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碳中和背景下低碳科技关键技术发展与机遇前瞻碳中和战略研究院2021年12月01 “碳中和”发展环境概述03 “碳中和”背景下关键技术创新发展机遇02 “碳中和”背景下产业趋势研判目录CONTENT011.1 “碳中和”的发展背景 1.2 中国实现“碳中和”面临的挑战1.1.1 “碳中和”的提出：全球气候变暖NASA观测数据显示，当前全球温室气体浓度较19世纪升高了1.2℃，过去170年CO2浓度上升47%，这种极速变化使得物种和生态系统的适应时间大大缩短，进而造成全球气候变暖、海平面上升、作物产量降低、人类心血管和呼吸道疾病加剧等种种危害。在此背景下，代表可持续发展的“碳中和”目标被提出，即追求净零排放，实现经济增长与资源消耗脱钩。“碳中和”示意图资料来源：Stockholm Environment Institute 前瞻产业研究院整理排放吸收温室气体排放的危害GHGsSLCPsAir pollution2.5Sea-levelriseTemperatureriseSea-levelriseCrop yielddecreases1.1.2 “碳中和”目标：中国承诺将于2060年实现“碳中和”在“碳中和”大背景下，我国首次明确提出碳达峰、碳中和是在2020年9月份的第七十五届联合国大会一般性辩论上。国家主席习近平向全世界承诺：力争于2030年前达到峰值，2060年前实现“碳中和”的宏远目标。 “中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”习主席在第七十五届联合国大会发言：习近平主席多次在国际会议上宣誓：中国2030年前碳达峰，2060年前碳中和“3060”双碳目标已经上升到国家战略和行动方案第七十五届联合国大会一般性辩论2020年9月22日第三届巴黎和平论坛2020年11月12日联合国生物多样性峰会2020年9月30日金砖国家领导人第十二次会晤2020年11月17日2020年气候雄心峰会2020年12月12日二十国集团领导人利雅得峰会“守护地球”边会2020年11月22日世界经济论坛“达沃斯议程”对话会2021年1月25日资料来源：根据公开资料整理 前瞻产业研究院整理1.1.2 “碳中和”目标：已有54个国家实现碳达峰目前，全球约73%的碳排放来源于能源领域。2019年，全球能源相关的CO2排放量约为330亿吨，其中，发达经济体的排放量约占三分之一。截至2020年，全球已有54个国家的碳排放实现达峰，占全球碳排放总量的40%。11311392220199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019发达经济体其他地区1990-2019年全球能源相关的CO2排放量（单位：亿吨）资料来源：Our World in Data；江苏省碳中和联合研究中心等 前瞻产业研究院整理注：发达经济体：澳大利亚、加拿大、智利、欧盟、冰岛、以色列、日本、韩国、墨西哥、挪威、新西兰、瑞士、土耳其和美国。截至2020年全球已实现“碳达峰”的国家数量（单位：家）183150541990年2000年2010年2020年德国、捷克、挪威、乌克兰、匈牙利、哈萨克斯坦、拉脱维亚、罗马尼亚、克罗地亚等法国、卢森堡、丹麦、瑞典、瑞士、英国、波兰、比利时等加拿大、美国、葡萄牙、澳大利亚等巴西、日本等1.1.2 “碳中和”目标：中国时间紧、任务重全球“碳中和”目标方面，不丹和苏里南已实现了“碳中和”，同时已有29个国家和地区通过颁布政策或立法的方式做出了“碳中和”承诺。预计2021年末，占全球碳排放量65%以上、占全球经济总量70%以上的国家将作出“碳中和”承诺。与美欧国家相比，中国尚处于经济上升期，且实现碳达峰与碳中和的间隔年限较短，实现“碳中和”愿景可谓是“时间紧、任务重”。1970198019902000201020202030204020502060中国美国EU 2871年43年30年美国碳达峰EU28碳达峰中国碳达峰中国碳中和美国净零排放欧盟碳中和中国、美国、EU28：实现碳达峰与碳中和的间隔年限资料来源：联合国；EDGAR 前瞻产业研究院整理已实现2030年2035年2040年2045年2050年• 不丹• 苏里南• 挪威• 乌拉圭• 芬兰• 奥地利• 冰岛• 瑞典• 美国加利福利亚• 丹麦• 英国• 日本• 韩国• 欧盟等全球主要国家（地区）“碳中和”目标时间表1.2.1 中国“碳中和”挑战：CO2排放量位列全球第一近十年来，中国二氧化碳排放量始终居于全球首位，2020年，中国排放二氧化碳近99亿吨，占全球排放比重高达30.66%，到2030年中国碳排放总量预计将进一步上升至104-110亿吨之间的峰值水平。从碳排放结构来看，中国电力与热力部门和工业部门的碳排放占比远超全球整体水平。减小排放绝对量和调整用能结构是中国实现碳中和所面临的一项重大挑战。资料来源：英国BP石油公司；国际能源署（IEA） 前瞻产业研究院整理2010-2020年全球及各国二氧化碳排放量变化（单位：亿吨）98.9944.57322.842002202402602803003203400 20 40 60 80 100 120 20102011201220132014201520162017201820192020中国美国欧盟印度日本俄罗斯伊朗德国韩国沙特阿拉伯全球（右轴）注：以上为2020年二氧化碳前十排放国。2019年全球及主要国家二氧化碳排放结构对比（单位：%）53.11%47.92%41.84%35.82%30.77%28.00%17.90%18.60%9.26%13.20%9.17%19.03%24.45%37.04%31.14%9.72%15.15%15.10%17.88%24.89%0%20%40%60%80%100%中国日本全球美国欧盟电力与热力部门工业部门交运部门其他部门1.2.2 中国“碳中和”挑战：经济发展离不开能源消耗碳排放与经济发展密切相关，经济发展必然伴随着能源消耗需求的增长。中国GDP单位能耗为世界平均水平的1.5倍，表明我国经济对能源的依赖程度还很高。作为发展中国家，中国完成经济发展目标的过程中，由高碳驱动的工业化、城镇化发展将推动“碳达峰”峰值高度抬高，为“碳中和”的实现带来更大的“斜率”压力。资料来源：世界银行；红杉中国 前瞻产业研究院整理02468101214161819901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015中国英国日本美国德国全球中国GDP单位能耗1990-2015年世界主要经济体及世界平均GDP单位能耗对比（单位：2011年不变价购买力平价美元/千克石油当量）注：2025年城镇化率为十四五规划目标；2035年为中国社科院财经院的《中国城市竞争力第17次报告（总报告）》中的预期水平。63.89%65%70%20202025E2035E城镇化率到2025年到2035年实现经济总量翻一番人均GDP达到“高收入国家”标准“十四五”时期中国经济发展预期性目标1.2.3 中国“碳中和”挑战：能源结构以煤炭为主“富煤、少气、缺油”的能源资源特征决定了我国能源结构以煤炭为主，而煤炭是排放因子最大的一次能源，煤炭为主的能源结构是中国碳排放强度较高的一个重要原因，经济增长的同时调整能源结构将是未来中国实现“碳中和”目标的一道重要关卡。资料来源：国家统计局；清华大学气候变化与可持续发展研究院（ICCSD）等 前瞻产业研究院整理2020年中国能源生产及消费结构（单位：%）-1.3%0.8%1.3%-1.2%0.8%0.8%-1.2%1.0%-1.8%3.0%-4.6%煤炭在能源结构中的占比非化石能源占比二氧化碳排放量2015-20202020-20252025-20302030-2050碳中和达成所需的各阶段能源结构和排放变化平均速率（单位：%）56.8%18.9%8.4%15.9%煤炭石油天然气其他能源消费总量占比“富煤、少气、缺油”的资源特征决定67.6%6.8%6.0%19.6%煤炭石油天然气其他能源生产总量占比1.2.4 中国“碳中和”挑战：第二产业仍为经济增长主要动力第二产业特别是工业的增长仍是当前中国经济快速增长的主要动力之一。作为“世界工厂”，我国生产了全球一半以上的钢铁与水泥，工业生产技术具有明显的高碳消费特征。根据红杉中国测算，中国第二产业的能源终端消费占比高达67%。可见，中国经济产业结构的调整是中国实现“碳中和”过程中的一项必要举措。资料来源：国家统计局；美国商务部经济分析局；世界钢铁协会；《全球水泥报告》；红杉中国 前瞻产业研究院整理中国占比56.5%中国占比55.7%2020年钢铁产量2019年水泥产量中国钢铁产量、水泥产量居全球第一2020年中美经济产业结构对比54.50%81.50%37.80%17.70%7.70%0.80%中国美国第三产业第二产业第一产业2019年中国能源终端消费结构第二产业67%1.2.5 中国“碳中和”挑战：达峰后资金缺口将进一步扩大根据红杉中国对碳中和资金缺口的测算，2021-2060年，中国绿色投资年化缺口约3.84万亿元；且资金缺口将在“碳达峰”后出现进一步扩大，2031-2060年，中国绿色投资年化缺口将达到4.1万亿元。调动社会资本的参与积极性也是“碳中和”实施过程中的一大考验。资料来源：红杉中国 前瞻产业研究院整理02468101214161820202030204020502060绿色财政投资绿色投资缺口碳达峰碳中和2021-2030年化投资缺口约2.7万亿元2031-2060年化投资缺口约4.1万亿元2021-2060年化投资缺口约3.84万亿元中国碳中和投资需求和缺口预测（2020年价格）（单位：万亿元）022.1 “碳中和”背景下能源结构变化趋势2.2 “碳中和”背景下区域结构变化趋势2.3 “碳中和”背景下产业结构变化趋势2.4 “碳中和”背景下消费结构变化趋势2.1 能源结构：化石能源向清洁能源转变我国实现“碳中和”目标的技术路径需要从供给端和需求端共同发力，一方面含“碳”量高的化石能源，煤炭要面对供给侧改革；控制化石能源总量，提高利用效能，从化石能源转换为电能方面需要将继续提高效率；另一方面在需求侧，依托技术改造的节能减排是核心。资料来源：中信证券 前瞻产业研究院整理碳排放来源能源活动工业过程农业等能源生产终端能源消费石油天然气煤炭化石能源核能风能太阳能水能非化石能源电力氢能一次能源二次能源乘用车商用车航空航海铁路钢铁交通水泥玻璃煤、油化工居民生活……石灰石（CaCO3）等非化石能源矿物农业、畜牧业、林业等注：灰色箭头代表目前主要的能源结构，红色和蓝色箭头代表2060年碳中和时的能源结构2030年前，钢铁、有色等高耗能行业或将出现需求量达峰生产水泥过程中，石灰石分解会产生二氧化碳，现有技术难以找到脱碳方案植物光合作用吸收二氧化碳，植物燃烧和动物呼吸作用排出二氧化碳，植树造林受制于土地面积2.1.1 能源供给端：可再生能源占比提升资料来源：IEA；IRENA；清华大学气候变化与可持续发展研究院 前瞻产业研究院整理能源生产方面，控制化石能源总量、提高能效、大力发展可再生能源发电成为“双碳”目标发展关键点。随着新增装机容量上升，光伏、风能在能源中的比重将大幅提升，预计2050年将超过70%。基于可再生能源的发电（主要是风能和太阳能光伏发电），在2020年至2060年间将增加7倍，届时将占发电总量的约80%。30.865.137.630.913.96.48.74.4200.856.120.1煤炭天然气核能太阳能风能其他可再生能源2015-20202020...