碳中和技术：概念维度、功能范畴与结构体系

《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》指出，“在开展碳达峰碳中和进展评估与趋势预判基础上，评估科技创新对实现碳达峰碳中和的支撑引领作用，动态评估国内外碳中和科技发展对社会经济和全球治理的影响”。碳中和技术作为实现“双碳”目标的重要支撑，如何从管理学视角对其基本理论和研发创新问题展开深入研究是一项重要课题。科学高效地部署和开发碳中和技术，不仅关乎能源转型和低碳发展，而且在相当程度上影响着我国在气候变化背景下以及碳中和目标下的技术应用能力、技术竞争力和可持续发展能力。

为了解目前碳中和技术的研究现状，在Scopus数据库中，以“carbon neutral technology”“technology of carbon neutrality”“carbon neutrality technology”为检索词，检索得到160篇文献，其中2023年发表的有48篇。同时，在CNKI的CSSCI数据库中，以“碳中和技术”为检索词，检索得到114篇文献。经分析发现，管理学视角下的碳中和技术研究现状如下：第一，对碳中和（技术）的阐述，通常采用列举的方式，罗列一些具体的技术方案，如文献中所提到的零碳电力能源技术、CCUS技术等。这种方式往往侧重于对单一技术的描述，缺乏对技术之间相互联系和综合应用的深入探讨。第二，开展了对碳中和具体技术的研究。例如：Gan等研究了石化行业碳中和技术的发展路径；Zhang等研究了建筑领域的碳中和技术；Shih等研究了基于可再生能源的水电解制氢技术；Porcu等对生物质气化过程中作为发电和/或生产绿色氢气的碳中和手段进行了深入研究。第三，在碳中和路径、路线和战略研究中，涉及了碳中和技术相关内容。例如：关于中国电力碳中和路线图的研究；关于钢铁行业净零路径的研究；关于美国碳中和路径的研究；关于德国净零战略的研究；关于英国碳中和战略的研究；等等。现有研究的不足之处体现在：学界关于碳中和技术的研究多采用理论与实践交织的多元视角，既缺乏对碳中和技术的明确界定及从概念维度视角对其特征的阐述，也未能依据技术功能对技术体系结构进行细分，尚未形成较为清晰的认知脉络和理论体系。还有学者指出，在经济和环境上均可实现可持续的碳中和方法尚未被提出，现有的碳中和研究文献主要聚焦碳中和能源转型、碳中和技术发展、碳中和效果评价及碳中和行业实例等方面。这种状况不利于在学者、政府、企业、非政府组织之间建立共同的知识基础，促进相互之间的对话与合作，促进跨学科研究；也不利于对碳中和进行成本评估，分析碳中和技术的竞争态势并识别其创新方向。

准确理解碳中和、减碳与脱碳的概念，是界定碳中和技术概念并进行维度分析的基础，也是阐述其技术特征的基础。

1.1 碳中和

1997年，《京都议定书》确立了以市场为基础的机制，鼓励各国及企业采取灵活的市场手段，如碳交易和排放权交易，以减少温室气体排放，应对全球气候变化问题。这一机制旨在通过经济激励，促进发达国家与发展中国家在减少碳排放方面的合作。此后，“碳中和（Carbon Neutrality）”逐渐得到重视。

早期对碳中和的研究，较为重视市场机制及碳信用的作用。英国未来森林公司（Future Forests）对碳中和的关注较早，并从能源技术角度分析了交通旅游、家庭生活和个人行为等方面实现碳中和的路径，认为可通过购买经认证的碳信用实现碳补偿（Carbon Offset）。2006年，“碳中和”（Carbon Neutrality）被《新牛津美语词典》选为年度词汇。英国标准协会（BSI）认为，碳中和意味着不再向大气中排放新的温室气体（GHG），若继续排放，则必须通过从大气中吸收等量的碳来抵消排放量。例如，通过碳捕获和由碳信用计划支持的重新造林来抵消碳排放。

2018年，IPCC首次定义了碳中和，其明确指出，碳中和等同于净零二氧化碳排放（Net Zero CO2 Emissions），即在一段特定时期内，通过人为清除二氧化碳来抵消全球人为二氧化碳排放。2021年，IPCC又指出，碳中和是指一定时期内特定实施主体（国家、地区、组织等）人为（人类引起或影响）二氧化碳排放量与人为二氧化碳去除量之间达到平衡。世界资源研究院认为，碳中和指的是在某一日期之前，每年人为的净二氧化碳排放量为零，即人为排放的二氧化碳与人为消除的二氧化碳相抵消。还有学者认为，碳中和是指通过平衡二氧化碳的排放量和消除量，获得净零二氧化碳（CO2）排放，以阻止大气中二氧化碳的增加。国际能源署（IEA）认为， 碳中和或碳净零意味着任何由人类活动释放到大气中的二氧化碳，都要与去除的二氧化碳相平衡。

还有学者侧重于探究碳中和的实现方法、路径或技术。Madhu认为，有两种方法可以实现二氧化碳零排放，即碳排放和碳去除实现平衡，或者使用不产生碳排放的可再生能源。还有学者认为，碳中和就是人为排放的二氧化碳（化石燃料利用等），被人为活动（工程封存等）和自然过程（海洋吸收、侵蚀—沉积过程的碳埋藏、碱性土壤的固碳等）所吸收。Wang等认为，通过改革现行的全球发展体系，尽量减少温室气体排放和增加二氧化碳捕获，可以实现碳中和。Crump认为，碳中和涉及从大气中清除二氧化碳以及碳减排计划，只有通过碳去除技术（Carbon Removal Technology）才能实现净零排放。

1.2 减碳与脱碳

关于“减碳（排）”与“脱碳”的含义及其关系，目前有两种不同的观点：一种是不加区别而混用，一种则认为两者具有不同的含义。

关于第一种观点。Ausubel于1995年首次提出“脱碳”的概念，认为脱碳（Decarbonization）是指一次能源的碳强度下降，其结果是全球能源体系一直在稳步减少碳排放，避免气候恶化和减少额外的税收支出。从广义上看，“脱碳”一词也被用于描述避免燃烧化石燃料以减少向大气中排放二氧化碳的做法。有研究机构认为，脱碳是指减少人类活动向大气中排放二氧化碳的过程。Biber等认为，脱碳是指在一般的人类经济活动中，特别是能源生产中大幅减少和消除二氧化碳排放的过程。2014年，IPCC报告指出，脱碳是国家或其他实体旨在实现低碳经济的过程，或个人旨在减少碳消费的过程。2018年，IPCC再次强调，脱碳是国家、个人或其他实体旨在实现化石碳零存在的过程，通常指的是与电力、工业和运输相关的二氧化碳排放的减少。

关于第二种观点。Latin指出，温室气体减排的目标是通过市场的总量控制与交易机制（Cap-and-Trade）以及抵消系统来实现的；脱碳是将温室气体减排技术转为清洁能源替代技术，即用不产生温室气体或产生极少温室气体的技术、过程和方法取代减排技术。还有学者在阐述减排时并未涉及脱碳。例如，Daniel认为，减排（Emissions Reduction）通常是指政府、企业、个人及其他团体为改善环境质量和提升人类及其他生物福祉所采取的措施；其主要目的是减缓全球变暖进程，减少大气中导致酸雨的有害气体排放；而减少排放的主要途径之一是提高清洁能源的生产效率，进而减少对化石燃料的使用。还有研究发现，各国的能源和气候政策虽有不同的碳中和实现途径，但都包含相同的要点，即可再生能源、能源效率和脱碳。这表明，脱碳（使用可再生能源）与减排（提高能源效率）是不同的。Beck认为，为了遏制全球变暖和应对气候变化，全球经济需要在21世纪中叶实现净零排放。

本文认为，减排（当减排对象是二氧化碳时，减排就是减碳）活动是减少人类活动向大气中排放二氧化碳的行为，但这种行为无法将二氧化碳排放减至零；减排活动还包括防止二氧化碳进入大气的活动。脱碳活动是指人类向大气中零排放二氧化碳或去除大气中已存在的二氧化碳的行为。脱碳与减排是既有区别又有联系的，旨在缓解气候变化的活动。脱碳强调能源供给端降低碳强度，而减碳强调能源用户端通过减少能源消费而减少碳排放；脱碳主要强调技术、过程和方法的作用，而减碳强调政策、市场机制的作用；脱碳的目标为碳中和，是实现碳净零的途径，而减碳与阶段性减少碳排放量紧密相关，不同时间段有不同的减碳目标。同时，二者也是紧密相关的。脱碳与减碳同属于延缓气候变化的路径，均力求减少人类活动对气候变化造成的不利影响。若能高效实现减碳，则碳固存负担便小，去除大气中二氧化碳的压力就小，脱碳就容易实现，可见，减碳是脱碳的基础；若能高效实现脱碳，则清洁能源占比便高，减排压力就会变小。某些当前高成本的脱碳措施，可能会极大降低未来减碳的成本，而当前低成本的减碳措施，可能会极大增加未来脱碳的成本。当脱碳表现为一个过程（脱碳为动词）时，则其与减碳具有相同含义，即都指碳排放量的减少；当脱碳表现为CO2净零状态（脱碳为名词）时，则其与减碳的含义存在差异——减排无法实现CO2净零状态。

由此，可将碳中和定义为以二氧化碳净零排放为目标的碳抵消活动，包括减碳和脱碳。其中，减碳更多依赖市场机制和碳信用，而脱碳更多依赖工程技术，且越接近碳中和目标，越需要工程技术，因此工程技术是支撑碳中和目标实现的基础。

依据碳中和的特性以及减碳与脱碳的关系，可以将碳中和技术界定为以多学科知识为基础，具有特定技术功能且能有效支撑碳中和目标实现的知识、技术与方法体系。把握碳中和技术特征，要从概念维度、与碳中和路径的区别、与绿色低碳技术的区别以及基础学科构成等方面来分析。

2.1 概念维度下的碳中和技术特征

基于对碳中和技术概念的界定，可从4个维度阐述碳中和技术特征：①目标维度。碳中和技术的目标是支撑实现二氧化碳净零排放。②功能维度。碳中和技术应具有特定功能，包括减碳功能和脱碳功能（零碳功能和负碳功能）。③结构维度。碳中和技术是由多种技术构成的，具有复杂性、多样性、有效性、层次性和整体性等特征。④组件维度。碳中和技术由软件和硬件组成。其中：硬件包括技术装置、设备、工程项目；软件包括软件工具系统和相应的知识体系。

2.2 碳中和技术与碳中和路径

Wang和Zhang将碳中和路径分为排放路径、技术路径和社会路径等3类。其中：排放路径侧重于对未来碳排放路径的管理与规划；技术路径是指净零排放发挥作用的方式；社会路径是指政府、企业和个人之间的互动。波士顿咨询集团（BCP）指出，中国需要通过四大途径实现碳中和——能源结构转型、模式升级、能效提高、碳捕获与封存（CCS）。Williams等指出，转变消费者行为、土地使用、生物质能使用和技术选择等都是实现碳中和目标的路径。英国政府的研究报告指出，路径将取决于关键技术的可用性和部署情况，以及个人和企业采取绿色选择的程度。Bataille等提出了加拿大深度脱碳的6条路径，其中包括经济结构转型。据此可知，碳中和技术与碳中和路径并不相同，碳中和技术仅是实现碳中和目标的路径之一，并且是一条关键路径。

2.3 碳中和技术与绿色低碳技术

Lv和Qin认为，低碳技术是适应低碳经济的一类技术，主要包括减碳技术、无碳技术、去碳技术、碳管理技术、资源节约与回收技术等，是发展低碳经济的关键。联合国环境署发布的《绿色技术选择：低碳技术对环境和资源的影响》《绿色能源选择：电力生产低碳技术的优势、风险和权衡》报告中，均将绿色技术看作低碳技术。“GREEN-TECHNOLOGY”论坛网站提出，绿色技术领域包含一系列不断发展的方法和材料，从发电技术到无毒清洁产品。据此可知，碳中和技术与绿色低碳技术的区别在于：低碳技术是伴随低碳经济发展而存在的，并无时间界限；而碳中和技术以实现碳中和（二氧化碳净零排放）为目标，具有明显的时间界限；此外，碳中和技术并不涉及防止产品损害健康的技术，而这类技术恰恰是绿色低碳技术的重要组成部分。

2.4 碳中和技术的基础学科构成

以“carbon neutral technology”或“carbon neutrality technology”为检索词，在Scopus数据库中检索，发现碳中和技术的相关研究文献数量增长十分迅速，从2012年的101篇，增长至2022年的1 094篇。经Scopus数据库自带工具的分析，这些文献涉及的主要学科有（同篇论文可能涵盖多门学科）：能源（42%）、工程（35%）、环境科学（35%）、化学工程（17%）、化学（14%）、材料（12%）、地球物理（6%）、社会科学（7%）、物理天文学（7%）、计算机科学（5%）、生物化学（4.5%）、农业和生物科学（4.5%）、管理与会计（4.5%）、经济与金融学（3.2%）等。《碳中性氢技术基础科学》报告指出，碳中和制氢技术涉及的基础学科包括微生物学、催化、新型材料与化学、预测理论、仿真和建模、数据科学和氢化学等。这表明，碳中和技术是以多学科交叉为基础的技术。

从实现碳中和目标（二氧化碳净零）对技术功能的要求出发，针对每项功能确定一类碳中和技术。据前述分析，碳中和技术由具有减碳功能和脱碳功能的技术构成。因此，碳中和技术的一级结构应包括减碳技术和脱碳技术两部分。下文将对碳中和技术的功能范畴展开分析。

3.1 减碳和脱碳的学科领域分布

目前，虽然有研究减碳技术和脱碳技术的文献，但尚未给出减碳技术和脱碳技术的具体定义。本文在Scopus数据库中对减碳（排）技术和脱碳技术进行了精准检索，检索日期为2024年10月28日，共检索出减碳（排）技术相关文献1 007篇，检索表达式为（TITLE-ABS-KEY（“emission reduction technology”） OR TITLE-ABS-KEY（“carbon reduction technology”））；脱碳技术相关文献152篇，检索表达式为（TITLE-ABS-KEY（“decarbonization technology”））。由于存在减碳和脱碳两概念混用的情况，减碳技术和脱碳技术混用的情况也较为常见。

为了探索减碳和脱碳技术的学科领域分布，统计两个技术部类的学科分布情况，如图1所示。①相似之处在于，二者涉及的学科领域分布广泛，且学科分布基本一致，其中分布最多的学科领域均为工程、环境科学和能源领域。②不同之处在于，相比于脱碳技术，减碳技术的学科分布更为广泛，共涉及22个学科，比脱碳技术多4个。同时，二者的核心学科类别不同。减碳技术的核心学科是工程，而脱碳技术的核心学科则是能源。这一差异表明，减碳技术创新和脱碳技术创新所借助的手段工具是不同的。减碳主要是通过工程过程创新，如技术改进/优化及使用回收技术、废物处理技术等来实现碳中和目标；脱碳则是通过使用清洁能源或可再生能源来实现碳中和目标。这意味着后者的技术创新、变革力度更大。

3.2 减碳和脱碳的技术范畴及交叉情况

为了进一步分析减碳和脱碳的技术范畴与技术特点，对从Scopus数据库中获取的文献数据进行凝练，仅保留英文文献，最终剩余825篇减碳技术领域文献和130篇脱碳技术领域文献。其中，对比两个数据集，发现重复数据量为2，即脱碳技术和减碳技术概念混用的样本文献有2篇。然而，具体内容方面的交叉混用情况如何？还需要对这两部分的技术范畴展开详细分析。

本文对减碳和脱碳技术领域中出现频次排名前50的技术关键词进行了可视化罗列（见图2）。由于排名前50的关键词不一定涉及技术手段，如成本效益分析、二氧化碳、钢铁行业等，本文对无关的关键词进行了过滤，仅保留了技术细分领域的关键词。

3.2.1 高频关键词对比

本文从技术组成和应用领域两方面对比减碳和脱碳技术的内容交叉情况。

从技术组成来看，本文梳理了频次排名前10的技术关键词来代表技术范畴，减碳涉及的主要技术包括节能技术、能源利用、CCS/CCUS、能源效率、废气再循环及废热利用等；脱碳涉及的主要技术包括能源效率、排放控制、CCS/CCUS、可再生能源、生物质及氢能等。从技术范畴来看，能源效率、CCS/CCUS为二者的交叉内容。脱碳技术虽然数量较少且学科领域分布相对较窄，但所涵盖技术的丰富度高于减碳技术，且技术力度效用更高。例如，可再生能源和氢能在使用的过程中完全不产生碳排放，对实现碳中和目标的支撑力度更大。而减碳技术相关文献数量较多。其虽然技术丰富度低于脱碳技术，但聚焦能力和专注度更高。减碳技术更多通过技术优化/改进及技术迭代促进碳中和目标的实现。

从应用领域来看，减碳技术排名前5的行业分别为化石燃料发电、船舶、炼钢、煤炭及水泥，脱碳技术排名前5的行业分别为水泥、船舶、电力、钢铁及化学。二者的应用领域基本一致，区别在于优先级的不同，且应用程度也存在差异，减碳技术的应用率和普及率远远高于脱碳技术。对于煤炭这种高污染、高排放的行业来说，优先考虑的是减碳技术而非脱碳技术，因为减碳技术作用更明显，减排潜力更大。

3.2.2 技术焦点对比

本文通过关键词的战略坐标图来对比分析减碳与脱碳的技术焦点。本文的战略坐标图是以关键词频次和谐波接近度中心性（Harmonic Closness Centrality）为参数绘制的二维坐标系，其中X轴为频次，Y轴为中心度。频次是指关键词出现的次数。频次越高，关键词在该研究领域内的受关注度和成熟度越高。谐波接近度中心性用来衡量某一节点到其他所有节点的平均距离。距离越短，说明该节点越接近网络的中心，节点的中心性越高。这一指标用于衡量节点在网络中的整体地位。据此，本文在对关键词进行共现分析的基础上，分别以主要关键词的谐波接近度中心性与频次的平均值（减碳技术：24.18，48.61；脱碳技术：7.75，49.00）为原点，绘制战略坐标图，进而使关键词落入不同的象限，具体结果如图3—4所示。

从象限分布来看，在象限Ⅰ中，减碳、脱碳技术文献分别有5个和6个关键词。这些关键词具有高频次、高接近度中心性的特点，类似于波士顿矩阵中的明星产品，既是当前领域内热点研究主题，也与其他研究主题联系紧密。通过对比可以发现，减碳的热点技术与节能、能源利用、能源效率、碳捕获技术有关，脱碳的热点技术与碳捕获、可再生能源、能源效率、能源利用有关。其中，在脱碳技术范畴，可再生能源出现了两次，为重中之重。而两个技术分类在技术热点方面存在交叉内容，即碳捕获、能源效率及能源利用。

在象限Ⅱ中，减碳、脱碳技术文献分别有4个和0个关键词，具有低频次、高接近度中心性的特点，类似于波士顿矩阵中的问题产品。这些研究主题虽然受关注度和成熟度不高，但与其他研究主题联系紧密，研究潜力较大。可以看到，“Decarbonisation”作为减碳的技术主题出现，表明脱碳是减碳技术的发展趋势，也进一步证明了技术交叉现象的存在。另外，其他技术如废气利用、环境监测、替代型燃料，体现了减碳技术范畴围绕资源循环、减少排放这一主旨内容。

象限Ⅲ聚集的减碳和脱碳技术最为广泛，分别有12个和14个关键词，具有低频次、低接近度中心性的特征，类似于波士顿矩阵中的瘦狗产品。这体现出碳中和技术研究的一个主要特征：虽然细分领域多，但各领域间关联度不大，即缺乏对减碳、脱碳的深度探索。减碳的技术范畴涉及余热利用、可再生能源、CCS/CCUS、风能，其中可再生能源与CCS/CCUS以不同的形式出现多次。脱碳的技术范畴涉及氢能、电气化、可再生能源、CCS/CCUS，与减碳的技术范畴再次出现了交叉。不同的是，相比于减碳技术，脱碳技术包含更丰富、更清洁的技术。

象限Ⅳ中包含的技术范畴较为狭窄。其中，减碳技术没有关键词落在该象限，脱碳的技术范畴只有碳封存，具有高频次、低接近度中心性的特点，类似于波士顿矩阵中的现金牛产品。该研究主题虽然已相对成熟，但与其他研究领域的联系相对较少，既存在退化至象限Ⅲ被逐步边缘化的可能，也拥有与其他研究领域相结合而纵深发展的机会。同时，该研究主题也是技术交叉的内容之一。

总体来看，关于减碳和脱碳技术的研究均具有分散性的特点——研究主题众多但成熟度和关联度不高，且减碳和脱碳研究交叉领域较多。

通过上述对减碳、脱碳技术范畴的对比分析，本文将减碳技术定义为防止二氧化碳进入大气或减少人为二氧化碳进入大气量且无法将其减为零的技术。其仅具有减碳功能，而无法减少已经存在于大气中的二氧化碳。脱碳技术则是实现人为二氧化碳进入大气量等于零或小于零的技术，具有零碳和负碳功能。减碳技术与脱碳技术对于实现碳中和目标都是不可或缺的，减碳技术无法实现大气中二氧化碳净零，脱碳技术则可以实现向大气中排放二氧化碳净零，且能将已经存在于大气中的二氧化碳去除。根据上述对碳中和技术的界定，同时结合已有相关研究，对碳中和技术中的减碳技术和脱碳技术进行如下细分。

4.1 减碳技术结构细分

基于减碳技术的定义，将减碳技术二级结构细分为两部分：防止二氧化碳进入大气的技术（CCU与CCS）；减少人为二氧化碳进入大气的技术，如提高能源效率的技术、提高材料效率的技术、产品循环与废物再利用技术、碳管理技术等。

关于CCS与CCU的属性。2005年，IPCC发布了相关报告，将CCS确定为重要的减排技术。2022年，IPCC再次强调，CCS是到21世纪中叶实现净零排放和减缓气候变化的关键技术。碳捕集与封存技术（CCS）作为一种重要的二氧化碳减排技术，得到了广泛关注和应用。在此过程中，碳捕集与利用技术（CCU）也逐渐受到重视，成为减排领域的一个研究热点。碳捕获、利用和储存技术（CCUS）是应对气候变化的一项关键碳减排技术。美国环境保护署指出，二氧化碳捕获与封存（CCS）是一套技术，可以大大减少燃煤和燃气发电厂等的二氧化碳排放。

关于CCS与CCU的含义及其关系。CCS（碳捕获与封存）是指在CO2进入大气之前将其捕获并储存（或隔离）的过程；CCU（碳捕获与利用）是指将捕获的CO2加以利用，发挥其价值的过程。CCS是CCU的基础，而CCU产生的经济价值又有利于CCS的推广；CCUS是CCS和CCU两个过程的结合，其结果是CO2被捕获和利用，剩余的部分被储存。

CCUS（CCS/CCU）在实现碳中和目标的过程中发挥着重要的减碳作用。国际能源机构（IEA）指出，CCUS与基于可再生能源的电气化、生物能源和氢气一起，构成全球能源转型的四大支柱。有研究报告指出了CCS四方面的作用：在难以减排的行业实现深度脱碳；实现低碳氢规模化生产；提供低碳可调度电源；为负碳技术（二氧化碳去除）奠定基础。全球CCS研究院发布的《2022 CCS技术现状研究报告》指出，2070年CCUS将为钢铁行业减排作出25%的贡献，为水泥行业减排作出61%的贡献，为化工行业减排作出28%的贡献，为燃料转换减排作出90%的贡献，为发电减排作出16%的贡献。IEA在2021年发布的研究报告指出，相比于2020年，2030年的碳捕集将增长97.6%，2050年将比2030年增长78%。

关于能源效率。有研究指出，提高能源效率是减少二氧化碳排放的一个重要途径，且是最快、最具成本效益的途径。随着经济的增长，能源需求可能会持续增加，而能源效率的提高抑制了近2/3的潜在能源需求的增长。IEA指出，通过提高能源效率来最大限度地抑制能源需求增长对实现二氧化碳净零具有重要作用。由此可知，提高能源效率的相关措施在实现碳中和的过程中占据了重要地位，并能够遏制能源需求增长和碳排放增加。此外，提高能源效率还有助于降低电力供应中断的可能性。相对于政策情景，在可持续发展的情景中，用以提高能源效率的技术和服务对到2070年累计减排量的贡献约为40%。

关于材料效率。提高材料效率有助于在整个价值链中减少二氧化碳排放，其涉及从设计、制造、使用，再到使用寿命结束的各个生命周期阶段。有研究指出，通过设计长寿命、轻量化、短制造周期的材料，有助于减少材料的使用，进而减少二氧化碳排放。IEA报告指出：化工行业材料效率的提高为减排作出15%的贡献，而技术性能的提升和改用替代燃料在可持续发展情景中分别为减排作出30%（2020年）和40%（2040年）的贡献；钢铁行业材料效率的提高为减排作出42%（2040年）的贡献，而技术性能的提升为减排作出19%（2040年）的贡献。

综上可知：①并不是所有的减碳措施都属于减碳技术，政策、机制和制度也可以促进减碳，但不属于减碳技术。②减碳技术虽然可以减少向大气中排放二氧化碳，但仅依靠减碳技术不可能实现二氧化碳的零排放。要想实现二氧化碳净零，离不开脱碳技术。③减碳技术的功能是减少向大气中排放二氧化碳，而非减少已经存在于大气中的二氧化碳。消除已存在于大气中的二氧化碳则需要负碳技术。

4.2 脱碳技术结构细分

早在1999年便出现了“脱碳技术”这一术语，但该文献研究的是化石燃料的脱碳技术，并未就脱碳技术给出一般意义的定义。2018年5月，《巴黎协定》得到了175个缔约方的批准。此后，涉及脱碳技术的文献数量迅速增长：2018年有5篇，2019年有6篇，2020年有12篇，2021年有21篇。英国为能源密集型行业制定了2050年脱碳技术路线图。IEA指出，脱碳的关键支撑包括：能效，行为改变，电气化，可再生能源，氢和氢基燃料，生物能源，以及碳捕捉、利用和封存。有研究团队指出，脱碳技术包括电气化、生物质能、碳捕集、氢能等。这些研究均未给出脱碳技术的定义，只是列举了一些技术。

脱碳技术（Decarbonization Technology）包括两层含义：一是实现能源生产和使用过程中的脱碳，即不存在碳排放；二是实现大气脱碳，即减少大气中已经存在的二氧化碳，完成减碳技术无法实现的目标。因此，第一层含义的脱碳产生了零碳技术，第二层含义的脱碳产生了负碳技术。

零碳技术（Zero Carbon Technology）是指无二氧化碳排放的技术，所包含的技术范围比较广泛，主要有：洁净能源（Clean Energy）技术、电气化技术、绿氢及与绿氢有关的燃料等。其中，洁净能源（Clean Energy）技术是指在能源生产过程中不向大气中排放二氧化碳的技术，包括可再生能源技术、绿色能源技术（对环境影响较低的水力发电和特定形式的生物质能）、不可再生的清洁能源技术（核能技术）。

可再生能源。在全球层面，可再生能源是减少电力供应排放的关键。IEA研究报告指出，可再生能源发电量占全球总发电量的份额预计从2020年的29%增加到2030年的60%以上，2050年将增加至近90%。为了实现这一目标，2020—2050年间，风能和太阳能的年新增产能将比过去三年的平均水平高出5倍。从末端用户看，可再生能源在总的能源消费中的占比将从2020年的5%增至2030年的12%以及2050年的19%。到2050年，现代固体生物能源的使用量将每年平均增长约3%，生物能源的发电量占总发电量的比例约为5%，生物能源将提供约50%的区域热能，并满足造纸行业60%的能源需求和水泥生产30%的能源需求。

电气化技术。电气化技术主要应用于供暖和制冷、交通运输及工业等领域，对于实现碳中和目标具有重要意义。在可持续发展的情景中，与既定政策情景相比，终端使用部门电气化的贡献占2070年二氧化碳年减排的近30%，因为其用低碳电力取代了化石燃料发电。电气化带来的二氧化碳大幅减少也发生在工业领域，主要通过工业热泵实现低温热需求的持续电气化。可见，电气化是减少碳排放的重要措施。IEA预计，电气化在能源消费中的占比将由2020年的20%增加至2030年的26%以及2050年的49%。

氢能。氢能可以有效应对密集和长途运输、化工、钢铁等行业的能源挑战，还有助于改善空气质量，确保能源安全，提升电力系统的灵活性，促进可再生能源的部署。IEA预计，全球氢使用量将从2020年的不足9 000万吨增加到2030年的2亿万吨以上；低碳氢的比例将从2020年的10%上升到2030年的70%。到2030年，全球约有一半的低碳氢来自电解；氢气与天然气混合能使消耗天然气产生的二氧化碳排放量减少约6%。到2050年，氢能在总的能源消费中的占比将达到18%。专家预计，未来几年由可再生电力生产的绿色氢将迅速增加。

负碳技术是负排放技术（Negative Emissions Technology）的主要组成部分，也被称为碳去除技术（Carbon Removal Technology），是指消除大气中已经存在的二氧化碳的技术（大气脱碳技术）。碳去除技术与CCS不同：碳去除是指将已经存在于大气中的二氧化碳去除并储存起来的过程；而CCS是将来自点排放源（如燃烧化石燃料的发电厂或工业设施）的碳捕获和存储，此时的碳尚未进入大气。碳去除的方法涵盖从土地管理到技术选择，包括农业土壤、森林和农林复合的碳管理，BECCS和DAC，生物炭，植物育种，增强风化和海水捕获等。

BECCS和DACCS为关键的负排放技术。BECCS的原理是：生物质生长过程中的光合作用促使其吸收了大气中的二氧化碳；然后，生物质被加工成燃料并燃烧时，会形成“生物源”二氧化碳；此时，若二氧化碳被捕获和储存，就会实现大气中的二氧化碳净减少——负碳，因而BECCS是具有负碳功能的技术。有研究指出，2030—2050年间，BECCS的应用规模将显著扩大，约占二氧化碳捕获量增长的15%。

DAC是指直接从大气中捕获二氧化碳（而非点源），减少大气中已有的二氧化碳含量，因而DAC是具有负碳功能的技术，但尚处于早期开发阶段。该技术能够从大气中直接消除二氧化碳，而不需要光合作用。大气中的二氧化碳非常稀薄，较工业二氧化碳更难捕集。每捕集1吨二氧化碳就必须处理相对较大的空气量，需要许多捕集设备，因而项目的成本相对较高。

负排放技术可以应用于CCS方法不适用或成本过高的领域。近年来，负碳技术变得愈发重要，一些行业正驱动着负碳革命。对于二氧化碳去除（Carbon Dioxide Removal，CDR）所发挥的作用，IPCC预测，到21世纪末，CDR将消除100~1 000亿吨二氧化碳。Abouelnaga认为，要想在本世纪中叶大规模推广CDR项目，就必须从现在开始进行前所未有的开发和部署。IEA报告指出，几乎所有的解决途径均在一定程度上依赖碳去除方法（Carbon Removal Approaches）。

根据上述分析，可得到碳中和技术结构示意图，具体如图5所示。

5.1 碳中和技术的中国实践

中国于2020年提出到2060年实现碳中和的目标，并力争在2030年前达到碳排放峰值。①从政策层面来说，中国发布了一系列政策和法规，支持可再生能源、碳市场建设、节能减排等的发展；同时，高度重视碳中和技术的研发与应用，通过制定一系列政策来引导并推动碳中和产业的发展。例如，2024年，国务院出台了《2024—2025年节能降碳行动方案》，明确了节能降碳的具体目标和行动方案。②从技术创新层面来说，中国在绿色低碳技术领域持续加大研发投入，推动低碳技术的创新和应用。其中，可再生能源技术不断取得突破，光伏发电的成本大幅降低，电池效率不断提升，风电装置的规模持续扩大、效率持续提高。这些创新使得可再生能源在中国能源结构中占据了越来越重要的位置。中国正在积极开发和应用碳捕集与封存技术。在燃煤电厂和工业设施中利用CCS技术，有效减少了二氧化碳排放。正在运行的多个示范项目都充分展示了该技术的潜力。智能电网和数字化技术在中国大范围推广，使得能源管理更加高效。通过大数据、人工智能和物联网技术的应用，能源供应与需求之间的关系得到改善，从而提升了系统的整体效率。中国在电动车和氢能车的研发与应用方面取得了显著进展。政府政策的大力支持和基础设施的建设极大加快了清洁交通的发展速度，推动了交通系统的低碳化。③从产业结构层面来说，中国大力推动传统产业转型，鼓励传统高排放行业（如煤炭、钢铁、水泥等）采用清洁技术并实施智能制造，以提升生产效率，降低碳排放。许多企业正在通过技术改造和流程优化推进绿色转型。同时，大力发展新能源、新材料、高端装备、新能源汽车等战略性新兴产业，提高产业链供应链现代化水平。这些产业具有低碳、环保、高效等特点，是推动产业结构绿色转型的重要力量。④从国际合作层面来说，一是坚定支持《巴黎协定》所确定的全球碳中和目标以及《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会（COP28）达成的“阿联酋共识”。通过参与这些国际谈判与合作，中国为全球碳中和目标的实现提供了重要支持。二是通过南南合作，与发展中国家分享低碳技术和实践经验，帮助这些国家应对气候变化；并通过提供技术援助和资金支持，促进可再生能源项目的实施。三是在“一带一路”倡议下，推动绿色基础设施建设，与参与国在可再生能源、绿色金融等领域进行合作，共同应对气候变化。四是定期举办与气候变化相关的国际会议和论坛，如中国国际绿色创新发展大会，以促进各国在碳中和及可持续发展方面的对话与合作。

5.2 碳中和技术的中国展望

积极应对气候变化既是中国在全球治理中应有的大国担当，也是新时代中国实现可持续发展的内在要求。总体来看，碳中和技术研究仍处于探索期，还有诸多问题需要深入分析。结合上述研究内容和结果，我国未来可以从以下方面开展研究与实践。

第一，提高碳中和技术各研究领域的关联度，尤其是脱碳技术。

前文的分析结果表明，关于减碳和脱碳技术的研究都具有分散性的特点，主题众多，但成熟度和关联度不高。首先，构建系统性的研究框架，将减碳和脱碳技术进行整合，从技术路径、实施效果和政策支持等多个维度进行研究，促进不同领域间的知识共享和经验交流。其次，通过分析脱碳技术与其他减碳技术之间的协同效应，研究如何在生产和消费环节中整合不同的技术，以提升减排效率。最后，创建集中化的数据共享平台，汇集各类减碳和脱碳技术的研究数据、应用案例和市场反馈，以促进研究者之间的信息交流。

第二，深化各领域碳中和技术实践研究，尤其是高排放产业领域。

碳中和细分技术领域众多，如何选择和发展最适合的减碳或脱碳技术是一个重要议题。须对高排放产业（如煤炭、钢铁、水泥、石化等）进行深入分析，了解其排放源、技术流程和能耗特点，识别主要的减排潜力点。对于不同的技术，探究其从原材料获取、生产、使用到废弃的全生命周期的环境影响，选择最具减排潜力的技术方案。短期内，减碳技术是高污高排产业的最佳选择。具体的，选择那些与现有生产流程相互兼容的技术，如对现有设备进行改造或升级，以降低替换成本和技术风险；关注成熟度较高的技术（如碳捕集与封存技术、能效提升技术），优先投资已有成功案例的技术，以降低不确定性。

第三，考虑碳中和目标下的中国情境，突出碳中和技术发展的本土特色。

中国拥有全球最大的太阳能发电市场，西北地区（如甘肃、宁夏）日照资源丰富，适合大规模光伏发电；沿海地区（如广东、江苏）和高海拔地区（如内蒙古）具备丰富的风能资源，风电装机容量全球领先；中国还拥有丰富的水电资源，尤其是长江流域和雅鲁藏布江流域，水电装机容量处于全球前列；中国农业废弃物（如秸秆）和林业废弃物众多，为生物质能的开发提供了良好基础。这些为脱碳技术的发展提供了极佳的便利条件。但同时，我国也存在关键资源短缺的问题。例如，虽然中国是世界上最大的煤炭生产国，但石油和天然气资源相对稀缺，高度依赖进口，这对能源结构转型和减少碳排放构成了挑战。在北方地区，水资源分布不均，部分区域面临水资源短缺的问题，这对可持续发展提出了更高的要求。因此，在这种情况下，可以通过推动高效能源利用技术、智能电网和能源管理系统的应用，提高能源使用效率，以降低对化石燃料的依赖；发展替代能源，加强氢能的研发与应用，推动氢能与可再生能源结合，探索清洁的氢气生产和利用技术。

当前，碳中和技术已成为学界、业界关注的焦点，但其内涵和外延仍然比较模糊。本研究对碳中和技术的概念进行了界定，并对碳中和技术结构进行了分析。其中，将碳中和技术界定为以多学科知识为基础，具有特定技术功能且能有效支撑碳中和目标实现的知识、技术与方法体系；并从碳中和技术概念维度（目标维度、功能维度、结构维度、组件维度）、与碳中和路径的区别、与绿色低碳技术的区别以及基础学科构成等4个方面阐述了其技术特性。碳中和技术概念的界定为确立碳中和技术结构提供了基础。碳中和技术由具有减碳功能和脱碳功能的技术构成，因而碳中和技术包括减碳技术和脱碳技术。在此基础上，通过对相关文献的分析，识别出不同概念的定义特征，构建出该研究领域的框架。虽然大多数概念存在重叠，但各自强调的研究议题均有不同。综上，本文分析了碳中和的核心特征、技术范畴、结构体系等，以期为研究者、政策制定者和实践者提供指导。