信息中心
信息中心
环境系统工程课题组在产业低碳转型多要素—多部门协同调控研究中取得系列进展
发布时间：2026-10-15
浏览次数：10
实现深度脱碳并非单一技术替代或单个产业部门减排的简单叠加，而是对产业系统物质、能量和环境要素代谢关系的系统性重构。随着能源、资源与产业部门之间的联系不断增强，低碳技术的大规模部署不仅受到水、矿产、土地等资源禀赋的约束，也会通过能源、物质和基础设施网络改变相关产业部门的资源供给、生产成本与减排路径。同时，不同地区资源禀赋、产业结构和能源供给存在显著差异，局部气候行动还可能通过跨部门、跨区域供应链产生环境、健康和社会经济影响。因此，产业低碳转型的关键已由单项技术能够减多少碳，进一步转向为不同资源、产业部门和区域之间如何相互作用，以及如何在多重约束和多元目标下实现系统协同的问题。识别产业系统中的关键耦合关系，揭示资源约束与部门关联对减排效益的影响机制，量化局部转型行动在产业网络中的跨部门和跨区域传导效应，并进一步实现多目标协同优化，是产业生态环境系统工程领域亟需解决的重要科学问题。
围绕这一科学问题，复旦大学环境系统工程课题组从多要素协同优化和多部门协同调控两个层面开展系列研究，分别聚焦低碳技术部署中的资源—环境—经济约束，以及产业部门之间由物质、能源和基础设施关联所产生的系统效应，形成了从约束识别、效应评估到协同优化的研究体系。
01 多要素协同优化
电解氢是工业和交通等难减排部门实现深度脱碳的重要技术，但电解水制氢需求、可再生资源和水资源禀赋在空间上并不匹配。现有部署方案往往将水资源视为可充分供给的生产要素，尚不清楚县域水资源约束将限制多少电解氢需求、造成多大减排潜力损失，以及不同水源和跨区域输氢策略能否以合理成本解除这一约束。厘清上述问题，是在产业系统低碳转型中统筹氢能部署、区域水资源安全与经济成本的关键。针对这一问题，课题组在县级尺度上评估了中国电解氢需求、水资源供给与减排效益的空间耦合关系。研究发现，2030和2050年约30%的电解氢需求受水资源约束，进而可能导致碳减排潜力损失；以再生水制氢为主的县级最优部署策略可解锁约99%的受限减排潜力，成本仅比使用自然水源本地制氢高出约20%。该研究量化了水资源约束对电解氢规模化部署和减排潜力的影响，并提出以再生水利用为主的县域差异化部署策略。相关成果发表于Nature Sustainability。
加速煤电退役是印度实现气候目标的核心措施，但退役决策不仅减少碳排放和空气污染，也会造成电厂利润、地方税收和就业损失。既有研究多以减排成本或搁浅资产衡量转型代价，尚不清楚将健康收益与经济社会损失置于统一框架后，不同温控目标下煤电退役的净效益是否会发生改变。厘清多重收益与成本之间的权衡，是产业低碳转型由单一减排指标走向多目标协同决策的关键。针对这一问题，课题组构建了印度煤电退役的综合成本效益评估框架，统一纳入碳减排效益、健康效益、电厂利润损失、税收与就业损失等指标。研究发现，富有雄心的1.5℃目标整体上更具成本效益，其带来的环境与健康收益超过转型导致的经济损失和社会成本；机组平均寿命在1.5℃和2℃目标下将分别缩短至28年和35年，在全国范围内将避免15-26 Gt的碳排放和71-130万DALYs的健康损失。该研究表明，纳入健康、就业和财税影响会改变对煤电退役成本效益的判断，并为统筹气候目标与社会经济约束的退役路径提供了定量依据。相关成果发表于Nature Communications。
02 多部门协同优化
如果说资源、环境和社会经济要素决定了单项低碳技术“能否部署、如何部署”，那么产业部门之间的物质和能源关联则进一步决定了一个部门的低碳行动是否能够转化为整个产业系统的净环境效益。围绕这一问题，课题组进一步研究了能源部门转型通过物质流和能源供应网络向其他产业部门传导的系统效应。
粉煤灰替代水泥熟料是煤电与水泥行业协同减排的重要途径，但煤电加速退役会同步削减粉煤灰供给。现有煤电和水泥减排路径通常分部门制定，尚未回答煤电退役将使多少水泥厂失去粉煤灰来源、既有协同减排与经济效益将损失多少，以及替代低碳技术能否弥补这一缺口。识别这一由上游能源转型向下游工业脱碳传导的风险，是揭示产业部门耦合关系、避免局部最优损害系统整体效益的关键。针对这一问题，课题组系统评估了煤电退役引发的粉煤灰供给变化及其对水泥脱碳的影响。研究发现，目前中国约四成水泥厂可与周边燃煤电厂形成产业共生，每年协同减碳1.41亿吨，创造82亿元经济效益；但在1.5℃温控目标下，煤电加速退役将使这一综合效益至2050年下降超80%，且部署其他低碳技术的新增成本将导致净效益由盈转亏。该研究量化了煤电退役经由粉煤灰供给链影响水泥脱碳的跨部门传导风险。相关成果发表于The Innovation。
电动车减排依赖新增用电的清洁供给，交通电动化与煤电退役进度不匹配，可能使尾气减排被发电侧新增排放抵消。现有政策评估多分别考察交通或电力部门，尚不清楚两部门不同转型进度组合会在多大程度上改变全国污染减排效益，以及电动车间接排放经跨区域电力供应链转移后将由哪些地区承担。厘清这种跨部门、跨区域的排放传导，是判断单部门气候行动能否转化为产业系统净环境效益的关键。针对这一问题，课题组评估了乘用车与煤电部门不同气候行动组合对大气污染物排放及空间转移的影响。研究发现，当电动车推广受阻而煤电退役加速不足时，电力需求增长叠加电网依赖煤电，将导致氮氧化物和颗粒物排放显著增加；同时，电动车的间接排放通过电力供应链向内蒙古、山西、山东等煤电大省转移，加剧区域间健康风险的不平等。该研究量化了交通与电力部门行动不同步引发的污染反弹及区域风险转移。相关成果发表于Engineering。
产业低碳转型并非各部门减排措施的线性叠加，而是受到资源约束、部门关联、空间异质性和多目标权衡共同作用的复杂系统演化过程。 水资源约束可以改变绿氢的技术减排潜力，煤电退出可以通过副产品供给影响水泥行业脱碳，交通电气化也可能通过电力系统将环境压力转移至其他地区。上述不同低碳转型场景的研究结果表明：局部最优的气候行动并不必然带来系统整体最优，产业部门之间的耦合关系可能产生协同增效，也可能形成新的减排阻抗和风险传导。
基于此，复旦大学环境系统工程课题组将进一步围绕产业生态环境系统的交互机制与协同调控开展研究，发展高时空分辨率的产业系统代谢、风险传导与多目标优化模型，系统刻画资源、能源、产业部门、基础设施和区域之间的复杂耦合关系，识别局部气候行动向产业系统传导的关键节点、路径与反馈机制，并探索碳减排、资源安全、环境健康和经济社会效益之间的协同调控机制。通过由“单部门减排”走向“产业系统协同”、由“局部最优”走向“系统最优”，为理解和推动复杂产业系统的深度低碳转型提供新的科学基础。
03 相关成果
Xie, HY.^, Wu, YJ. ^, Wang, YT.*, Guo, Y.*. (2026). Addressing water resource constraints for electrolytic hydrogen demand in China. Nature Sustainability. https://doi.org/10.1038/s41893-026-01894-9
Long, XY., Chen, B., Dai, M., Xie, HY., Chen, PP., Meng, J., Wang, YT.*. (2025). Ambitious climate targets can make the phaseout of India’s coal-fired power plants cost-beneficial. Nature Communications, 16, 11594. https://doi.org/10.1038/s41467-025-66580-4
Li, HQ., Chen, B., Xie, HY., Yu, HJ., Dai, M., Xue, ML., Long, XY., Wang, J., Han, ZX., Sun, MX., Wang, JX., Guo, YQ., Wang, YT.*. (2026). Coal phaseout undermines co-benefits of fly ash as a clinker substitute. The Innovation, 7, 101496. https://doi.org/10.1016/j.xinn.2026.101496
Xie, HY., Chen, B.*, Wang, C., Xie, W., Long, XY., Zhang, DF., Dai, M., Han, ZX., Song, YR., Li, JS., Wang, YT.*. (2025). Uncertain cross-sector climate actions could undermine air pollution reduction co-benefits in China's power and passenger car sectors. Engineering. https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.09.006
04 相关作者简介
王玉涛，复旦大学长聘教授，主要从事产业生态环境系统工程与碳中和管理方面的研究，聚焦全生命周期视角下产业系统与生态环境的复杂交互与协同调控机制，获得国家重点研发计划项目、优秀青年科学基金项目、NSFC-UNEP国际合作基金、专项项目等多个重点项目资助，在 Nature、 Engineering、 Nature子刊、 Cell子刊、 Environmental Science & Technology、 Global Environmental Change 等学术期刊发表系列研究成果，在UNEP出版首份全球生物基经济评估报告。在海外成功开展行业数字化清洁生产集成工程示范，为绿色“一带一路”与可持续发展提供了实践案例和技术支持。中国生态学学会产业生态专业委员会副主任委员， Journal of Cleaner Production 共同主编，曾获国家生态环境保护专业青年拔尖个人、中国生态学学会青年科技奖、英国牛顿高级学者奖励基金等。
陈斌，复旦大学大数据研究院助理教授、博士生导师，上海科学智能研究院领域科学家，长期致力于能源转型的资源与生态环境效应智能评估与治理、AI驱动气候风险模拟与调控等方面的研究，以第一/通讯在 One Earth、 Engineering、 Global Environmental Change、 Environmental Science & Technology 等期刊发表论文30余篇。曾获全球华人产业生态学会学术新人奖、中国生态学会青年人才托举工程、山东省高等学校优秀科研成果一等奖、Cell Press China Most Picked Paper Award等。主持和参与多项国家及国际合作项目，担任国际标准 GHG Protocol 范围三技术工作组专家，以主要起草人身份制定多项碳中和领域地方与团体标准。
龙馨仪，复旦大学博士，现任成都理工大学讲师。主要从事气候变化与能源系统低碳转型研究。近年来作为第一作者在 Nature Communications、 Environmental Science & Technology、 Journal of Environmental Management 等期刊发表多篇论文。
谢泓毅，复旦大学博士，现任新加坡南洋理工大学博士后研究员。主要关注新兴低碳技术（如电动车、绿氢等）推广过程中的资源与环境约束问题。近年来作为第一作者（含共同）在 Nature Sustainability、 Engineering、 Environmental Science & Technology 等期刊发表多篇论文。
李华清，复旦大学博士生，主要关注能源与工业低碳转型过程中的跨部门风险与路径优化。近年来作为第一或通讯作者在 The Innovation、 Resources, Conservation & Recycling、 Energy Policy 等期刊发表多篇论文。
地址：上海市淞沪路2005号复旦大学江湾校区环境科学楼
电话：021-31248999
邮编：200438
邮箱：hjxbgs@fudan.edu.cn
Copyright © 版权所有 复旦大学环境科学与工程系