进去，可以起到气肥的作用，能够增产、早熟。但做农业基本上卖不出钱，只能从政府拿点碳交易的补贴，大概是20~40元/吨CO2，矿化大概是70~100元。

第二可以把CO2进行生物转化，用微生物、酶和微藻等来转化 CO2。转化产品涉及食品、饲料、化妆品、医药品、肥料等生物活性物质，产品价值百元至万元/吨。可转化量在十万吨至千万吨级，甚至亿吨级。再往上是做化学转化，产品涉及各个领域，产品价值千元至万元/吨。涉及氢气等其他化工原材料、可能需在化工园区进行，可转化量在十万吨至千万吨级。

碳纳米材料是最高附加值的CO2转化产品，产品价值万元至百万元/吨。CO2被还原为碳纳米材料和氧气，最彻底的转化。单位碳纳米材料含约4个单位的CO2。可转化量在十万吨至千万吨级。

超越碳中和- 负碳发展

最后我想说一下超越碳中和 - 负碳发展的必要性。如果到2060年已经实现了碳中和，完全停止了向大气排放CO2。那么工业革命以来已经排放到大气中的上万亿吨CO2怎么办呢？一旦CO2进入大气，它就会在其中停留很长时间。仅仅经过自然过程，大气中的CO2就需要几十年，甚至几百年，上千年的时间才能返回工业革命前的水平。

在全球范围内，我们目前每年排放约四百亿吨CO2，加上其他温室气体，CO2排放当量520亿吨。根据政府间气候变化专门委员会IPCC的“巴黎目标”：我们必须努力减到每年200亿吨CO2，以将变暖限制在摄氏1.5度(与工业化前的水平相比)。我们希望大气中CO2的浓度从418ppm降到350，回到1990年气候变化之前。

这意味着，如果我们继续以与今天相同的水平排放，我们每年必须从空气中清除200亿吨CO2。在我们实现2030年碳达峰之前，我们每年将排放110-130亿吨CO2。按照中国排放27%的温室气体的量，假设设置中国每年从空气中去除36亿吨CO2的目标，并开展多种转化利用，可创造5万亿至74万亿人民币的碳经济。