目前我国每年的二氧化碳排放在100亿吨左右。那么，这100亿吨二氧化碳的排放主要来自何处？了解这一点对我国如何实现碳中和目标至关重要，这也是构成我国碳中和路线图的逻辑起点。根据国家相关统计，我国2020年的一次能源消费总量约为50亿吨标准煤，其中煤炭、石油、天然气占比分别为56.8%、18.9%、8.4%，一次电力及其他能源的占比仅为15.9%。100亿吨二氧化碳的排放中，发电（供热）占比45%，工业占比39%，交通占比10%，建筑占比5%，农业占比1%。工业排放中，建材工业（37.9%）、钢铁工业（31.5%）、化学工业（24.1%）和有色工业（6.4%）占主导地位（此处比例由四大高碳排放领域归一化后计算得到；其他工业领域碳排放量较少且门类繁多，暂不考虑）。这里需要特别指出，各家数据由于统计口径略有差别，有关二氧化碳排放“终极来源”的数量也有所差别。但总的说来，这个差别不影响对我国如何实现碳中和的基本理解。

根据碳中和定义，以及碳排放、碳自然吸收、碳人为固定等概念，我们可以得出结论：碳中和看似很复杂，但概括起来就是一个“三端发力”体系。第一端是能源供应端，尽可能用非碳能源替代化石能源发电、制氢，构建“新型电力系统或能源供应系统”；第二端是能源消费端，力争在居民生活、交通、工业、农业、建筑等绝大多数领域中，实现电力、氢能、地热、太阳能等非碳能源对化石能源消费的替代；第三端是人为固碳端，通过生态建设、土壤固碳、碳捕集封存等组合工程去除不得不排放的二氧化碳。这就是碳中和的基本逻辑。

一国无论是技术原因，还是市场原因，其“不得不排放”的二氧化碳总量等同于自然吸收量与人为固碳量之和，即可视为净零排放，实现了该国的碳中和。由此可见，有先进并廉价的技术可供这三端所用，是实现碳中和的前提条件。也就是说，“技术为王”将在碳中和过程中得以充分体现。

2022年全国累计发电装机容量约25.6亿千瓦，同比增长7.8%。假定未来能源消费端要实现电力替代、氢能替代（氢气也主要产自电力），人均GDP从1万美元到3万、4万美元所需的能源总量明显增长，风、光发电利用小时数难以明显提高，未来总人口不会明显下降，那么我国实现碳中和时，估算总的电力装机容量会在60亿—80亿千瓦。因此，未来新型电力系统的第一个特点是电力装机容量巨大。

从实现碳中和的角度讲，我国拟以装机总量60亿—80亿千瓦（风力发电、光伏发电共占比70%，稳定电源、应急电源和调节电源占比30%）为目标，规划新型电力系统。在40年时长内，大致以每10年为一期，顺次走控碳电力、降碳电力、低碳电力最后到近零碳电力之路，并完成超大规模的输变电基础设施建设。要建立这样的新型电力系统，无论是发电，还是储能、转化、消纳、输出等，技术上都有大量需要攻克的关键环节，这将成为实现碳中和目标的重中之重。

用非碳能源发电、制氢，再用电力、氢能替代煤炭、石油、天然气用于工业、交通、建筑等部门，从而实现能源消费端的低碳化甚至非碳化，这是实现碳中和的核心内容。在绿色低碳电力供应充足并价廉的前提下，能源消费端的低碳化主要是通过各种生产工艺流程的再造来完成。

能源消费端的排放大户是工业、交通、建筑三部门，工业部门的排放大户是钢铁、有色、化工、建材四领域。从现有技术分析，交通的低碳化甚至非碳化较易实现，即轨道交通和私家车可用电力替代，船舶、卡车、航空可部分用氢能替代。这里关键之处是建设私家车的充电体系，建设从制氢到运输再到加氢站的完整体系，当然还有如何保证经济、安全等问题。建筑部门的低碳技术亦基本具备，大致可考虑以下途径，即城市以全面电气化为主，加上条件具备的小区以电动热泵（地源热泵、空气源或者长程余热）为补充，少部分情况特殊者可部分利用天然气；农村则以屋顶光伏+电动热泵+天然气+生物沼气+输入电力的适当组合为主。

以上两大部门去碳化的关键是政府与市场做好协调，并以合适的节奏推进。

工业部门的钢铁、有色、化工、建材目前还没有用电力、氢能替代化石能源的成熟技术，虽然从理论上讲是可以实现的，但仍需技术层面变革性的突破和行业间的协调。事实上，国内外一些企业与研发单位，在氢能+电力+煤炭的“混合型”炼铁（如氢冶金）上已有较为成功的例子。从工艺流程再造看，不同工艺过程既可考虑先采用低碳化的“混合型”再到无碳化的“清洁型”，也可考虑一步取代到位。

由此可见，能源消费端的“替代路线”亦需研发大量新技术并布局大量新产业。

需要说明的是，水泥一般用石灰石作原料，煅烧过程中不可能不产生二氧化碳，这部分如得不到捕集利用，当在“不得不排放的二氧化碳”之列。此外，煤炭、石油、天然气作为资源来生产基础化学品、高端材料、航空煤油等，其开采-加工-产品使用的全生命周期中也存在“不得不排放的二氧化碳”。

从以上两部分的分析看，无论是发电端还是能源消费端，到2060年时，都会有相当数量的碳排放存在，需要固碳措施予以中和。

在已有的经济社会发展逻辑之下，到21世纪中叶，一定会有一部分“不得不排放的二氧化碳”，不管是由于技术上不具备还是经济上不合算。由此，我们在对标碳中和时，首先要弄清楚一个问题：我们减排到什么程度，即可达到碳中和？

过去的全球碳循环数据表明，人为排放二氧化碳中的约54%被陆地和海洋的自然过程所吸收，假定未来几十年全球碳循环方式基本不变，尤其是海洋吸收约23%的比例不变，则各国排放的约46%那部分应该是“中和对象”。但事实上，陆地吸收的约31%大部分来自生态过程，小部分来自其他过程，二者之间的比例目前尚未研究清楚。根据相关研究，2010—2020年我国陆地生态系统每年的固碳量为10亿—15亿吨二氧化碳，最有可能的估计范围为每年11亿—13亿吨二氧化碳；一些专家根据这套数据并采用多种模型综合分析后，预测2060年我国陆地生态系统固碳能力为10.72亿吨二氧化碳，如果增强生态系统管理，还可新增固碳量2.46亿吨二氧化碳，即2060年我国陆地生态系统固碳潜力总量为13.18亿吨二氧化碳。根据以上分析，如果我国2060年时排放25亿—30亿吨二氧化碳，则海洋可吸收5.75亿—6.9亿吨，生态建设吸收13亿吨，陆地总吸收的31%中，生态系统吸收以外的其他过程如果占一定比例，吸收2亿吨左右，那么吸收总量将在22亿吨左右；在此基础上，如果发展5亿吨规模的CCUS固碳技术，则大致能达到碳中和。

如果我们将2060年“不得不排放的二氧化碳”设定为25亿—30亿吨，则需要在目前100亿吨的基础上减排70%—75%，挑战性非常大。这就需要制定分阶段减排规划，理论上讲，我国可考虑“四阶段”的减排路径，从现在起用40年左右的时间达到碳中和目标。

第一个阶段为“控碳阶段”，争取到2030年把二氧化碳排放总量控制在100亿吨以内，即“十四五”期间可以增点，“十五五”期间达峰后再减回来。

在这第一个十年中，交通部门争取大幅度增加电动汽车和氢能运输占比，建筑部门的低碳化改造争取完成半数左右，工业部门利用煤+氢+电取代煤炭的工艺过程大部分完成研发和示范。这10年间电力需求的增长应尽量少用火电满足，而应以风电、光电为主，内陆核电完成应用示范，制氢和用氢的体系完成示范并有所推广。

第二个阶段为“减碳阶段”，争取到2040年把二氧化碳排放总量控制在85亿吨之内。

在这个阶段，争取基本完成交通部门和建筑部门的低碳化改造，工业部门全面推广用煤/石油/天然气+氢+电取代煤炭的工艺过程，并在技术成熟领域推广无碳新工艺。这10年火电装机总量争取淘汰15%落后产能，用风、光资源制氢和用氢的体系完备及大幅度扩大产能。

第三个阶段为“低碳阶段”，争取到2050年把二氧化碳排放总量控制在60亿吨之内。

在此阶段，建筑部门和交通部门达到近无碳化，工业部门的低碳化改造基本完成。这十年火电装机总量再削减25%，风、光发电及制氢作为能源主力，经济适用的储能技术基本成熟。据估计，我国对核废料的再生资源化利用技术在这个阶段将基本成熟，核电上网电价将有所下降，故用核电代替火电作为稳定电源的条件将基本具备。

第四个阶段为“中和阶段”，力争到2060年把二氧化碳排放总量控制在25亿—30亿吨。在此阶段，智能化、低碳化的电力供应系统得以建立，火电装机量只占目前总量的30%左右，并且一部分火电用天然气替代煤炭，火电排放二氧化碳力争控制在每年10亿吨，火电只作为应急电力和一部分地区的“基础负荷”，电力供应主力为水、光、风、核。除交通和建筑部门外，工业部门也全面实现低碳化。尚有15亿吨的二氧化碳排放空间主要分配给水泥生产、化工、某些原材料生产和工业过程，以及边远地区的生活用能等“不得不排放”领域。其余5亿吨二氧化碳排放空间机动分配。