在工业革命以前，碳循环主要途径如下：
大气中的二氧化碳通过光合作用转化为体内的有机碳，有机碳通过食物链传递给动物。植物与动物的呼吸作用把体内的部分碳转化为二氧化碳释放到大气中。体内的另一部分碳待动物与植物死亡后，部分被微生物分解成二氧化碳排放到大气中；另一部分被泥土掩埋到地层深处，经过漫长的年代，在高压与热能作用下转化成煤、石油、天然气等化石燃料。当化石燃料风化或燃烧时其中的碳转化为二氧化碳回归大气。那时整个循环较平衡，空气中的二氧化碳含量较稳定，为0.0278%。

从在工业革命开始人们大量开采使用矿物质燃料（煤、石油、天然气），燃烧其中的碳产生热能。第一次工业革命开始，蒸汽机极大提高了生产力，但需要燃烧大量的煤。第二次工业革命时期发明了内燃机，内燃机体积小，效率高，但是需要燃烧燃油。这些动力机械释放出大量二氧化碳。

大量工厂建设减少了植物生长的面积，减少了对二氧化碳的吸收；采伐树木作燃料，即减少了对二氧化碳的吸收，燃烧又释放出二氧化碳。
2024年，温室气体浓度突破极值，大气中二氧化碳浓度攀升至0.0423%，较工业化前的0.0278%飙升52%。全球气温比工业革命前升高了1.3℃。

为应对气候变化，早在1972年，联合国在斯德哥尔摩召开“人类环境会议”，决定设立环境署，1992年，150多个国家和经济共同体在里约热内卢签署了《联合国气候变化框架公约》，公约对发达国家和发展中国家规定的义务，终极目标是将大气温室气体浓度维持在一个稳定的水平。1997年达成《京都议定书》，2021年达成《巴黎协定》，制定了实施细则一揽子决议。一切都是围绕减少二氧化碳排放量，使全球地表温度较工业革命前升高不超过2.0℃，努力争取1.5℃。

2020年9月22日，第七十五届联合国大会一般性辩论上，习近平主席郑重宣布：“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。”

碳达峰是指全球、国家、城市、企业等不同主体的二氧化碳排放在由上升转为稳定下降的过程，碳排放的最高点即为碳排放峰值。

2021年国务院印发了《2030年前碳达峰行动方案》，为接下来的“十四五”和“十五五”两个关键期，我国实现碳达峰明确了主要目标提出了重点任务，制定了具体的行动方案。我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低。

图2-2  碳达峰示意图

碳达峰主要通过从能源、工业、交通、建筑、废弃物处理等碳排放的源头大力减排二氧化碳。

我国发电主要依靠燃烧煤炭，排出大量二氧化碳。例如深圳市妈湾电厂装机总容量180万千瓦，根据2023年公开信息，全年二氧化碳排放量为‌788万吨‌。
为减少碳排放大力发展风能、太阳能、水能、核能等清洁能源。“十四五”以来清洁能源发电装机规模累计增长了98.0%，年均增长18.6%；化石能源发电装机规模累计增长15%，年均增长3.6%。火电装机容量占全国总电力装机容量之比由2007年的77.73%下降到2024年的44.14%，保证在大力发展电力工业的同时，碳排放增加量逐年减少。

对耗能多的产业进行节能改造，关闭高耗能非重点企业。燃油汽车逐步换成电动车。人们的衣食住行也涉及炭排放，在后面会有介绍。

通过这些措施使每年二氧化碳排放量不再增加，实现碳达峰。

碳达峰仍然有大量二氧化碳排放，需要消除这些人为产生的二氧化碳，要实现碳中和。

碳中和：是指企业、团体或人在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，然后通过植物吸收、节能减排、二氧化碳封存等形式，吸收自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳总体“零排放”。碳达峰是碳中和的基础和前提，只有实现碳达峰，才能实现碳中和。

全球人为二氧化碳排放约 390亿吨／年，大约50％被陆地生态系统和海洋吸收，剩下50％要靠人为进行碳吸收。目前我国大力植树造林、保护绿化、在沙漠建立植被等生态文明建设可增加碳吸收，不单是美化我们的家园，是保护我们的家园。这是主要的碳吸收方式。

除靠森林吸收外要采取多种措施来处理人为产生的二氧化碳。图2-4介绍了目前主要的方法。

燃煤发电、工业生产所产生的二氧化碳可直接从排出口捕获；木材等生物质燃烧与腐烂释放的二氧化碳在空气中，燃油汽车排放的二氧化碳也在空气中，需直接从空气中捕获。这些捕获的气体中大部分是氮气等气体，需要通过二氧化碳捕集装置将捕集的气体中的二氧化碳分离出来，除本地需用外，一般还要转化成液体二氧化碳，方便远距离输送。图2-5是二氧化碳捕集装置与液态二氧化碳运输车。

捕集的二氧化碳主要是应用与封存

1. 地质封存  把二氧化碳注入特定地质条件及特定深度的地层中，例如旧油气田、难开采煤层、深层地下水层等地质环境，可长期保存。

2. 地表封存  基本原理是使CO2与金属氧化物进行化学反应，形成固体形态的碳酸盐及其他副产品。

3. 海洋封存 二氧化碳在水中有不低的溶解度，将二氧化碳注入1000米以下的深海，利用海洋庞大的水体体积可封存很多的二氧化碳。

清洁能源，即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包括“可再生能源”与核能。

可再生能源，是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能（沼气）、地热能、海潮能这些能源。除水力发电外其他属于新能源。

我国是世界上新能源的发源地，风力发电、太阳能发电装机容量世界第一，可再生能源发电装机占全球比重40%。

风力发电利用风推动风力发电机叶片旋转，带动发电机旋转发电。

图2-7是布满风力发电机的风电场一角。

图2-7 风力发电场

2.1. 太阳能光伏发电

太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，由半导体材料制成太阳电池板，当阳光照射到太阳电池板时，就会产生电能。

图2-8是大片的光伏电池板组成的光伏发电场的照片。

2.2. 聚光太阳能发电

聚光太阳能发电是用许多反光镜反射太阳光到塔顶的吸热器，反光镜多达数千个至一万多个，聚集的太阳光将吸热器内的传热流体加热到600多度，传热流体在塔下蒸汽发生器将水加热成高温蒸汽，推动汽轮发电机旋转发电。

图2-9是塔式聚光太阳能发电站的照片。

水力发电是用水坝将河流拦截起来，形成上游与下游的水位差，上游的水通过管道流到下游，推动水轮机旋转带动发电机发电。

图2-10是世界最大容量的三峡水电站照片。

4. 核能发电

利用核反应堆释放出的热能能将水加热成高压水蒸气，推动汽轮机旋转，带动发电机发电，中国核电站总装机容量为世界第一。

图2-11是第三代核电站华龙一号的照片。

首先实现碳达峰，才能实现碳中和。实际上在碳达峰阶段也要捕获二氧化碳，进行应用与封存，以加快碳达峰速度。

虽然有许多方法可以回收排出的二氧化碳，进行利用或封存，但与排放相比还是很少，且成本高昂，要实现碳中和主要是节能与减排。

用清洁能源代替化石能源。

治理沙漠，大面积增加植被。