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專家觀點 賀克斌：數(shù)字賦能碳中和與清潔空氣的協(xié)同治理
清潔空氣政策伙伴關(guān)系 / 2023-05-26 / ：149
3月30日，中國清潔空氣政策伙伴關(guān)系主辦的碳中和與清潔空氣協(xié)同路徑高端論壇在京召開。
論壇上，中國工程院院士、清華大學碳中和研究院院長賀克斌以“數(shù)字賦能碳中和與清潔空氣協(xié)同治理”為題作主旨報告，強調(diào)減污降碳協(xié)同中，降碳需要資源增效減碳、能源結(jié)構(gòu)降碳、地質(zhì)空間存碳、生態(tài)系統(tǒng)固碳、市場機制融碳“五碳并舉”。并通過介紹中國多尺度排放清單模型等碳中和與清潔空氣協(xié)同科學評估與決策支持平臺相關(guān)情況，對未來減污降碳協(xié)同路徑進行優(yōu)化分析，描繪數(shù)字賦能的應(yīng)用場景。
以下為賀克斌院士報告全文：
近年來，通過開展一系列清潔空氣行動，中國PM2.5濃度持續(xù)下降，空氣質(zhì)量改善明顯，碳排放量也有所降低。但隨著污染治理進程的深入，污染物減排幅度逐漸收窄，PM2.5和O3復(fù)合污染問題突出，大氣污染防治仍任重道遠。“雙碳”目標的提出為空氣質(zhì)量持續(xù)改善注入了全新動能，碳中和與清潔空氣協(xié)同治理將實現(xiàn)環(huán)境效益、氣候效益和經(jīng)濟效益多贏。未來我國需持續(xù)開展科學研究和科技創(chuàng)新，加強數(shù)字技術(shù)在減污降碳領(lǐng)域的應(yīng)用，進一步優(yōu)化協(xié)同路徑和目標，以數(shù)字賦能推動碳中和與清潔空氣目標的實現(xiàn)。
一、我國清潔空氣政策的協(xié)同減排效益
2013-2022十年間，隨著《大氣污染防治行動計劃》（簡稱《大氣十條》）《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》（簡稱《三年行動計劃》）等國家重大行動計劃的頒布實施，我國開展了燃煤電廠超低排放改造、非電行業(yè)深度治理、VOCs綜合治理等大氣污染物重大減排工程，在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、新型電力系統(tǒng)構(gòu)建、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、交通結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面取得顯著成效，大氣污染防治實現(xiàn)歷史性變革。
從污染物排放量變化看，我國主要大氣污染物排放量的攀升勢頭逐步被遏制（圖1）。全國SO2、NOx和一次PM2.5排放量分別于2006、2012和2006年達到峰值，2020年排放量相較峰值分別下降了77%、32%和53%；2017年，VOCs和NH3排放量首次出現(xiàn)拐點，但減排幅度較小。VOCs和NH3排放量長期居高難下，其減排是大氣污染防治的薄弱環(huán)節(jié)。
圖1. 2000-2020年，中國主要大氣污染物排放量以及國民生產(chǎn)總值和能源消費總量相對變化
（圖片源自演講者PPT）
從污染物濃度時空演變看，2000-2006年，我國采取以末端治理為主的傳統(tǒng)控制方法，PM2.5濃度增長幅度有所降低；2007-2013年，實施總量控制制度，PM2.5濃度總體居高不下；2014-2020年，采取總量控制與質(zhì)量控制結(jié)合方法，PM2.5濃度逐漸降低。
與《大氣十條》實施階段（2013-2017）相比，《三年行動計劃》實施階段（2017-2020）主要污染物減排幅度明顯收窄。各類污染防治措施對于大氣污染物減排的貢獻存在差異，非電行業(yè)治理、散煤清潔化替代、移動源排放管控和揮發(fā)性有機物治理取得的減排效果更為明顯。此外，由于大氣污染物和溫室氣體“同根同源同過程”特性，多項治理措施產(chǎn)生了積極的CO2協(xié)同減排效果。2013-2020年間累計凈CO2減排量達到24.3億噸，占同時間段內(nèi)CO2累計排放總量的3.1%。諸多措施中，淘汰落后產(chǎn)能和工業(yè)燃煤鍋爐整治協(xié)同減排貢獻最大。
綜上，減污降碳協(xié)同治理是實現(xiàn)氣候目標和空氣質(zhì)量改善目標的關(guān)鍵。未來可通過資源增效減碳、能源結(jié)構(gòu)降碳、地質(zhì)空間存碳、生態(tài)系統(tǒng)固碳、市場機制融碳“五碳并舉”，形成我國的減污降碳協(xié)同路徑，以切實行動推進“雙碳”目標實現(xiàn)。
二、碳中和與清潔空氣協(xié)同科學評估與決策支持平臺的建立與應(yīng)用
構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和探索模型模擬方法是開展減污降碳協(xié)同增效研究的重要基礎(chǔ)。近年來，清華大學研究團隊建立了“碳中和與清潔空氣協(xié)同科學評估與決策支持平臺（CNCAP）”，以自主研發(fā)的中國多尺度人為源排放清單模型（MEIC）、中國未來排放動態(tài)評估模型（DPEC）、中國大氣成分近實時追蹤數(shù)據(jù)集（TAP）和成本動態(tài)核算模型（DMEC）為基礎(chǔ)，耦合集成綜合評估模型（GCAM-China）、地球系統(tǒng)模型（CIESM）和大氣化學傳輸模型（WRF-Chem/WRF-CMAQ）等構(gòu)建耦合而成（圖2）。該平臺通過設(shè)計未來情景（社會經(jīng)濟情景、碳中和路徑、污染治理情景和人口年齡結(jié)構(gòu)）、預(yù)測排放路徑、模擬污染暴露、評估費用效益，探索切實可行的碳中和與清潔空氣協(xié)同路徑，助力相關(guān)政策制定、實施和優(yōu)化。
圖2. CNCAP結(jié)構(gòu)示意圖
（圖片源自演講者PPT）
基于CNCAP平臺，研究團隊模擬和推演了不同排放情景下，未來我國能源結(jié)構(gòu)和主要大氣污染物排放量變化。結(jié)果顯示（圖3），實現(xiàn)碳中和的路徑大致在溫升2度情景和溫升1.5度情景的路徑之間，更接近于1.5度情景的路徑。碳中和情景下，2060年我國將基本完成深度低碳能源轉(zhuǎn)型，民用部門能源全面清潔化；主要大氣污染物排放量在2030-2060年進一步下降67%（NOx）至83%（SO2）；O3有望于2060年前達到世界衛(wèi)生組織準則值（100μg/m³）。
圖3. 不同排放情景下，未來我國主要大氣污染物排放量變化
（圖片源自演講者PPT）
三、大氣污染與溫室氣體深度融合的來源解析與協(xié)同減排路徑識別技術(shù)體系助力構(gòu)建我國中長期協(xié)同減排路線圖
當前，以二次PM2.5和O3為主的二次污染問題成為大氣污染防治的關(guān)鍵，針對PM2.5和O3的協(xié)同防控能力有待提升。 在“雙碳”背景下，結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)生的大氣污染物和CO2協(xié)同減排潛力巨大，亟待構(gòu)建顆粒物、臭氧和二氧化碳的協(xié)同減排路線圖。研究團隊從以下三方面構(gòu)建大氣污染與溫室氣體深度融合的來源解析與協(xié)同減排路徑識別技術(shù)體系（圖4），取得一定的研究成果：
圖4. 大氣污染與溫室氣體深度融合的來源解析與協(xié)同減排路徑識別技術(shù)體系構(gòu)建方法
（圖片源自演講者PPT）
1. 大氣污染物與二氧化碳的融合排放清單建設(shè)及來源識別
通過建立融合清單源分類分級體系、重構(gòu)活動水平數(shù)據(jù)系統(tǒng)、擴充碳排放計算參數(shù)和重構(gòu)高分辨率時空分配，以MEIC清單為基礎(chǔ)框架，在全國和省級尺度上系統(tǒng)建立大氣污染物與CO2排放深度融合清單。
基于上述排放清單，研究團隊進一步解析了排放來源以及碳排放與大氣污染物排放的行業(yè)貢獻協(xié)同度。2020年排放清單顯示，從國民經(jīng)濟主要行業(yè)排放情況看，電力、燃氣及水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)是CO2排放的最大來源，其次為制造業(yè)；對NOx排放貢獻最大的來源分別為電力、燃氣及水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)；對VOCs排放貢獻最大的來源分別為制造業(yè)，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)。從CO2與大氣污染物排放的行業(yè)貢獻協(xié)同度分析，民用散煤燃燒是SO2/CO2、PM2.5/CO2排放貢獻協(xié)同度最高的行業(yè)；非道路機械和石化化工行業(yè)分別為NOx/CO2和VOCs/CO2協(xié)同度最高的行業(yè)。
2. 多目標協(xié)同減排方案制定
基于上述排放清單，通過梳理協(xié)同減排措施、設(shè)計協(xié)同減排策略、設(shè)定協(xié)同減排情景，可制定統(tǒng)籌多目標的協(xié)同減排方案。研究團隊的措施減排協(xié)同度分析表明，非道路機械電氣化、民用散煤替代、民用建筑節(jié)能等措施的PM2.5-CO2減排協(xié)同度較高；非道路機械電氣化、柴油車電氣化、機動車燃料經(jīng)濟性改善等措施的NOx-CO2減排協(xié)同度較高；汽油車電氣化、機動車燃料經(jīng)濟性改善、民用散煤替代等措施的VOCs-CO2減排協(xié)同度較高?；谏鲜鲅芯浚芯繄F隊將措施減污降碳協(xié)同性和臭氧前體物（NOx和VOCs）協(xié)同減排納入考慮，進一步構(gòu)建了PM2.5-O3-CO2協(xié)同治理情景，有望實現(xiàn)與碳達峰和PM2.5-CO2協(xié)同治理情景相近的碳減排目標，以及在全國尺度上實現(xiàn)O3污染改善目標。
3. 全國及重點區(qū)域協(xié)同減排路徑識別
通過梳理全國及地方層面規(guī)劃、測算自下而上的城市空氣質(zhì)量目標、識別全國及重點區(qū)域協(xié)同減排路徑，完成不同尺度上協(xié)同減排方案的制定。研究團隊分析了全國和京津冀及周邊地區(qū)等重點區(qū)域在不同治理情景下的O3空氣質(zhì)量改善效益，發(fā)現(xiàn)各地區(qū)排放結(jié)構(gòu)、發(fā)展程度不一，全國統(tǒng)一的污染物減排方案下重點區(qū)域O3污染改善效果有限。未來需加強重點區(qū)域減排，使京津冀及周邊地區(qū)O3濃度進一步下降7μg/m³，實現(xiàn)污染改善目標。
在碳中和與清潔空氣協(xié)同治理中，技術(shù)創(chuàng)新至關(guān)重要。就我國現(xiàn)有的碳中和技術(shù)（零碳電力能源技術(shù)、零碳非電力能源技術(shù)、燃料/原料與過程替代技術(shù)等）來看，目前，30%的技術(shù)仍處于概念/研發(fā)階段，36%的技術(shù)處于中試/示范，34%的碳中和技術(shù)處于商業(yè)應(yīng)用階段。未來，在碳中和路徑約束下，劇烈技術(shù)變革將促使社會經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人類活動發(fā)生巨變，溫室氣體、大氣污染物等人類活動排放將迅速減少。
未來，應(yīng)堅持“五碳并舉”降碳，并持續(xù)創(chuàng)新研發(fā)碳中和與清潔空氣協(xié)同科學評估與決策支持平臺，通過模型和數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)未來減排路徑、污染暴露水平、費用效益的定量分析。并依托各類科技平臺，健全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、優(yōu)化分析工具、創(chuàng)新碳中和技術(shù)，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上持續(xù)完善大氣污染與溫室氣體深度融合的來源解析與協(xié)同減排路徑識別技術(shù)體系，積極發(fā)揮數(shù)字技術(shù)賦能環(huán)境治理的技術(shù)優(yōu)勢，為領(lǐng)域內(nèi)的科學評估和管理決策提供基礎(chǔ)支撐，推動碳中和與清潔空氣目標實現(xiàn)。
