碳中和技術是氣候變化背景下技術創新領域的新概念，也是實現碳中和目標的關鍵。目前，關于碳中和技術的理論研究與實踐應用均在迅速發展。梳理學術界的認知脈絡，凝聚共識、辨析差異，對厘清碳中和技術理論體系以及促進碳中和技術開發和應用意義重大。

首先，在分析碳中和特性、減排（減碳）與脫碳關系的基礎上，界定碳中和技術概念，并從4個方面闡述碳中和技術特性；其次，基于現有文獻可視化分析目前碳中和技術的范疇和組成情況，發現碳中和技術存在功能和內容交叉混用、界限不清的情況；最后，立足于研究現狀，在碳中和技術概念維度的基礎上，依據實現碳中和目標所需的技術功能構建技術體系，提出碳中和技術結構由減碳技術及其細分、脫碳技術及其細分組成。研究結論為碳中和技術的發展奠定了基礎，有助于推動多學科交融和多系統互動的綜合研究。

《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》指出，“在開展碳達峰碳中和進展評估與趨勢預判基礎上，評估科技創新對實現碳達峰碳中和的支撐引領作用，動態評估國內外碳中和科技發展對社會經濟和全球治理的影響”。碳中和技術作為實現“雙碳”目標的重要支撐，如何從管理學視角對其基本理論和研發創新問題展開深入研究是一項重要課題。科學高效地部署和開發碳中和技術，不僅關乎能源轉型和低碳發展，而且在相當程度上影響著我國在氣候變化背景下以及碳中和目標下的技術應用能力、技術競爭力和可持續發展能力。

為了解目前碳中和技術的研究現狀，在Scopus數據庫中，以“carbon neutral technology”“technology of carbon neutrality”“carbon neutrality technology”為檢索詞，檢索得到160篇文獻，其中2023年發表的有48篇。同時，在CNKI的CSSCI數據庫中，以“碳中和技術”為檢索詞，檢索得到114篇文獻。經分析發現，管理學視角下的碳中和技術研究現狀如下：第一，對碳中和（技術）的闡述，通常采用列舉的方式，羅列一些具體的技術方案，如文獻中所提到的零碳電力能源技術、CCUS技術等。這種方式往往側重于對單一技術的描述，缺乏對技術之間相互聯系和綜合應用的深入探討。第二，開展了對碳中和具體技術的研究。例如：Gan等研究了石化行業碳中和技術的發展路徑；Zhang等研究了建筑領域的碳中和技術；Shih等研究了基于可再生能源的水電解制氫技術；Porcu等對生物質氣化過程中作為發電和/或生產綠色氫氣的碳中和手段進行了深入研究。第三，在碳中和路徑、路線和戰略研究中，涉及了碳中和技術相關內容。例如：關于中國電力碳中和路線圖的研究；關于鋼鐵行業凈零路徑的研究；關于美國碳中和路徑的研究；關于德國凈零戰略的研究；關于英國碳中和戰略的研究；等等。現有研究的不足之處體現在：學界關于碳中和技術的研究多采用理論與實踐交織的多元視角，既缺乏對碳中和技術的明確界定及從概念維度視角對其特征的闡述，也未能依據技術功能對技術體系結構進行細分，尚未形成較為清晰的認知脈絡和理論體系。還有學者指出，在經濟和環境上均可實現可持續的碳中和方法尚未被提出，現有的碳中和研究文獻主要聚焦碳中和能源轉型、碳中和技術發展、碳中和效果評價及碳中和行業實例等方面。這種狀況不利于在學者、政府、企業、非政府組織之間建立共同的知識基礎，促進相互之間的對話與合作，促進跨學科研究；也不利于對碳中和進行成本評估，分析碳中和技術的競爭態勢并識別其創新方向。

1 碳中和、減碳與脫碳

準確理解碳中和、減碳與脫碳的概念，是界定碳中和技術概念并進行維度分析的基礎，也是闡述其技術特征的基礎。

1.1 碳中和

1997年，《京都議定書》確立了以市場為基礎的機制，鼓勵各國及企業采取靈活的市場手段，如碳交易和排放權交易，以減少溫室氣體排放，應對全球氣候變化問題。這一機制旨在通過經濟激勵，促進發達國家與發展中國家在減少碳排放方面的合作。此后，“碳中和（Carbon Neutrality）”逐漸得到重視。

早期對碳中和的研究，較為重視市場機制及碳信用的作用。英國未來森林公司（Future Forests）對碳中和的關注較早，并從能源技術角度分析了交通旅游、家庭生活和個人行為等方面實現碳中和的路徑，認為可通過購買經認證的碳信用實現碳補償（Carbon Offset）。2006年，“碳中和”（Carbon Neutrality）被《新牛津美語詞典》選為年度詞匯。英國標準協會（BSI）認為，碳中和意味著不再向大氣中排放新的溫室氣體（GHG），若繼續排放，則必須通過從大氣中吸收等量的碳來抵消排放量。例如，通過碳捕獲和由碳信用計劃支持的重新造林來抵消碳排放。

2018年，IPCC首次定義了碳中和，其明確指出，碳中和等同于凈零二氧化碳排放（Net Zero CO2 Emissions），即在一段特定時期內，通過人為清除二氧化碳來抵消全球人為二氧化碳排放。2021年，IPCC又指出，碳中和是指一定時期內特定實施主體（國家、地區、組織等）人為（人類引起或影響）二氧化碳排放量與人為二氧化碳去除量之間達到平衡。世界資源研究院認為，碳中和指的是在某一日期之前，每年人為的凈二氧化碳排放量為零，即人為排放的二氧化碳與人為消除的二氧化碳相抵消。還有學者認為，碳中和是指通過平衡二氧化碳的排放量和消除量，獲得凈零二氧化碳（CO2）排放，以阻止大氣中二氧化碳的增加。國際能源署（IEA）認為， 碳中和或碳凈零意味著任何由人類活動釋放到大氣中的二氧化碳，都要與去除的二氧化碳相平衡。

還有學者側重于探究碳中和的實現方法、路徑或技術。Madhu認為，有兩種方法可以實現二氧化碳零排放，即碳排放和碳去除實現平衡，或者使用不產生碳排放的可再生能源。還有學者認為，碳中和就是人為排放的二氧化碳（化石燃料利用等），被人為活動（工程封存等）和自然過程（海洋吸收、侵蝕—沉積過程的碳埋藏、堿性土壤的固碳等）所吸收。Wang等認為，通過改革現行的全球發展體系，盡量減少溫室氣體排放和增加二氧化碳捕獲，可以實現碳中和。Crump認為，碳中和涉及從大氣中清除二氧化碳以及碳減排計劃，只有通過碳去除技術（Carbon Removal Technology）才能實現凈零排放。

1.2 減碳與脫碳

關于“減碳（排）”與“脫碳”的含義及其關系，目前有兩種不同的觀點：一種是不加區別而混用，一種則認為兩者具有不同的含義。

關于第一種觀點。Ausubel于1995年首次提出“脫碳”的概念，認為脫碳（Decarbonization）是指一次能源的碳強度下降，其結果是全球能源體系一直在穩步減少碳排放，避免氣候惡化和減少額外的稅收支出。從廣義上看，“脫碳”一詞也被用于描述避免燃燒化石燃料以減少向大氣中排放二氧化碳的做法。有研究機構認為，脫碳是指減少人類活動向大氣中排放二氧化碳的過程。Biber等認為，脫碳是指在一般的人類經濟活動中，特別是能源生產中大幅減少和消除二氧化碳排放的過程。2014年，IPCC報告指出，脫碳是國家或其他實體旨在實現低碳經濟的過程，或個人旨在減少碳消費的過程。2018年，IPCC再次強調，脫碳是國家、個人或其他實體旨在實現化石碳零存在的過程，通常指的是與電力、工業和運輸相關的二氧化碳排放的減少。

關于第二種觀點。Latin指出，溫室氣體減排的目標是通過市場的總量控制與交易機制（Cap-and-Trade）以及抵消系統來實現的；脫碳是將溫室氣體減排技術轉為清潔能源替代技術，即用不產生溫室氣體或產生極少溫室氣體的技術、過程和方法取代減排技術。還有學者在闡述減排時并未涉及脫碳。例如，Daniel認為，減排（Emissions Reduction）通常是指政府、企業、個人及其他團體為改善環境質量和提升人類及其他生物福祉所采取的措施；其主要目的是減緩全球變暖進程，減少大氣中導致酸雨的有害氣體排放；而減少排放的主要途徑之一是提高清潔能源的生產效率，進而減少對化石燃料的使用。還有研究發現，各國的能源和氣候政策雖有不同的碳中和實現途徑，但都包含相同的要點，即可再生能源、能源效率和脫碳。這表明，脫碳（使用可再生能源）與減排（提高能源效率）是不同的。Beck認為，為了遏制全球變暖和應對氣候變化，全球經濟需要在21世紀中葉實現凈零排放。

本文認為，減排（當減排對象是二氧化碳時，減排就是減碳）活動是減少人類活動向大氣中排放二氧化碳的行為，但這種行為無法將二氧化碳排放減至零；減排活動還包括防止二氧化碳進入大氣的活動。脫碳活動是指人類向大氣中零排放二氧化碳或去除大氣中已存在的二氧化碳的行為。脫碳與減排是既有區別又有聯系的，旨在緩解氣候變化的活動。脫碳強調能源供給端降低碳強度，而減碳強調能源用戶端通過減少能源消費而減少碳排放；脫碳主要強調技術、過程和方法的作用，而減碳強調政策、市場機制的作用；脫碳的目標為碳中和，是實現碳凈零的途徑，而減碳與階段性減少碳排放量緊密相關，不同時間段有不同的減碳目標。同時，二者也是緊密相關的。脫碳與減碳同屬于延緩氣候變化的路徑，均力求減少人類活動對氣候變化造成的不利影響。若能高效實現減碳，則碳固存負擔便小，去除大氣中二氧化碳的壓力就小，脫碳就容易實現，可見，減碳是脫碳的基礎；若能高效實現脫碳，則清潔能源占比便高，減排壓力就會變小。某些當前高成本的脫碳措施，可能會極大降低未來減碳的成本，而當前低成本的減碳措施，可能會極大增加未來脫碳的成本。當脫碳表現為一個過程（脫碳為動詞）時，則其與減碳具有相同含義，即都指碳排放量的減少；當脫碳表現為CO2凈零狀態（脫碳為名詞）時，則其與減碳的含義存在差異——減排無法實現CO2凈零狀態。

由此，可將碳中和定義為以二氧化碳凈零排放為目標的碳抵消活動，包括減碳和脫碳。其中，減碳更多依賴市場機制和碳信用，而脫碳更多依賴工程技術，且越接近碳中和目標，越需要工程技術，因此工程技術是支撐碳中和目標實現的基礎。

2 碳中和技術概念界定與特征分析

依據碳中和的特性以及減碳與脫碳的關系，可以將碳中和技術界定為以多學科知識為基礎，具有特定技術功能且能有效支撐碳中和目標實現的知識、技術與方法體系。把握碳中和技術特征，要從概念維度、與碳中和路徑的區別、與綠色低碳技術的區別以及基礎學科構成等方面來分析。

2.1 概念維度下的碳中和技術特征

基于對碳中和技術概念的界定，可從4個維度闡述碳中和技術特征：①目標維度。碳中和技術的目標是支撐實現二氧化碳凈零排放。②功能維度。碳中和技術應具有特定功能，包括減碳功能和脫碳功能（零碳功能和負碳功能）。③結構維度。碳中和技術是由多種技術構成的，具有復雜性、多樣性、有效性、層次性和整體性等特征。④組件維度。碳中和技術由軟件和硬件組成。其中：硬件包括技術裝置、設備、工程項目；軟件包括軟件工具系統和相應的知識體系。

2.2 碳中和技術與碳中和路徑

Wang和Zhang將碳中和路徑分為排放路徑、技術路徑和社會路徑等3類。其中：排放路徑側重于對未來碳排放路徑的管理與規劃；技術路徑是指凈零排放發揮作用的方式；社會路徑是指政府、企業和個人之間的互動。波士頓咨詢集團（BCP）指出，中國需要通過四大途徑實現碳中和——能源結構轉型、模式升級、能效提高、碳捕獲與封存（CCS）。Williams等指出，轉變消費者行為、土地使用、生物質能使用和技術選擇等都是實現碳中和目標的路徑。英國政府的研究報告指出，路徑將取決于關鍵技術的可用性和部署情況，以及個人和企業采取綠色選擇的程度。Bataille等提出了加拿大深度脫碳的6條路徑，其中包括經濟結構轉型。據此可知，碳中和技術與碳中和路徑并不相同，碳中和技術僅是實現碳中和目標的路徑之一，并且是一條關鍵路徑。

2.3 碳中和技術與綠色低碳技術

Lv和Qin認為，低碳技術是適應低碳經濟的一類技術，主要包括減碳技術、無碳技術、去碳技術、碳管理技術、資源節約與回收技術等，是發展低碳經濟的關鍵。聯合國環境署發布的《綠色技術選擇：低碳技術對環境和資源的影響》《綠色能源選擇：電力生產低碳技術的優勢、風險和權衡》報告中，均將綠色技術看作低碳技術。“GREEN-TECHNOLOGY”論壇網站提出，綠色技術領域包含一系列不斷發展的方法和材料，從發電技術到無毒清潔產品。據此可知，碳中和技術與綠色低碳技術的區別在于：低碳技術是伴隨低碳經濟發展而存在的，并無時間界限；而碳中和技術以實現碳中和（二氧化碳凈零排放）為目標，具有明顯的時間界限；此外，碳中和技術并不涉及防止產品損害健康的技術，而這類技術恰恰是綠色低碳技術的重要組成部分。

2.4 碳中和技術的基礎學科構成

以“carbon neutral technology”或“carbon neutrality technology”為檢索詞，在Scopus數據庫中檢索，發現碳中和技術的相關研究文獻數量增長十分迅速，從2012年的101篇，增長至2022年的1 094篇。經Scopus數據庫自帶工具的分析，這些文獻涉及的主要學科有（同篇論文可能涵蓋多門學科）：能源（42%）、工程（35%）、環境科學（35%）、化學工程（17%）、化學（14%）、材料（12%）、地球物理（6%）、社會科學（7%）、物理天文學（7%）、計算機科學（5%）、生物化學（4.5%）、農業和生物科學（4.5%）、管理與會計（4.5%）、經濟與金融學（3.2%）等。《碳中性氫技術基礎科學》報告指出，碳中和制氫技術涉及的基礎學科包括微生物學、催化、新型材料與化學、預測理論、仿真和建模、數據科學和氫化學等。這表明，碳中和技術是以多學科交叉為基礎的技術。

3 碳中和技術的功能范疇與辨析

從實現碳中和目標（二氧化碳凈零）對技術功能的要求出發，針對每項功能確定一類碳中和技術。據前述分析，碳中和技術由具有減碳功能和脫碳功能的技術構成。因此，碳中和技術的一級結構應包括減碳技術和脫碳技術兩部分。下文將對碳中和技術的功能范疇展開分析。

3.1 減碳和脫碳的學科領域分布

目前，雖然有研究減碳技術和脫碳技術的文獻，但尚未給出減碳技術和脫碳技術的具體定義。本文在Scopus數據庫中對減碳（排）技術和脫碳技術進行了精準檢索，檢索日期為2024年10月28日，共檢索出減碳（排）技術相關文獻1 007篇，檢索表達式為（TITLE-ABS-KEY（“emission reduction technology”） OR TITLE-ABS-KEY（“carbon reduction technology”））；脫碳技術相關文獻152篇，檢索表達式為（TITLE-ABS-KEY（“decarbonization technology”））。由于存在減碳和脫碳兩概念混用的情況，減碳技術和脫碳技術混用的情況也較為常見。

為了探索減碳和脫碳技術的學科領域分布，統計兩個技術部類的學科分布情況，如圖1所示。①相似之處在于，二者涉及的學科領域分布廣泛，且學科分布基本一致，其中分布最多的學科領域均為工程、環境科學和能源領域。②不同之處在于，相比于脫碳技術，減碳技術的學科分布更為廣泛，共涉及22個學科，比脫碳技術多4個。同時，二者的核心學科類別不同。減碳技術的核心學科是工程，而脫碳技術的核心學科則是能源。這一差異表明，減碳技術創新和脫碳技術創新所借助的手段工具是不同的。減碳主要是通過工程過程創新，如技術改進/優化及使用回收技術、廢物處理技術等來實現碳中和目標；脫碳則是通過使用清潔能源或可再生能源來實現碳中和目標。這意味著后者的技術創新、變革力度更大。

3.2 減碳和脫碳的技術范疇及交叉情況

為了進一步分析減碳和脫碳的技術范疇與技術特點，對從Scopus數據庫中獲取的文獻數據進行凝練，僅保留英文文獻，最終剩余825篇減碳技術領域文獻和130篇脫碳技術領域文獻。其中，對比兩個數據集，發現重復數據量為2，即脫碳技術和減碳技術概念混用的樣本文獻有2篇。然而，具體內容方面的交叉混用情況如何？還需要對這兩部分的技術范疇展開詳細分析。

本文對減碳和脫碳技術領域中出現頻次排名前50的技術關鍵詞進行了可視化羅列（見圖2）。由于排名前50的關鍵詞不一定涉及技術手段，如成本效益分析、二氧化碳、鋼鐵行業等，本文對無關的關鍵詞進行了過濾，僅保留了技術細分領域的關鍵詞。

3.2.1 高頻關鍵詞對比

本文從技術組成和應用領域兩方面對比減碳和脫碳技術的內容交叉情況。

從技術組成來看，本文梳理了頻次排名前10的技術關鍵詞來代表技術范疇，減碳涉及的主要技術包括節能技術、能源利用、CCS/CCUS、能源效率、廢氣再循環及廢熱利用等；脫碳涉及的主要技術包括能源效率、排放控制、CCS/CCUS、可再生能源、生物質及氫能等。從技術范疇來看，能源效率、CCS/CCUS為二者的交叉內容。脫碳技術雖然數量較少且學科領域分布相對較窄，但所涵蓋技術的豐富度高于減碳技術，且技術力度效用更高。例如，可再生能源和氫能在使用的過程中完全不產生碳排放，對實現碳中和目標的支撐力度更大。而減碳技術相關文獻數量較多。其雖然技術豐富度低于脫碳技術，但聚焦能力和專注度更高。減碳技術更多通過技術優化/改進及技術迭代促進碳中和目標的實現。

從應用領域來看，減碳技術排名前5的行業分別為化石燃料發電、船舶、煉鋼、煤炭及水泥，脫碳技術排名前5的行業分別為水泥、船舶、電力、鋼鐵及化學。二者的應用領域基本一致，區別在于優先級的不同，且應用程度也存在差異，減碳技術的應用率和普及率遠遠高于脫碳技術。對于煤炭這種高污染、高排放的行業來說，優先考慮的是減碳技術而非脫碳技術，因為減碳技術作用更明顯，減排潛力更大。

3.2.2 技術焦點對比

本文通過關鍵詞的戰略坐標圖來對比分析減碳與脫碳的技術焦點。本文的戰略坐標圖是以關鍵詞頻次和諧波接近度中心性（Harmonic Closness Centrality）為參數繪制的二維坐標系，其中X軸為頻次，Y軸為中心度。頻次是指關鍵詞出現的次數。頻次越高，關鍵詞在該研究領域內的受關注度和成熟度越高。諧波接近度中心性用來衡量某一節點到其他所有節點的平均距離。距離越短，說明該節點越接近網絡的中心，節點的中心性越高。這一指標用于衡量節點在網絡中的整體地位。據此，本文在對關鍵詞進行共現分析的基礎上，分別以主要關鍵詞的諧波接近度中心性與頻次的平均值（減碳技術：24.18，48.61；脫碳技術：7.75，49.00）為原點，繪制戰略坐標圖，進而使關鍵詞落入不同的象限，具體結果如圖3—4所示。

從象限分布來看，在象限Ⅰ中，減碳、脫碳技術文獻分別有5個和6個關鍵詞。這些關鍵詞具有高頻次、高接近度中心性的特點，類似于波士頓矩陣中的明星產品，既是當前領域內熱點研究主題，也與其他研究主題聯系緊密。通過對比可以發現，減碳的熱點技術與節能、能源利用、能源效率、碳捕獲技術有關，脫碳的熱點技術與碳捕獲、可再生能源、能源效率、能源利用有關。其中，在脫碳技術范疇，可再生能源出現了兩次，為重中之重。而兩個技術分類在技術熱點方面存在交叉內容，即碳捕獲、能源效率及能源利用。

在象限Ⅱ中，減碳、脫碳技術文獻分別有4個和0個關鍵詞，具有低頻次、高接近度中心性的特點，類似于波士頓矩陣中的問題產品。這些研究主題雖然受關注度和成熟度不高，但與其他研究主題聯系緊密，研究潛力較大。可以看到，“Decarbonisation”作為減碳的技術主題出現，表明脫碳是減碳技術的發展趨勢，也進一步證明了技術交叉現象的存在。另外，其他技術如廢氣利用、環境監測、替代型燃料，體現了減碳技術范疇圍繞資源循環、減少排放這一主旨內容。

象限Ⅲ聚集的減碳和脫碳技術最為廣泛，分別有12個和14個關鍵詞，具有低頻次、低接近度中心性的特征，類似于波士頓矩陣中的瘦狗產品。這體現出碳中和技術研究的一個主要特征：雖然細分領域多，但各領域間關聯度不大，即缺乏對減碳、脫碳的深度探索。減碳的技術范疇涉及余熱利用、可再生能源、CCS/CCUS、風能，其中可再生能源與CCS/CCUS以不同的形式出現多次。脫碳的技術范疇涉及氫能、電氣化、可再生能源、CCS/CCUS，與減碳的技術范疇再次出現了交叉。不同的是，相比于減碳技術，脫碳技術包含更豐富、更清潔的技術。

象限Ⅳ中包含的技術范疇較為狹窄。其中，減碳技術沒有關鍵詞落在該象限，脫碳的技術范疇只有碳封存，具有高頻次、低接近度中心性的特點，類似于波士頓矩陣中的現金牛產品。該研究主題雖然已相對成熟，但與其他研究領域的聯系相對較少，既存在退化至象限Ⅲ被逐步邊緣化的可能，也擁有與其他研究領域相結合而縱深發展的機會。同時，該研究主題也是技術交叉的內容之一。

總體來看，關于減碳和脫碳技術的研究均具有分散性的特點——研究主題眾多但成熟度和關聯度不高，且減碳和脫碳研究交叉領域較多。

4 碳中和技術結構體系構建

通過上述對減碳、脫碳技術范疇的對比分析，本文將減碳技術定義為防止二氧化碳進入大氣或減少人為二氧化碳進入大氣量且無法將其減為零的技術。其僅具有減碳功能，而無法減少已經存在于大氣中的二氧化碳。脫碳技術則是實現人為二氧化碳進入大氣量等于零或小于零的技術，具有零碳和負碳功能。減碳技術與脫碳技術對于實現碳中和目標都是不可或缺的，減碳技術無法實現大氣中二氧化碳凈零，脫碳技術則可以實現向大氣中排放二氧化碳凈零，且能將已經存在于大氣中的二氧化碳去除。根據上述對碳中和技術的界定，同時結合已有相關研究，對碳中和技術中的減碳技術和脫碳技術進行如下細分。

4.1 減碳技術結構細分

基于減碳技術的定義，將減碳技術二級結構細分為兩部分：防止二氧化碳進入大氣的技術（CCU與CCS）；減少人為二氧化碳進入大氣的技術，如提高能源效率的技術、提高材料效率的技術、產品循環與廢物再利用技術、碳管理技術等。

關于CCS與CCU的屬性。2005年，IPCC發布了相關報告，將CCS確定為重要的減排技術。2022年，IPCC再次強調，CCS是到21世紀中葉實現凈零排放和減緩氣候變化的關鍵技術。碳捕集與封存技術（CCS）作為一種重要的二氧化碳減排技術，得到了廣泛關注和應用。在此過程中，碳捕集與利用技術（CCU）也逐漸受到重視，成為減排領域的一個研究熱點。碳捕獲、利用和儲存技術（CCUS）是應對氣候變化的一項關鍵碳減排技術。美國環境保護署指出，二氧化碳捕獲與封存（CCS）是一套技術，可以大大減少燃煤和燃氣發電廠等的二氧化碳排放。

關于CCS與CCU的含義及其關系。CCS（碳捕獲與封存）是指在CO2進入大氣之前將其捕獲并儲存（或隔離）的過程；CCU（碳捕獲與利用）是指將捕獲的CO2加以利用，發揮其價值的過程。CCS是CCU的基礎，而CCU產生的經濟價值又有利于CCS的推廣；CCUS是CCS和CCU兩個過程的結合，其結果是CO2被捕獲和利用，剩余的部分被儲存。

CCUS（CCS/CCU）在實現碳中和目標的過程中發揮著重要的減碳作用。國際能源機構（IEA）指出，CCUS與基于可再生能源的電氣化、生物能源和氫氣一起，構成全球能源轉型的四大支柱。有研究報告指出了CCS四方面的作用：在難以減排的行業實現深度脫碳；實現低碳氫規模化生產；提供低碳可調度電源；為負碳技術（二氧化碳去除）奠定基礎。全球CCS研究院發布的《2022 CCS技術現狀研究報告》指出，2070年CCUS將為鋼鐵行業減排作出25%的貢獻，為水泥行業減排作出61%的貢獻，為化工行業減排作出28%的貢獻，為燃料轉換減排作出90%的貢獻，為發電減排作出16%的貢獻。IEA在2021年發布的研究報告指出，相比于2020年，2030年的碳捕集將增長97.6%，2050年將比2030年增長78%。

關于能源效率。有研究指出，提高能源效率是減少二氧化碳排放的一個重要途徑，且是最快、最具成本效益的途徑。隨著經濟的增長，能源需求可能會持續增加，而能源效率的提高抑制了近2/3的潛在能源需求的增長。IEA指出，通過提高能源效率來最大限度地抑制能源需求增長對實現二氧化碳凈零具有重要作用。由此可知，提高能源效率的相關措施在實現碳中和的過程中占據了重要地位，并能夠遏制能源需求增長和碳排放增加。此外，提高能源效率還有助于降低電力供應中斷的可能性。相對于政策情景，在可持續發展的情景中，用以提高能源效率的技術和服務對到2070年累計減排量的貢獻約為40%。

關于材料效率。提高材料效率有助于在整個價值鏈中減少二氧化碳排放，其涉及從設計、制造、使用，再到使用壽命結束的各個生命周期階段。有研究指出，通過設計長壽命、輕量化、短制造周期的材料，有助于減少材料的使用，進而減少二氧化碳排放。IEA報告指出：化工行業材料效率的提高為減排作出15%的貢獻，而技術性能的提升和改用替代燃料在可持續發展情景中分別為減排作出30%（2020年）和40%（2040年）的貢獻；鋼鐵行業材料效率的提高為減排作出42%（2040年）的貢獻，而技術性能的提升為減排作出19%（2040年）的貢獻。

綜上可知：①并不是所有的減碳措施都屬于減碳技術，政策、機制和制度也可以促進減碳，但不屬于減碳技術。②減碳技術雖然可以減少向大氣中排放二氧化碳，但僅依靠減碳技術不可能實現二氧化碳的零排放。要想實現二氧化碳凈零，離不開脫碳技術。③減碳技術的功能是減少向大氣中排放二氧化碳，而非減少已經存在于大氣中的二氧化碳。消除已存在于大氣中的二氧化碳則需要負碳技術。

4.2 脫碳技術結構細分

早在1999年便出現了“脫碳技術”這一術語，但該文獻研究的是化石燃料的脫碳技術，并未就脫碳技術給出一般意義的定義。2018年5月，《巴黎協定》得到了175個締約方的批準。此后，涉及脫碳技術的文獻數量迅速增長：2018年有5篇，2019年有6篇，2020年有12篇，2021年有21篇。英國為能源密集型行業制定了2050年脫碳技術路線圖。IEA指出，脫碳的關鍵支撐包括：能效，行為改變，電氣化，可再生能源，氫和氫基燃料，生物能源，以及碳捕捉、利用和封存。有研究團隊指出，脫碳技術包括電氣化、生物質能、碳捕集、氫能等。這些研究均未給出脫碳技術的定義，只是列舉了一些技術。

脫碳技術（Decarbonization Technology）包括兩層含義：一是實現能源生產和使用過程中的脫碳，即不存在碳排放；二是實現大氣脫碳，即減少大氣中已經存在的二氧化碳，完成減碳技術無法實現的目標。因此，第一層含義的脫碳產生了零碳技術，第二層含義的脫碳產生了負碳技術。

零碳技術（Zero Carbon Technology）是指無二氧化碳排放的技術，所包含的技術范圍比較廣泛，主要有：潔凈能源（Clean Energy）技術、電氣化技術、綠氫及與綠氫有關的燃料等。其中，潔凈能源（Clean Energy）技術是指在能源生產過程中不向大氣中排放二氧化碳的技術，包括可再生能源技術、綠色能源技術（對環境影響較低的水力發電和特定形式的生物質能）、不可再生的清潔能源技術（核能技術）。

可再生能源。在全球層面，可再生能源是減少電力供應排放的關鍵。IEA研究報告指出，可再生能源發電量占全球總發電量的份額預計從2020年的29%增加到2030年的60%以上，2050年將增加至近90%。為了實現這一目標，2020—2050年間，風能和太陽能的年新增產能將比過去三年的平均水平高出5倍。從末端用戶看，可再生能源在總的能源消費中的占比將從2020年的5%增至2030年的12%以及2050年的19%。到2050年，現代固體生物能源的使用量將每年平均增長約3%，生物能源的發電量占總發電量的比例約為5%，生物能源將提供約50%的區域熱能，并滿足造紙行業60%的能源需求和水泥生產30%的能源需求。

電氣化技術。電氣化技術主要應用于供暖和制冷、交通運輸及工業等領域，對于實現碳中和目標具有重要意義。在可持續發展的情景中，與既定政策情景相比，終端使用部門電氣化的貢獻占2070年二氧化碳年減排的近30%，因為其用低碳電力取代了化石燃料發電。電氣化帶來的二氧化碳大幅減少也發生在工業領域，主要通過工業熱泵實現低溫熱需求的持續電氣化。可見，電氣化是減少碳排放的重要措施。IEA預計，電氣化在能源消費中的占比將由2020年的20%增加至2030年的26%以及2050年的49%。

氫能。氫能可以有效應對密集和長途運輸、化工、鋼鐵等行業的能源挑戰，還有助于改善空氣質量，確保能源安全，提升電力系統的靈活性，促進可再生能源的部署。IEA預計，全球氫使用量將從2020年的不足9 000萬噸增加到2030年的2億萬噸以上；低碳氫的比例將從2020年的10%上升到2030年的70%。到2030年，全球約有一半的低碳氫來自電解；氫氣與天然氣混合能使消耗天然氣產生的二氧化碳排放量減少約6%。到2050年，氫能在總的能源消費中的占比將達到18%。專家預計，未來幾年由可再生電力生產的綠色氫將迅速增加。

負碳技術是負排放技術（Negative Emissions Technology）的主要組成部分，也被稱為碳去除技術（Carbon Removal Technology），是指消除大氣中已經存在的二氧化碳的技術（大氣脫碳技術）。碳去除技術與CCS不同：碳去除是指將已經存在于大氣中的二氧化碳去除并儲存起來的過程；而CCS是將來自點排放源（如燃燒化石燃料的發電廠或工業設施）的碳捕獲和存儲，此時的碳尚未進入大氣。碳去除的方法涵蓋從土地管理到技術選擇，包括農業土壤、森林和農林復合的碳管理，BECCS和DAC，生物炭，植物育種，增強風化和海水捕獲等。

BECCS和DACCS為關鍵的負排放技術。BECCS的原理是：生物質生長過程中的光合作用促使其吸收了大氣中的二氧化碳；然后，生物質被加工成燃料并燃燒時，會形成“生物源”二氧化碳；此時，若二氧化碳被捕獲和儲存，就會實現大氣中的二氧化碳凈減少——負碳，因而BECCS是具有負碳功能的技術。有研究指出，2030—2050年間，BECCS的應用規模將顯著擴大，約占二氧化碳捕獲量增長的15%。

DAC是指直接從大氣中捕獲二氧化碳（而非點源），減少大氣中已有的二氧化碳含量，因而DAC是具有負碳功能的技術，但尚處于早期開發階段。該技術能夠從大氣中直接消除二氧化碳，而不需要光合作用。大氣中的二氧化碳非常稀薄，較工業二氧化碳更難捕集。每捕集1噸二氧化碳就必須處理相對較大的空氣量，需要許多捕集設備，因而項目的成本相對較高。

負排放技術可以應用于CCS方法不適用或成本過高的領域。近年來，負碳技術變得愈發重要，一些行業正驅動著負碳革命。對于二氧化碳去除（Carbon Dioxide Removal，CDR）所發揮的作用，IPCC預測，到21世紀末，CDR將消除100~1 000億噸二氧化碳。Abouelnaga認為，要想在本世紀中葉大規模推廣CDR項目，就必須從現在開始進行前所未有的開發和部署。IEA報告指出，幾乎所有的解決途徑均在一定程度上依賴碳去除方法（Carbon Removal Approaches）。

根據上述分析，可得到碳中和技術結構示意圖，具體如圖5所示。

5 碳中和技術的中國實踐與展望

5.1 碳中和技術的中國實踐

中國于2020年提出到2060年實現碳中和的目標，并力爭在2030年前達到碳排放峰值。①從政策層面來說，中國發布了一系列政策和法規，支持可再生能源、碳市場建設、節能減排等的發展；同時，高度重視碳中和技術的研發與應用，通過制定一系列政策來引導并推動碳中和產業的發展。例如，2024年，國務院出臺了《2024—2025年節能降碳行動方案》，明確了節能降碳的具體目標和行動方案。②從技術創新層面來說，中國在綠色低碳技術領域持續加大研發投入，推動低碳技術的創新和應用。其中，可再生能源技術不斷取得突破，光伏發電的成本大幅降低，電池效率不斷提升，風電裝置的規模持續擴大、效率持續提高。這些創新使得可再生能源在中國能源結構中占據了越來越重要的位置。中國正在積極開發和應用碳捕集與封存技術。在燃煤電廠和工業設施中利用CCS技術，有效減少了二氧化碳排放。正在運行的多個示范項目都充分展示了該技術的潛力。智能電網和數字化技術在中國大范圍推廣，使得能源管理更加高效。通過大數據、人工智能和物聯網技術的應用，能源供應與需求之間的關系得到改善，從而提升了系統的整體效率。中國在電動車和氫能車的研發與應用方面取得了顯著進展。政府政策的大力支持和基礎設施的建設極大加快了清潔交通的發展速度，推動了交通系統的低碳化。③從產業結構層面來說，中國大力推動傳統產業轉型，鼓勵傳統高排放行業（如煤炭、鋼鐵、水泥等）采用清潔技術并實施智能制造，以提升生產效率，降低碳排放。許多企業正在通過技術改造和流程優化推進綠色轉型。同時，大力發展新能源、新材料、高端裝備、新能源汽車等戰略性新興產業，提高產業鏈供應鏈現代化水平。這些產業具有低碳、環保、高效等特點，是推動產業結構綠色轉型的重要力量。④從國際合作層面來說，一是堅定支持《巴黎協定》所確定的全球碳中和目標以及《聯合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會（COP28）達成的“阿聯酋共識”。通過參與這些國際談判與合作，中國為全球碳中和目標的實現提供了重要支持。二是通過南南合作，與發展中國家分享低碳技術和實踐經驗，幫助這些國家應對氣候變化；并通過提供技術援助和資金支持，促進可再生能源項目的實施。三是在“一帶一路”倡議下，推動綠色基礎設施建設，與參與國在可再生能源、綠色金融等領域進行合作，共同應對氣候變化。四是定期舉辦與氣候變化相關的國際會議和論壇，如中國國際綠色創新發展大會，以促進各國在碳中和及可持續發展方面的對話與合作。

5.2 碳中和技術的中國展望

積極應對氣候變化既是中國在全球治理中應有的大國擔當，也是新時代中國實現可持續發展的內在要求。總體來看，碳中和技術研究仍處于探索期，還有諸多問題需要深入分析。結合上述研究內容和結果，我國未來可以從以下方面開展研究與實踐。

第一，提高碳中和技術各研究領域的關聯度，尤其是脫碳技術。

前文的分析結果表明，關于減碳和脫碳技術的研究都具有分散性的特點，主題眾多，但成熟度和關聯度不高。首先，構建系統性的研究框架，將減碳和脫碳技術進行整合，從技術路徑、實施效果和政策支持等多個維度進行研究，促進不同領域間的知識共享和經驗交流。其次，通過分析脫碳技術與其他減碳技術之間的協同效應，研究如何在生產和消費環節中整合不同的技術，以提升減排效率。最后，創建集中化的數據共享平臺，匯集各類減碳和脫碳技術的研究數據、應用案例和市場反饋，以促進研究者之間的信息交流。

第二，深化各領域碳中和技術實踐研究，尤其是高排放產業領域。

碳中和細分技術領域眾多，如何選擇和發展最適合的減碳或脫碳技術是一個重要議題。須對高排放產業（如煤炭、鋼鐵、水泥、石化等）進行深入分析，了解其排放源、技術流程和能耗特點，識別主要的減排潛力點。對于不同的技術，探究其從原材料獲取、生產、使用到廢棄的全生命周期的環境影響，選擇最具減排潛力的技術方案。短期內，減碳技術是高污高排產業的最佳選擇。具體的，選擇那些與現有生產流程相互兼容的技術，如對現有設備進行改造或升級，以降低替換成本和技術風險；關注成熟度較高的技術（如碳捕集與封存技術、能效提升技術），優先投資已有成功案例的技術，以降低不確定性。

第三，考慮碳中和目標下的中國情境，突出碳中和技術發展的本土特色。

中國擁有全球最大的太陽能發電市場，西北地區（如甘肅、寧夏）日照資源豐富，適合大規模光伏發電；沿海地區（如廣東、江蘇）和高海拔地區（如內蒙古）具備豐富的風能資源，風電裝機容量全球領先；中國還擁有豐富的水電資源，尤其是長江流域和雅魯藏布江流域，水電裝機容量處于全球前列；中國農業廢棄物（如秸稈）和林業廢棄物眾多，為生物質能的開發提供了良好基礎。這些為脫碳技術的發展提供了極佳的便利條件。但同時，我國也存在關鍵資源短缺的問題。例如，雖然中國是世界上最大的煤炭生產國，但石油和天然氣資源相對稀缺，高度依賴進口，這對能源結構轉型和減少碳排放構成了挑戰。在北方地區，水資源分布不均，部分區域面臨水資源短缺的問題，這對可持續發展提出了更高的要求。因此，在這種情況下，可以通過推動高效能源利用技術、智能電網和能源管理系統的應用，提高能源使用效率，以降低對化石燃料的依賴；發展替代能源，加強氫能的研發與應用，推動氫能與可再生能源結合，探索清潔的氫氣生產和利用技術。

6 結論

當前，碳中和技術已成為學界、業界關注的焦點，但其內涵和外延仍然比較模糊。本研究對碳中和技術的概念進行了界定，并對碳中和技術結構進行了分析。其中，將碳中和技術界定為以多學科知識為基礎，具有特定技術功能且能有效支撐碳中和目標實現的知識、技術與方法體系；并從碳中和技術概念維度（目標維度、功能維度、結構維度、組件維度）、與碳中和路徑的區別、與綠色低碳技術的區別以及基礎學科構成等4個方面闡述了其技術特性。碳中和技術概念的界定為確立碳中和技術結構提供了基礎。碳中和技術由具有減碳功能和脫碳功能的技術構成，因而碳中和技術包括減碳技術和脫碳技術。在此基礎上，通過對相關文獻的分析，識別出不同概念的定義特征，構建出該研究領域的框架。雖然大多數概念存在重疊，但各自強調的研究議題均有不同。綜上，本文分析了碳中和的核心特征、技術范疇、結構體系等，以期為研究者、政策制定者和實踐者提供指導。

本文來源于《創新科技》雜志2025年第2期。黃魯成，哈爾濱工程大學經濟管理學院教授，博士生導師；郭鑫，哈爾濱工程大學經濟管理學院博士研究生；苗紅，北京工業大學經濟與管理學院副教授，碩士生導師；羅曉梅，北京工業大學經濟與管理學院碩士生導師；張惠釗，北京工業大學經濟與管理學院碩士；武宇鐸，北京工業大學經濟與管理學院碩士。文章觀點不代表主辦機構立場。

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