仇保興：城市如何實現碳達峰碳中和

時間：2021-06-29 14:28:19 來源：薩頂頂發電供熱

仇保興丨國務院參事、中國城市科學研究會理事長

　　以城市為主體來實施(30·60)戰略具有五大優勢。一是，城市是人為溫室氣體排放的主角(占75%)。二是，我國城市行政區包括山水林湖田鄉村和城鎮，有利于因地制宜、科學布局可再生能源和碳匯基地。三是，改革開放四十年城市間的GDP競爭可轉向GDP增長與減碳雙軌競爭。四是，以城市為減碳主體可使“從下而上”“生成”碳中和體系，與“從上而下”“構成”行業碳中和體系進行互補協同。五是，以城市為主體的(30·60)戰略能演化成最優碳中和路徑。“解鈴還須系鈴人”，城市的問題還需要通過城市自身來解決，需要通過目標導向、問題導向和經驗導向這三方面的綜合演化出最佳碳中和線路圖和施工圖。

一、碳匯的“負面清單”

　　首先，森林的碳匯能力遠沒有人們所想象般巨大。我國曾公布到2020年森林面積比2005年增加4000萬公頃，木材蓄積量增加13億立方米。即每年凈增加不足1億立方米，約等于每年削減幾億噸二氧化碳排放，與我國每年超百億噸的排放量相比，收效甚微。

　　對各種碳匯進行比較，單位海域生物固碳能力是森林的10倍、草原的200倍。而森林每立方米蓄積量約吸收1.83噸CO2，釋放1.62噸O2。

　　海洋生物碳匯過程中，大量的貝類如牡蠣能夠將二氧化碳封存后轉化為牡蠣的甲殼，固碳期幾乎無限，可達數千甚至上萬年，屬于自然固碳。大自然中大量的貝殼甲殼化學成分都是碳酸鈣，由此導致海洋的碳匯量巨大。相比之下森林的碳匯量則小得多，但是其對陸地生物多樣性的貢獻達80%。很多人倡導通過在城外農地上種樹來提高碳匯，實際上這一方案碳收益很低，例如對于沿海的深圳市，與其花費大量的人力財力種樹，不如把深圳近海的紅樹林培養好，單位面積的紅樹林(包括海洋生物)的固碳量比森林固碳能力高出數倍甚至數十倍。

　　其次，光伏發電綜合減碳效應明顯。除了自然固碳之外，還可以利用光伏進行減碳。一畝地的光伏板所減碳量和固碳量遠高于一畝草原，在一些戈壁灘上建立光伏發電站，不僅能夠利用光伏發電，還能挽救和改良生態，豐富物種多樣性和有效阻止沙漠化蔓延。因為高原地區(晝夜)溫差大，早晨的霧氣可以凝結在光伏板上，使光伏板下的沙地得到滴灌，有了水后自然就會長草。

　　內蒙古磴口光伏治沙項目，電站規模5萬千瓦，占地面積約1700畝，板間種植苜蓿等防沙植物800余畝。自2013年并網以來，電站周圍植被覆蓋率從建站前5%上升到2018年77%，配合外圍防護林實現了沙丘全部固定，有效阻止沙漠化蔓延。項目每年通過生態治理可實現8556噸二氧化碳的固化。

　　太陽能光伏板的制造需要單晶硅原料的提煉，提煉后還需進行切割，不論是提煉還是切割都需要耗能，那么從全生命周期來看，是不是太陽能光伏板這種減碳方式并不合理?事實上，在十多年前這種顧慮是成立的，但是隨著光伏技術的發展，現在的光伏板壽命和光能轉化率比過去明顯提升，而且全生命周期的能耗也因技術創新而成倍下降，根據當前光伏板轉化效率和成本測算，一塊光伏板在安裝后3-5年發出來的電量就可以填補光伏板在生產過程中產生的全部能耗。

　　根據測算，北京地區每畝太陽能板減碳能力相當于15.4畝林地。太陽能光伏電站當前的標桿電價是0.3元每度電，而居民用電約為0.5元/度，工業用電約為0.7元/度。因此，只要光伏發電達到一定規模就有足夠的利潤。

　　再次，錯誤的植樹造林反而會增加碳排放。不同品種、不同樹齡的樹林，產生的碳匯量都不一樣。碳四類植物由于它的光合作用比一般碳三類植物高約一倍，例如玉米、高粱等，這些植物用同樣的水灌溉，但在成長的過程中吸收的碳遠超其它植物。世界上碳四植物約有50多種，如果將他們中的部分進行轉基因培育，使其干莖生長更快，固碳效能更高，收割后利用余熱碳化，固碳的成本也將大大低于傳統的CCUS法。

　　此外，樹木碳匯也要注意“碳負面清單”，如果采用負面清單上的方式進行種樹，減碳效果不僅很少甚至會起到反作用。例如現在很多城市還在將深山老林的老樹、大樹移植到城市中來，其實老樹大樹的新增碳匯效果是比較小的，挖、運、植的過程中反而要排放大量二氧化碳。而將樹木通過交通工具遠距離運送，實行異地種樹，也是一種高碳的行為。除此以外，還有一些非專業的種樹等不僅不是低碳行為，反而會造成高碳排放。最需要注意的是不能在年降雨量小于500mm的地方植樹，樹木成長需要大量水份，北方許多城市用水都只能依靠南水北調，而這南水北調的水是實實在在的高碳水。特別是主張在沙漠種樹種水稻這類事情，絕大多數是荒謬的，即使能種樹，那也是依靠抽取大量地下水灌溉，這無異于飲鴆止渴。大家都知道胡楊的樹根可以深深扎根到數十米深，這些依靠地下水灌溉的樹木或水稻可能在前幾年會長的很好，但是地下水水量非常有限，一旦抽取過度，水位下降，即使有著“沙漠衛士”的胡楊也無法幸免于難。

　　不同種植物在成長過程中所需水量不同，對植物所澆的水，植物只可能吸收0.5%-1%用于固碳，而其它99%的水都蒸發掉了。針葉樹產生1公斤生物量所需的水分最多，但水份足時，針葉樹的蒸發量成倍增長、但水分少時也可以存活。而闊葉樹則是水多水少都會蒸發，水少的話甚至還會死掉，綜合表現來看，桉樹表現的最好，所需水量最少但在北方地區無法存活。

　　總結一下，通過推廣光伏治沙項目，可以實現既治沙又發電，而且通過凝結的水蒸氣還可以進行沙漠綠化。另一方面還可以推廣的項目是發展風光電-水-土-林-匯模式，通過采取擴大人工造林和增加土壤固碳潛力兩個措施來進行固碳。目前在美國等一些發達國家正專注于發展碳捕捉技術，這是固碳的有效辦法，但綜合其收益與成本來看，并不值得廣泛普及，當前我們不能盲目學習推廣美國高成本、高耗能的碳捕捉技術，而是應該促進生物質自然碳捕集與封存發展。

二、建筑節能減碳

　　第一，建筑全生命周期碳排放約占全社會排放量的一半。據《中國建筑能耗研究報告(2020)》，從2005年到2018年，我國建筑全過程碳排放變動趨勢，建筑全生命周期碳排放量達到了49億噸(約占全社會碳排放的48%)，并且碳排放主要集中在建筑運行和建材生產過程，而建筑施工碳排放只占其中的很小一部分。由此可見，計算建筑碳排放，判斷一個建筑是否為高耗能，或低碳建筑，不能只考慮運行階段的碳排放，而是應該從全生命周期來衡量碳的排放。

　　從當前建筑運行相關的二氧化碳排放狀況來看，我國公共建筑的面積最小，但是耗能強度最大;北方采暖建筑總面積不大，但碳排放約為5.5億噸�，F在還有很多南方城市都在計劃實行集中供暖，如不謹慎考慮，這將會明顯增加這些城市的碳排放。我們的思想觀念不能仍停留在工業文明搞大投資的傳統理念上，也要更多考慮能耗和碳排放的問題。

　　第二，基于三個原因，我國住宅運行耗能明顯低于發達國家。我國每平方建筑平均能耗強度遠遠不及美國、英國、加拿大等資本主義國家。美國的人口不到我國的1/4，但是所消耗的建筑能耗遠比我們要高，一個美國人的建筑能耗相當于5個中國人。為什么這么高呢?主要有三個原因：一是中國人人均面積約為40平方米，而平均每個美國人則擁有住宅達85平方米;二是我國住宅主要用的是分體空調，而美國住宅主要用集中空調;三是我國家庭不用烘干機，而烘干機在美國基本屬于必需品，正是由于這幾個因素，使得中國人均建筑能耗要比美國低的多。對我國建筑尤其是住宅實行每個房間安裝一個空調是最節約的模式，分布式的能源供應和設施是最節能的，而“三聯供”的集中供熱模式從實踐來看其實只適用于我國北方城市。

　　第三，綠色建筑能為城市碳中和提供基礎性貢獻。綠色建筑有一個重要的特征，即能夠在建筑全生命周期體現節能、節水和節材。例如建筑材料如果是本地生產的，沒有長距離的交通成本基本屬于低碳，但是如果是從意大利進口的建筑材料，那就得加上運輸過程中的碳排放，這顯然屬于高碳項目。

　　綠色建筑第一次顛覆了我國傳統的建筑碳排放計算標準，這也使技術人員掌握了國際通用的能耗計算標準。綠色建筑還有個別名為“氣候適應性建筑”，即建筑的能源系統和圍護結構能夠隨著氣候的變化而自行調節，使建筑的用能模式發生適應性變化。例如夏天的時候可以把多余的熱量儲存在地底下，使土壤成為一個熱儲存器，到冬天的時候又把這些熱量取出來用于取暖。春天、秋天為什么能耗很低?因為這時候只需要開開窗戶就行了。這套系統比較適用于冬冷夏熱的廣大長江流域。

　　值得注意的是，玻璃幕墻建筑雖被視為城市建筑現代化的標志，但是在南方地區卻要謹慎大面積推廣。玻璃本身的導熱性能好，而隔熱效果差，在夏天，太陽輻射熱大，導致建筑內溫度很高。但是如果這類全玻璃幕墻建筑建在哈爾濱等北方地區，由于北方城市一年中夏季時間短，常年的平均氣溫較低，則可以充分利用太陽光照射所能吸收的熱量來調節室內溫度，這時候的玻璃幕墻建筑則是節能的綠色建筑。

　　第四，建筑碳中和的關鍵在于社區級能源微電網。需要強調的是，建筑脫碳潛力在于社區“微能源”系統。將風能、太陽能光伏與建筑進行一體化設計，同時利用電梯的下降勢能和城市生物質發電，利用社區的分布式能源微電網以及電動車儲能組成微能源系統。

　　借助這個微能源系統，可以有效調節電網波動，例如在峰谷的時候，用電動汽車進行充電;當峰頂時，可以借用電動車所儲電能反饋電網一部分電力，對電網用能進行調節。如果外部突發停電，社區也可以借助各家各戶的電動車電能作為臨時能源供應。但是這種模式面臨的問題在于需要各地電網公司積極參與和推廣這種做法。

　　第五，建筑內部的“魚菜共生”系統有可能在將來發揮重要脫碳作用。國外已經開展了大量研究，綠色建筑的高級階段可以發展為“魚菜共生”系統，使日常食物能夠在建筑內實現并就近供應。魚菜共生是一種新型的復合生態體系，它把水產養殖與水耕栽培兩種原本完全不同的農耕技術，通過巧妙的生態系統設計，達到在建筑內科學的協同共生，從而實現養魚不換水而無水質憂患，種菜不施肥而正常成長的生態共生效應。

　　對于建筑節能減碳還需要建立一個負面清單：一是防止城市低密度發展，即防止美國式的過度郊區化;二是在南方地區或長江流域謹慎推行按建筑平方米計價的“集中供熱”，以及“三聯供”或“四聯供”系統供能;三是在夏熱冬暖或夏熱冬涼地區謹慎使用大面積的玻璃幕墻;四是限制盲目建設超高層建筑，超高層建筑人均能耗要比普通建筑至少高15%;五是防止過度推行中央空調;六是農村謹慎消滅土坯房，實際上，夯土建筑每立方米比熱容量約為混凝土的一倍，改良后的抗震夯土建筑不僅成本低廉也是最節能的，凝聚了過去老百姓的歷史生活經驗和古老的中華智慧。

三、交通領域如何控制碳排放

　　首先，城市之間的不同交通選擇對碳排放強度影響顯著。2018年，在交通部門的總排放量中，道路運輸、鐵路運輸、水路運輸和民航運輸分別占73.5%、6.1%、8.9%和11.6%，道路運輸占比最高，增長也明顯高于其它運輸模式。我國道路交通的碳排放在逐年升高，這一定程度上是由于私家車的使用比例在提高。日本在上世紀六十年代就做過研究，同樣一噸貨物，如果用小車公路運輸產生的碳排放比大車運輸要高出20倍，占地面積還大30倍，這一研究成果促使了后來日本大力推行新干線的建設。

　　當使用不同燃料時，即使是同樣的車輛交通，其產生的碳排放也有明顯差別。如果以氫氣作為燃料，灰氫與綠氫產生的碳排放相差數十倍，不同來源的甲烷產生的碳排放也完全不一樣。

　　其次，城市內部不同燃料和交通工具將決定交通碳中和的難易程度。對各類交通工具的碳排放與其占地面積進行比較后發現，單人出行的私家車人均占地面積和碳排放最大，其次是插電式電動車、拼車式私家車、摩托車等。摩托車的碳排放比地鐵、巴士的碳排放還要高，而且摩托車乘用兩沖程內燃機，燃燒不充分產生的污染比四沖程的一般燃油汽車更大。由此可見，自行車、電動自行車，以及共享單車顯然是綠色低碳的交通方式�，F在世界各國都已經陸續公布了燃油車的禁售時間。

　　有相關數據表明，實際上高達90%的私家車大部分時間停在路邊或者車庫中，如果要滿足民眾出行需求，可能只需要現有車輛總量的10%左右。借助日益成熟的5G技術，在未來我國許多城市可以發展成網聯車，充分提升出行、交通效率和降低交通碳排放。

四、從廢棄物處理與市政角度看減碳

　　第一，垃圾微循環利用能發揮明顯的減碳效果。城市與自然對立的表現就在于生產、消費、降解三者的失衡，必須要逐步實現資源使用低碳化，對廢棄物進行就近降解再循環。但是我國現在流行做法是將廢棄物通過長途運輸，然后集中處理，這種被稱之為“靜脈產業”的做法仍舊屬于工業文明的處理方式。

　　大自然對廢棄物是“處處微循環”，工業文明的處理方法是“處處長循環”。這方面科學減碳就必須使各種廢棄物就近循環使用。尤其是百年高達五十億噸的建筑垃圾，推行就地加工制成建筑材料回用是最低碳的模式。

　　城市礦山是指將重要的原材料以建筑工程等形式在城市中有序貯存。經過工業革命300年的掠奪式開采，全球80%以上可工業化利用的礦產資源，已從地下轉移到地上，并以“垃圾”的形態堆積在我們周圍，總量高達數千億噸，并還在以每年100億噸的數量增加。只要采取有效的設計、建造、回收模式，工業文明時期累積起來的各種金屬材料，正成為一座座永不枯竭的“城市礦山”。

　　北歐一些國家在金屬儲存方面設置了一條警戒線，該警戒線是以第二次世界大戰武器使用的鋼材量為標準建立的，當金屬儲存量到達這一條線時即說明該國的鋼材儲備達到了國防安全，可以不依賴進口。對國家而言需要有一定的鋼鐵儲備，而鋼鐵和其它金屬材料的儲備都可以以“城市礦山”的方式進行。比如，不銹鋼或耐候鋼建材建造的建筑，其建材在60年甚至百年以后，由于其自身特性，受腐蝕的程度很小，可以有效回收利用，從而大幅度減少鋼鐵行業碳排放并增強國民經濟體系的韌性。

　　廢物處理方式中，傳統的垃圾填埋方式不需要消耗能源，但是這一處理方式的占地面積很大，對地下水生態系統干擾也極大;稍好的主流辦法是采取“廢棄物能源化”，即燃燒處理，這一方式獲得的能源是所有方式中最高的，但產生的污染和次生廢棄物量也很大。最綠色的技術是垃圾就地循環使用，既不占用太大的占地面積，也不需要太高的能源產出，關鍵在于廢物循環利用與減量減碳化。

　　第二，中水多級、多次回收再利用是減少供排水碳排放的重要途徑。城鎮住宅和生產單位污水，目前都是通過污水管網收集長距離輸送到污水處理廠進行集中處理，這是一種工業化處理的方式，碳排放強度很高。值得推廣的新模式是用分散式的集裝箱式再生水處理器，這種方式不僅能夠實現水的“微循環”，而且更節能、節地、節省投資。事實上，水只要不蒸發就能就地實現N次循環利用。并且這類設施將單位體積的污水處理成純凈水比海水淡化成本降低一倍。

　　第二個節水的辦法是戶內“中水回用”。利用戶內中水集成系統可以將洗臉盆、洗衣機、淋浴產生的廢水集中儲存在一個裝置內自動進行過濾消毒，消毒后就成為抽水馬桶、拖布池的用水。這套系統可以杜絕部分居民由于不放心其它樓層居民的健康狀況，導致不愿意使用中水的顧慮，因為這類戶內中水回用設施用的是自己一家人的廢水。

　　高級別的海綿城市與低級別的海綿城市工程產生的減碳效益完全是不一樣的，城市網絡每一個節點采用不同的技術和措施，產生的節水、節能和碳減排的效益也都有差別。有時越是開發強度高的大拆大建項目的綜合節能降碳效益反而越不好。

　　低碳城市設計建設是否成功，有時取決于細節上是否科學合理。著名生態城市瑞典馬爾默生態城的馬路上，一般的降雨可以由地磚縫隙下排吸收，稍微大點的雨量可以流經路旁的小型濕地園由植被土壤吸收下滲，大雨時則借助該濕地園植物下滲凈化作用，使污染物較高的初期污水進入河流前被小型濕地凈化。由于馬爾默市街道邊這道利用小型濕地園下滲的細節，使其雨洪中雜質得到緩沖吸收，降低了對自然水系的干擾。這種投資很少、見效很快、景觀宜人，可靈活性安排的小項目很值得在我國推廣。

　　第三，煤氨混燒可能是保障城市電力供給韌性和脫碳的優先選擇。據日本媒體報道，日本政府2050年實現二氧化碳凈零排放，燃料氨產業是重點領域之一。日本經濟產業省(METI)已經制定計劃，到2050年日本燃料結構中使用3000萬噸可再生氨，以減少傳統發電廠和航運船只的排放。日本經濟產業省還計劃到2030年用氨與煤炭混燒，替代日本燃煤發電站20%的煤炭供應，隨著時間的推移，這一比例將上升到50%以上。最終目標是建設氨氣發電廠，作為新的低碳電力結構的一部分，再加上海上風能和核能達到凈零排放。

　　值得指出的是：在諸多類型的燃料中，煤炭的貯存成本和安全性最好。如果我國在碳達峰、碳中和進程中采用“氨煤混燒”工藝路線，不僅能利用我國全球數量最多的燃煤電廠來脫碳供電，而且一旦出現危急狀態，這些電廠或鍋爐又可重新恢復燃煤發電，從而確保我國應急能源供應。

　　第四，城市內部的綠化具有顯著的綜合減碳效應。城市內部綠化對于碳匯的作用其實很少，但這類綠化一旦合理布局就會產生間接而且巨大的綜合減碳作用。行道樹木和小型園林中的喬木能夠通過水蒸發和遮陽效應達到明顯的環境降溫作用，能夠促使民眾減少使用空調，從而間接地實現了節能減碳。

　　基于這個原理，同樣一片區域內的40公頃綠地，如何布局才能使其效益最大化?綠地系統設計首先需要網格化的布局;第二，需要結合社區空間結構見縫插針，多種植占地小遮陽效果好的高大喬木;第三，社區微園林要設計成花草灌喬多層合理搭配的布局。這樣減碳和美化環境效果才能達到最大化。城市內部的綠化具備減碳效應，但80%以上是通過減緩熱島效應而產生的間接減碳，通過植物作用進行直接碳匯的量很少。

　　立體園林建筑是近幾十年出現的建筑新模式，這種建筑可以使每戶人家擁有20-50平方米的菜地花園。這些陽臺菜園可以種花種菜，具有5大綜合減碳效果，一是減少熱島效應，使夏天的空調有效減少，可以節省30-55%能源消耗。二是，因植物量很大，可以使小區綠化率提高到160%。三是可充分利用多余的中水和雨水在陽臺園地實現水循環利用。四是將廚余垃圾簡易處理后成為花草菜的肥料。五是微型園林有助居住者身心健康。2016年《英國精神病學雜志》發表的一項研究表明居住在城里患焦慮癥的人口比充滿綠色的農村多50%，精神分裂癥則高幾倍。“少得病、少吃藥、增健康”也是一種間接減碳成果。

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