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依托国土空间载体推进低碳转型

【信息来源:中国自然资源报 】 【作者:高 兵 邓 锋 范振林 强海洋】 【发布时间:2021-03-19】 【预览:

2030年前碳达峰,2060年前碳中和,是统筹国内经济社会发展与全球应对气候变化协同共赢的重大战略。

碳中和的基本逻辑是通过碳减排和碳清除与捕获(自然和人工手段)达到二氧化碳排放量等于消除量的数量平衡。所谓碳减排,就是通过提高自然资源利用效率、利用新能源新材料矿产、完善能源资源配置和治理结构等减少二氧化碳的排放量。碳清除与捕获实质是从大气中吸收、汇集、清除、固定并利用二氧化碳的运行过程,使二氧化碳重返生物圈、岩石圈、水文圈和土壤圈。这些都需要经济、社会、资源、生态和应对气候变化协同治理,也需要自然资源管理和国土空间治理的深度、广泛参与。

自然资源治理如何应对自然扰动?

未来十年碳排放总量仍将持续增长,自然扰动不可避免,诱发的各类自然灾害与自然资源治理息息相关——

我国力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值,意味着未来十年我国碳排放量仍将持续增长,必然会影响气候变化,进而带来的自然扰动不可避免,这些诱发的自然灾害问题对自然生态系统和自然资源本身产生重大影响,并给自然资源管理带来挑战。

加速地质灾害形成和孕育,易造成重大生命财产损失。气候变化常常作为外力因子加速地质灾害发育过程。地质灾害原本具有自身规律,但极端气候往往诱发新的地质灾害。地质灾害相较气候变化具有滞后性,不会立即在地质体上反映出来,需用长远眼光预测发展趋势,这给地质灾害防治研究提供了空间。

极端气候条件造成土地退化,对国家粮食安全产生威胁。降水强度变化、气温变化、海平面变化等都可能改变耕地质量、加剧土地退化。同时,采伐森林、围湖造田、建设用地扩张等土地利用变化是仅次于化石燃料的碳排放来源。推进国土低碳利用,控制开发强度,不仅有助于实现主体功能区战略,也有助于降低碳排放产生的不利影响。

全球变暖林草生长规律打破,动物栖息环境变化。由于全球变暖,植物生长周期变化,进而影响动物的食物链和迁徙规律,并可能导致某些物种灭绝。此外,由于森林地带变得更干燥,世界各地的森林大火出现的频次更多、影响的区域也更广。气候变化给林草资源管理和野生动植物?;ご葱碌氖咏?,需要用更广尺度、更长周期、更系统的观念来考虑自然生态问题。

碳排放导致海洋酸化加剧,海洋生物资源生存条件恶化。联合国政府间气候变化专门委员会评估报告显示,海洋吸收了1/4的人造二氧化碳和90%以上的温室气体热量。但与此同时,也导致海洋酸化加剧,海洋生物的种属、生命周期都会发生相应的演变;还会加速海洋生物钙化,导致海螺、珊瑚等面临被海水溶解的风险。海洋生物的生存环境变得越来越严峻,要积极探寻海洋资源利用、海洋生态?;ず吞贾泻湍勘昙涞钠胶饴肪?。

引起河流径流量、降水变化,影响水资源供需和水质。气候变化带来全球范围内的冰川退缩,影响径流和下游的水资源水质,全世界200条大河中近1/3的河流径流量减少。我国青藏高原冰川退缩加剧了江河源区径流量变化的不稳定性,20世纪中叶以来,我国东部主要河流径流量不同程度减少,海河和黄河径流量减幅尤其明显。必须从长周期考虑中国的水问题,做好水资源调查评价与监测,科学合理的取水、用水,维护国家水资源安全。

如何用好资源能源实现减排?

以化石能源为主的能源资源消费总量仍不断攀升,消费结构不合理,减少碳排放总量必须从源头上抓起——

作为世界工厂,在经济高速发展、产业链日趋完善、加工制造能力与日俱增的同时,我国对能源资源的消耗不断增长、碳排放量不断攀升,虽然近年碳排放增速放缓,但总量仍然巨大。

设计碳中和实践路径,首先需分析碳源。从三产来看,2000年以来,我国一产能源消费比重下降较为明显,二产能源消费始终占据主导地位,三产能源消费比重上涨。工业是我国能源消费的主体,工业能源利用效率对能源消费强度影响最为直观。从经济部门来看,2018年我国二氧化碳排放主要源自电力/热力生产业(51%)、工业(28%)和交通运输业(10%),三者合计占比89%。电力仍以燃煤为主,交通运输业则主要依靠汽油/柴油燃烧动力,而工业高能耗产品的制造过程中,煤、原油、天然气仍是主要动力来源。目前我国的能源结构中,作为碳排放主要来源的化石能源(煤、石油、天然气)仍占绝对主导。截至2020年底,我国电力结构中“一煤独大”的现状仍然极为突出,能源消费减排空间巨大。

电力部门脱碳是实现碳中和的第一位要务。从资源利用的清洁程度、可开发性能、安全性能、可再生性能等要素考虑,可将发电能源可大致分为煤炭、次优能源(原油、天然气、水电、核电)、优质清洁能源(风能、太阳能、生物质能)三类。未来电力部门脱碳的整体趋势可概括为:煤炭发电持续削减,风力、光伏发电持续扩张,次优能源稳定支持,生物质作为补充力量。我国自2005年后,煤炭发电占比开始下降,风力、光伏与天然气发电占比开始提升,但制约风力、光伏发电广泛替代火电依然存在瓶颈。如,风力、光伏资源与负荷地理分布错配,陆地风力、光伏资源聚集在西北地区,而电力负荷集中在东部沿海,需要在国土空间统筹布局。

提升能源资源利用效率是实现碳减排的主要抓手。强化技术创新理念,加强全过程节能管理?;⒒幽茉纯萍嫉墓δ?,加强风能、潮汐能、太阳能等可再生能源技术创新,大力开拓可再生能源市场,促进清洁能源的产业化发展。调整和优化产业结构,提高能源资源的利用效率,促进低能耗产业的发展。坚持节约优先,加强重点用能单位在用地用矿用海等方面的强度监管,严格执行能耗地耗限额标准。建立企业能源资源使用管理体系,利用信息化、数字化和智能化技术加强能源资源耗用的控制和监管。加快发展服务业和战略性新兴产业,优化能源、经济、环境系统,重点突破能源高效和分级梯级利用和安全处置、资源回收和循环利用、智能电网等关键技术和装备,实施节能减排重点工程。

加强新能源的资源保障是实现碳减排的重要发力点。加强锂、钴、镍、铜、铂和稀土供应等关键矿物的资源安全保障。国际能源署表示,随着世界走向清洁能源的未来,电池和生产氢气的电解槽是最重要的两项技术,预计未来对关键矿物的需求会激增。以氢为例,氢被誉为未来世界能源架构的核心、最洁净的燃料。通过风电、光伏等可再生能源制氢,不仅能够实现“零碳排放”,获得真正洁净的“绿氢”,还能够将间歇、不稳定的可再生能源转化储存为化学能,促进新能源电力的消化,由此带来的生态环境效益和经济效益是难以估量的。

人工与自然两种路径如何相得益彰?

碳清除与捕获是实现碳中和的重要路径,地质多样性和生物多样性是重要基础——

根据利用路径和方式不同,碳中和大致分为碳捕获与利用、大气中的二氧化碳清除和碳捕获与储存三种。

地质多样性是碳捕获与储存的关键。碳捕获与储存技术发挥着减少排放和实现碳清除的双重功能,且安全可靠。根据碳储存位置的不同,碳储存方式也呈现多元化和多功能性,主要包括地质储存、碳酸盐岩矿风化碳汇、生物圈和水文圈等储存。碳储存位置决定了储碳稳定性能,如地质储碳,是将二氧化碳捕集、运输并注入至地下地质结构或通过矿化作用封存于岩石之中,使排出的碳重回地圈储存。中国地质调查局评价表明,全国陆域及浅海沉积盆地的深部咸水层、枯竭油气藏和不可采煤层等地二氧化碳地质储存潜力为7.5万亿吨。目前二氧化碳地质储存已突破钻探、灌注、采样和监测等技术难题,形成一整套国际领先、相对成熟的工程技术。此外,地质储存促进二氧化碳驱采油技术研究尚处起步阶段;二氧化碳强化天然气、页岩气、卤水开采等技术也处于基础研究阶段。虽然碳捕获与储存技术相对成熟,但一直面临高成本、高能耗的挑战,法律法规、产业部署和标准体系尚待完善。

生物多样性是二氧化碳清除的基础。二氧化碳清除技术是实现碳中和的主要保障,其中人工方式主要是碳捕获与储存、生物质能、碳矿化三种,兼具碳捕获与利用和碳捕获与储存部分功能。自然方式主要是碳汇。自然界中的土地(壤)、海洋、森林、草原、生物体、岩石(硅酸盐矿物)等都可作为碳汇实体,均具备一定的碳汇功能和储存能力,这也是应对碳达峰、碳中和最经济的途径,但也存在大规?;亓鞯酱笃Φ姆缦?。其中陆地生态系统中,森林作为全球最大的储碳库,活林材每立方米每年可吸收和固定1.83吨二氧化碳,碳储量约占39%~40%,成本仅是技术减排的20%。草地占33%~34%,且草碳汇潜力巨大,通过整治恢复、种草、草畜平衡等方式每年可新增碳汇约40亿吨~60亿吨。海洋生态系统碳汇中,红树林、海草床和盐沼均能够捕获和储存大量的碳。自然生态数量、质量、结构和分布的调查核算评价和监测预警有广阔空间。

碳捕获与利用是二氧化碳清除的重要补充。碳捕获与利用可减少碳排放并捕集发电和工业化石燃料产生的90%的二氧化碳,又能通过二氧化碳利用产出具有经济价值的产品。捕集途径强调系统治理,包括化石能源产生的废气、工业过程和以土地为主的生物利用以及结合碳储存的直接空气捕集等。碳捕获与利用技术是自然资源系统治理的必然趋势。自然资源系统观和国土空间整体观是碳捕获与利用的前提,系统和源头治理及综合利用是碳捕获与利用的本质要求。

碳捕获与利用方式突出节约集约与综合利用,包括二氧化碳衍生化工产品、二氧化碳衍生燃料、生物质能、岩石风化、林业技术、土壤固碳和生物炭等10余种。这些捕集利用方式需发挥自然资源管理“两统一”职责优势,抢占碳领域科技高地,逐步夯实我国在碳科技领域理论基础和技术储备,并重点探索新能源、储能、氢能、碳捕获与利用封存等零碳技术的商业化应用和市场化运营范式,为支撑保障碳中和落实落地提供“自然资源+”方案。

三大结构如何优化力促碳中和?

自然资源治理是碳中和的重要组成部分,其参与方式和程度影响碳中和的实现路径与效能——

要以国土空间为载体,将碳中和引入自然资源管理之中。将碳中和总体思路放在生态文明建设中,统筹考虑地质多样性、生物多样性、生态多样性、气候多样性。将碳中和实现路径放在国土空间规划中,统筹考虑优化煤炭产能规模、生产布局和绿色开发,解决海陆风力、光伏资源与电力负荷错配等问题。发挥自然资源配置对于减碳和清除的核心载体功能,更加注重空间结构的综合治理、系统治理、源头治理,有效发挥自然资源管理措施的系统性整体性协同性。碳中和目标实现依赖能源结构、资源结构、国土空间结构的优化。

推进能源资源利用结构的转型升级。提升能源矿产资源保障,促进能源体系清洁低碳发展,提升铀、锂、钴、氢等能源资源保障程度,促进核电、光伏、风电等新能源产业发展。推进工业和能源领域提高能效、降低能耗,降低单位GDP能源消耗量,减少二氧化碳排放。优化能源结构,加强清洁能源发展,大力发展氢能、核能、生物质能等清洁能源,提高光伏、风力、水力发电量,充分利用波浪能、潮汐能,降低传统化石能源在能源结构中的比例,研发清洁煤炭技术,减少二氧化碳排放和提高资源利用效率。

充分利用地质多样性和多功能性。充分利用碳捕集的多功能性和地圈存储的无上限性,加强直接接触空气捕获、二氧化碳矿化和配备碳捕获和封存的生物质能等基础方法推广应用。加强深部特殊地下空间的合理开发利用与?;?,重视地质学、水文地质学、储层地质学等学科的综合运用,科学评价深部咸水层、油田、气田和煤层等地质储存介质的潜力。创新二氧化碳地质储存技术方法体系,扩大二氧化碳地质储存选址实践,积极开展典型地区二氧化碳地质储存示范工程。

发挥国土空间促进碳中和的载体功能。发挥国土空间的载体作用,以优化空间布局和国土综合治理促进碳增汇和碳减排。加强土地利用碳排放过程关键点的政策干预,引导低碳产业合理布局,推进土地利用在数量结构和空间布局两方面低碳优化。处理好资源开发与生态环境?;ぶ涞墓叵?,降低矿产资源开发的外部性影响,促进矿业绿色发展。充分发挥林草资源生态固碳的能力,统筹考虑生态安全与粮食安全两方面问题,提高森林植被和土壤碳储量。不断优化火、水、风、光、核电国土空间布局,促进一次能源资源利用结构重心逐渐向风力、光伏等清洁能源转移。

提升自然生态系统的固碳能力。加强生态?;ば薷春凸谅袒?,培育森林草原资源,增强草原、绿地、湖泊、湿地等自然生态系统固碳能力。继续大规??构谅袒卸?,全面?;ぬ烊涣?,努力提升森林蓄积量。通过山水林田湖草综合修复治理,扩大植被覆盖面积,增加森林碳储量,防止多余的碳向大气排放。适度退耕还林、退耕还草,加强森林经营和森林抚育,发展固碳林,充分发挥森林碳汇在应对气候变化中的作用。

发挥海洋重要碳汇聚集地功能。利用海洋的固碳作用,发展海洋低碳技术,大力发展海洋物理固碳、深海封储固碳、海洋生物固碳、海滨湿地固碳,增加海洋的碳汇能力。从自然资源治理的角度看,应高度重视海岸生态系统捕获和储存大量碳的作用,加强滨海湿地修复工作。加强红树林?;ず托薷?,提高红树林覆盖面积,提升红树林的碳汇能力。推进针对海草床的?;ば薷垂こ?,恢复物种多样性??贡鹾Q握拥纳;ば薷?,恢复盐沼生态系统原有结构和功能。

(作者单位:中国自然资源经济研究院)

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