中国建筑与环境净零技术发展前瞻

Reduce,Restore,Remove 中国建筑与环境 减少，修复，移除 净零技术发展前瞻 序言3Rs路径综述3Rs技术发展趋势3Rs未来情景共同行动 目录 序言4术语及定义 3Rs路径综述6 3Rs技术发展趋势12 3Rs未来情景21 共同行动28 参考文献30 致谢名录31 Reduce减少：减少碳排放至大气。 Restore修复：修复生态系统以发掘并加强除碳能力及碳库容量。 Remove移除：人为工程方式从大气中捕集并去除碳，将之封存或加以利用。 碳达峰：是指二氧化碳排放总量的增长在某一个时点达到历史最高值，之后逐步回落。中国承诺在2030年前实现碳达峰。 碳中和：是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。中国承诺在2060年前实现碳中和。 净零碳排放Net-zero：当一定时期内通过人为二氧化碳移除使得全球人为二氧化碳排放量达到平衡时，可实现净零二氧化碳排放。 人为排放：人类活动造成的温室气体、温室气体前体和气溶胶的排放。这些活动包括化石燃料的燃烧、毁林、土地利用变化、畜牧生产、施肥、废弃物管理和工业生产过程。 建筑隐含碳：是指建筑开始启用之前及其拆除之后产生的碳排放，覆盖建筑原材料提取、相关的运输、建筑建造和更新拆除以及最后的废弃物处理等等。 建筑运营碳：建筑运行过程中直接使用燃煤、燃油和燃气等能源排放二氧化碳所导致的直接碳排放，以及使用电力、热力供应所导致的间接碳排放。 建筑全生命周期：从材料与构建生产、规划与设计、建造与运输、运行与维护直到拆除与处理的全循环过程。 脱碳：国家或其他实体实现低碳经济或个人减少碳消耗的过程。 碳汇：从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制。 封存：陆地库或海洋库吸收(即将有关物质加入库中)含碳物质特别是二氧化碳的过程。 全球增温趋势GWP：是指在一定时期内，排放到大气中的1千克温室气体的辐射强迫与1千克二氧化碳的辐射强迫的比值。 二氧化碳当量：指在特定时间范围内，作为温室气体(GHG)或者温室气体混合体的排放量，能够产生同样综合辐射强迫的二氧化碳排放量。在特定时间范围内，用温室气体排放量乘以全球增温趋势(GWP)就可以计算二氧化碳排放当量。 3 序言3Rs路径综述3Rs技术发展趋势3Rs未来情景共同行动 促进系统性变革，共创零碳未来 气候变化是当今社会人类生存与发展面临的最严峻挑战之一。将全球变暖限制在1.5°C的目标几乎遥不可及，应对气候环境危机，积极行动才能创造转机。 建筑环境与全球每年至少40%的碳排放量有关1。深度、长期的系统性行业变革已刻不容缓：我们需要在未来十年内从根本上改变我们规划、设计、建造和使用建筑物和基础设施的方式；同时，我们必须遏制生物多样性的丧失，修复已经对生态系统和大气造成的损害。由此，所需的转型规模是前所未有的——从我们的生活方式、我们的建筑环境，到我们如何保护和使用自然资源。 奥雅纳将气候韧性和可持续发展置于战略和目标的核心。我们致力于实现环境影响最小化，同时，最大限度发挥自然资源的经济和社会效益。 2022年，奥雅纳发布Reduce,Restore,Remove:ACalltoAction全球报告，提出遏制和扭转大气碳排放量上升的三种互补策略——Reduce减少排放、 Restore修复生态、Remove工程除碳（3Rs），为实现净零排放必须采取的行动提供明确路径。基于3Rs框架，我们开展本次专题研究，深入探索中国建筑环境实现碳中和目标所需关键措施和技术的发展前景。通过邀请建筑与环境所涉及的各领域专家参与研讨和调研，促进跨领域交流与合作，为低碳技术的创新和推广提供更广泛的视角和更充分的资源。未来，奥雅纳将持续践行前瞻性和科学性方法，与优秀的合作伙伴携手，借助理念和技术创新，共同促进中国建筑行业的低碳转型，为塑造更具气候韧性和可持续发展的未来做出贡献。 徐奥润雅昌纳博创士研院东亚区总监 全球增温趋势 五种排放情景下的气候预估结果（相较于1850-1900年），来自IPCC20212 4 序言3Rs路径综述3Rs技术发展趋势3Rs未来情景共同行动 以创新技术赋能建筑业碳中和 农村居建 2% 中国作为全球最大温室气体排放国，拥有世界上该研究首先全面梳理并分析了现有建筑与环境减 9%钢铁 最大的建筑市场。根据中国建筑节能协会发布的报告，2020年中国建筑全过程碳排放为50.8亿吨，占全国碳排放总量的50.9%。因此，建筑业不但是中国节能降碳的关键，也对全球实现净零排放有着重要影响。 中国建筑业要实现碳中和，需要转变“大量建设、大量消耗、大量排放”的发展方式，向绿色低碳可持续发展全面转型。实现这样的转变，需要创新技术手段和工具的支撑。但目前，中国建筑业实现碳中和的技术路径尚未得到充分研究，业界对于建筑低碳技术的发展状况还不够了解。 因此，在过去一年中，北京交通大学碳中和科技与战略研究中心与奥雅纳创研院合作开展了“中国建筑环境脱碳路线图和技术准备评估研究”项目，旨在就中国建筑部门实现净零排放的技术路径、建筑的低碳技术发展趋势和驱动力进行深入 碳技术，结合国际能源署的研究报告、中国国家发改委、科技部和住建部等部门的绿色低碳技术推广目录等文献，形成包括近百项技术的减碳技术清单。研究依据奥雅纳提出的3Rs框架，对技术清单进行分类和凝聚，帮助业界加深对减碳技术发展状况的认知。在此基础上，为进一步量化技术减排潜力和市场应用，该研究邀请了近百位业界专家参与建筑与环境减碳技术成熟度评价问卷调研，量化评价当前中国减碳技术的成熟度，从而为这些技术的应用推广提供有效参考。 希望这些研究成果为中国建筑与环境减碳技术创新和应用提供助力，为建筑业未来的低碳和可持续发展注入新的思路与活力。 可持续土木工程专委会理事长 王元丰教授科学研究会常务理事兼 公共建筑 城镇居建 16% 18% 施工 阶 段 阶 行建造碳排放 运2020年中国建筑与 段50.8亿tCO2 2% 其他 29% 建材 阶 生产 段 24% 水泥 研究。 北与京战交略通研大究学中碳心中主和任科技 2020年中国建筑与建造碳排放 来源：《中国建筑节能年度发展研究报告2021》 5 序言3Rs路径综述3Rs技术发展趋势3Rs未来情景共同行动 3Rs,实现净零目标的路径减少 “关掉水龙头” 人类活动产生的碳排放是导致当前全球气候变化的主要因素。若要将全球变暖控制在特定限度之内，必须快速有效地限制碳排放量。 首先，我们必须“关掉水龙头”——当务之急是通过大幅和快速减少碳排放，来减缓并最终阻止大气中碳的积累。目标和实施路线很重要：我们减少排放的速度越慢，变暖的速度就越快。到2030年，我们需要实现将全球二氧化碳排放量比2010年的水平减少45%，到2050年实现二氧化碳的净 未来，我们不可能完全不排放二氧化碳，且已经排放的碳将继续推动全球变暖。因此，在减少排放的同时，我们必须“扩大排水口”，考虑如何把这些不得不排放的二氧化碳固定下来。 4 我们需要修复生态系统，增强森林、湖泊、海洋等自然生态系统的固碳能力。然而，到2050年，仅靠深度和快速的减排和生态修复，不太可能实现大气碳浓度的下降。因此，我们还需要利用技术和工程开发等创新方法，从大气中移除碳，并将其 减少碳排放至大气 固碳和移除碳： -无法减少的碳排放 -已经在排大放气中的碳 修复 及碳库容量 修复并加生态除系统能以发力掘 “扩大排水口” 零排放，同时大幅减少其他温室气体，特别是甲烷的排放量3。 永久封存。 3Rs 我们需要最大限度减少碳排放，同时通过修复生态系统和人为工程手段从大气中移除碳，以实现将全球变暖限制在1.5°C的目标。 移除 之封存或加以利用 人中为捕工集程并方移式除从碳大，将气 6 序言3Rs路径综述3Rs技术发展趋势3Rs未来情景共同行动 右图展示了实现净零排放的3Rs路线图。我们必须在全生命周期和全系统基础上开展行动，尤其需要尽一切努力减少运营碳排放和隐含碳排放，避免过度依赖碳汇和碳捕集。只有这样，才能利用修复自然环境和人为工程技术从大气中去除碳，以抵消残余排放。 碳排放 一些全球最大的公司和国家已经做出了“净零”承诺，政策和金融市场亦开始为促进脱碳创造必要条件。各国政府正在通过发布减排目标和政策，推动全国范围内的行动。2020年9月，中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，将在包括能源、工业、交通、基建、经济、技术等十个领域采取加速转型和创新的政策措施和 减少能源需求 减少能源系统的碳排放强度 通过循环设计原则减少隐含碳 隐运含营碳排放人工固碳 自然碳汇 以零排放为目标 行动5。 气候变化在带来严峻危机的同时，也蕴含着全球经济发展的机遇。如果全球共同开展加速减缓气候变化的行动，必将会在技术、理念上带动新一轮的创新、发展和增长。 常规模式 修复生态环境 脱碳决策次序 移除剩余碳排放 7 序言3Rs路径综述3Rs技术发展趋势3Rs未来情景共同行动 Reduce 减少隐含碳的潜力 减少碳排放至大气高 在 不建 少建 智慧建造 高效建造 建材再利用 1.5°C的温控目标下，未来十年全球建筑业脱碳首要任务是迅速地、 并从根本上扭转传统工业过程，把温室气体排放减少到最低限度。 减少碳排放需要在建成环境全生命周期、全系统层面上进行，从能源电气化、网络化、智能化，到改善材料循环性和废弃物处理等各方面形成有效的脱碳方案。首先，减少建筑碳排放需要从减少能源消耗开始，例如被动式设计、提高系统运行效率；其次应减少所用能源的碳排放量，例如电力脱碳化、供热制冷脱碳化等；最后，应该通过“少建、巧建”，例如延长既有建筑使用寿命等方法6，最大限度减少隐含碳 低概念设计 需求管理 建造 低碳措施 交付运营 使用后评估及调试 中止使用 排放。 减少运营碳排放 运营碳问题必须从减少能源需求开始，而无法减少的能源需求则需要通过选择清洁的产能方式来满足。 节能和增效 被动设计 高 减少隐含碳排放 7 降低隐含碳需要结合优化设计、使用低碳材料、采用循环经济理念、促 进模块化组件化建设等方式来实现。 减少运营碳的潜力 在建筑单体或系统的整个生命周期内减少隐含碳和运营碳的潜力 在生命周期的早期存在更多的减排机会8 8 Restore 修复生态系统以发掘并加强除碳能力及碳库容量 气候变化和生物多样性丧失是我们这个时代最紧迫的两个挑战。进入本世纪后，气候变化对生物多样性丧失的影响变得越来越大。通过恢复自然生态系统，我们可以同时减缓和适应气候变化。 在健康的生态系统中，其生物质和土壤可以捕集和储存碳，因此，遏制对自然栖息地的破坏和恢复自然在限制气候变化方面发挥着至关重要的作用。 修复陆地生态系统 通过重新造林、泥炭地恢复、土壤碳封存和再生农业来修复陆地生态系统。其中，土壤储存的碳是植物的三倍多9，在全球碳循环中起着关键作用。 修复海岸线和海洋生态系统 包括红树林、潮汐沼泽和海草草甸。虽然沿海生态系统占海洋总面积的比例不到2%，但它们约占海洋沉积物中固存碳总量的一半10。 修复城市中的生态系统 包括蓝色和绿色基础设施，以及栖息地恢复，它们可以封存和储存碳，同时储存雨水径流，促进地下水补给并减轻城市热岛效应。 9 Remove 从大气中捕集并移除碳，将之封存或加以利用 人为工程措施 增强自然措施 CH4 CO2 CH4 大气中的碳 CO2 CO2 CO2 CO2 科自技然过程 CO2 CO2 CH4 直接空气捕集 CO2 生来物源质 甲烷氧化 CO2 CO2提取和处理 CO2 生物质能碳 捕集 生物碳 森林管理 造林和 增强陆地 气候 增强海洋 气候 海洋富 营养化 深海巨藻 碳储存 碳利用和储存 地理库 产品库 陆地库 海洋库 移除大