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2021年，如果在产业界、投资界、科技界选两件最火的事，大概非元宇宙与碳中和莫属。
元宇宙火爆，但真面目若隐若现，就像天上的一朵云；碳中和是国家战略，各级政府和大企业都有很大的压力，实实在在就像一座山。当我们深入探究时，发现了两者之间愈加紧密的联系：有了山的支撑，这朵云才能接地气，增加厚重感；而因为云的存在，这座山才显示了高度，增加了想象空间。
元宇宙是游戏、AR/VR/MR（增强现实/虚拟现实/混合现实）、3D互联网？是技术、技术的集成、新兴产业、下一代互联网？还是下一代人类社会、人类文明，甚至人类的新纪元？
2021年可谓元宇宙元年，在如此早期的阶段想要给元宇宙下一个精准的定义有一定困难。本书尝试简明扼要地提炼出元宇宙的定义和结构。
而元宇宙与数字经济又是什么关系呢？
狭义的元宇宙通常是指3D化的互联网，所以狭义的元宇宙概念是小于数字经济的。广义的元宇宙则是指虚实融合的人类社会新形态，这个概念就远大于数字经济了，对人类社会变革范围之广、程度之深、质变之剧烈，甚至超过农业社会到工业社会到信息社会的变化。
Web 3.0是下一代互联网，数字经济是下一代新经济，元宇宙是虚实融合的下一代人类社会、人类文明、人类纪元。
面对广义元宇宙如此宏大的概念和体系，为了便于读者能够简明扼要地把握元宇宙的精髓，我们提炼出“13346”这样一个精炼性的元宇宙认知框架，通俗易懂，便于记忆。
1——一句话的元宇宙定义。
3——元宇宙的三个世界。
3——元宇宙发展的三条主线。
4——元宇宙应用的四大领域。
6——元宇宙的六大技术支柱。
用一句话定义元宇宙：元宇宙是人类数字化、智能化高度发展下虚实融合的社会新形态。
由此可知，元宇宙是社会新形态，不只是技术、产业和下一代互联网。这个社会新形态是数字化、智能化高度发展的必然结果，其特征是虚实融合。
也就是说，碳中和必然是数字化、智能化高度发展下元宇宙社会的碳中和。
元宇宙由三个世界构成：虚拟世界、数字孪生的极速版真实世界、虚实融合的高能版现实世界。这三个世界充分体现了数字经济对碳中和的全方位赋能。
第一个虚拟世界由两部分构成，其中的设计与仿真部分，为碳中和各种新材料、新技术、新产品、新设备、新厂房、新项目的设计提供了强大的数字能力和效率支撑。
第二个数字孪生的极速版真实世界，一方面通过全面数字化及算法优化来实现资源的高效利用进而达到单位GDP（国内生产总值）碳排放持续下降的效果，另一方面，社会经济生活中的各类人员流动产生的交通差旅等碳排放，将因元宇宙的数字化沉浸感的视觉呈现和交流便利性而大大下降。
第三个虚实融合的高能版现实世界，是将前两个世界强大的数字化、智能化能力带回并融合到现实世界，让碳中和体系和每个人的工作效能不断倍增。
第一条主线是交互发展主线。其最终目的是要实现人类六感的无限延伸，你的眼即我的眼，我的身即你的身。这条主线的发展过程就是人类因距离而产生的相关碳排放削减的过程。
第二条主线是各类引擎及其内容生成平台发展主线。各类引擎越强大，效率就越高，对应的碳排放就下降得越快，对应的碳中和技术创新和迭代速度就越快。
第三条主线是基于区块链的经济与治理发展主线。这是社会生产关系和治理关系的重塑，是社会整体运营效率的跃升，是对碳中和最底层、最坚实也是最多维的赋能。
元宇宙社会的巨大发展空间，本质上仍然离不开能源，离不开碳中和绿色能源结构对元宇宙的关键性支撑。
关于元宇宙应用的四大领域和六大科技支柱在后文中会有阐述。
2020年9月22日习近平主席在第七十五届联合国大会上代表中国政府庄严宣示，中国力争于2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。“3060”目标展现了中国作为负责任大国，对建设人类命运共同体和人与自然生命共同体的担当，将在经济、能源、环境、科技、金融等方面，给中国乃至全世界带来极为深刻的影响。
一个新的时代开启了，它的旗帜上写着“碳中和”。
为了帮助大家便于理解碳中和，我们画了一张图表（见图1），浅灰色是中国的GDP，深灰色是中国的二氧化碳排放量，显示的是过去40年和未来40年中国GDP增长和二氧化碳排放的变化关系。
1980年的GDP约合0.46万亿元人民币，二氧化碳排放约14.5亿吨。2020年中国的GDP达到了101.6万亿元人民币，取大数是100万亿元人民币，GDP年均算数增长14.5%。2020年的二氧化碳排放量约为106亿吨，取大数是100亿吨，恰好是“双100”。中国过去40年走了一条GDP高增长、二氧化碳排放中高增长的发展路径，碳排放的增量与GDP的增长基本同向，二氧化碳的年均增速比GDP增速相对来说要低许多，大概在5.1%。
未来40年，中国GDP还有3～4倍的增长，2060年GDP总量预计约360万亿元人民币。如果不加人为强力干预，2060年碳排放将达到160亿吨。
图1 中国GDP增长和二氧化碳排放的关系
碳中和是什么？中国的经济还要增长，但碳排放不但不能增长，还要在2030年130亿吨达峰后掉头向下，在2060年清零。
碳中和是将人为活动排放的二氧化碳对自然产生的影响，通过技术创新降低到几乎可以忽略的程度，达到人为排放和吸收的平衡。碳中和并不是要实现“绝对的零排放”，而是通过植树造林和负碳技术把人类活动产生的不多的二氧化碳吸收掉。碳中和已经成为全球的共识，成为国家新的政治认同和国家博弈的新手段。
能源结构将发生根本性变化。现在，我们一次能源消耗中煤、油、气等碳基能源占比80%，到2060年占比发生了颠倒，传统能源只占20%，以光伏、风电、水电为代表的清洁能源占比80%。能源供给体系发生了完全颠倒，如此巨大的能源结构调整将要付出巨大的经济成本。
大幅度的提高能源利用效率。中国单位GDP能耗是全球平均水平的150%，把其中的50%省出来就相当于减排30亿～ 40亿吨。我们每个人从身边一点一滴做起，制度建设上、技术创新上、管理模式和激励机制都要跟上，数字化智能设备要用好，以上这些措施都用上至少能降低三分之一的能耗和排放。
建设高效率的碳市场。排放本身是个经济行为，经济行为的规制还是要靠市场机制。中国启动了碳市场，从免费排放到付费排放，把外部性变成企业的内部成本，同时也是不同行业利益调节的工具。
碳中和是一个历史性的跨越，最主要依靠的是科技进步，也就是绿色科技的进步。能源技术是发展最为充分的技术之一，截至目前，现有能源技术与碳中和的目标是不匹配的。因此，时代在呼唤颠覆性技术的出现，这种技术应该排在碳治理技术的最高层。
全民行动、协同配合。碳中和关系到每一个人、每一个家庭，要倡导新的简约的生活方式，节约一度电、少开一天车、少用一次性产品等。此外，植树造林显然是最主要的减碳、固碳方式，有百利而无一害。
巨量投资将进入碳中和领域。预计未来40年将有120万亿～160万亿元的资金进入到碳中和领域，年均投入在3万亿～6万亿元。现在国际资本已经在高碳项目上大规模退出，可再生能源成为大资金追逐的对象，交通、制造、建筑、农业等低碳技术吸引了大批的风险投资与股权投资基金，负碳技术尤其引人注意。
元宇宙、碳中和本身都是宏大叙事，为了理解元宇宙与碳中和的关系，我们构建了一个坐标系（图2）。
图2 能量与数据的关系
纵轴是能量。人是唯一会用火的动物，最开始的燃料是薪柴，包括干树枝、树叶、柴草等，这就是所谓的薪柴时代。随着机器的出现，薪柴热效率太低了，满足不了蒸汽机的要求，人类进入了煤炭时代。随着汽车、飞机的出现，机器越变越小，功率越来越大，对能源要求越来越高，人类进入了油气时代，以及后来的电力时代。人类就是在一次又一次地发现新的能源，寻找热效率更高、能量密度更高、更便宜、更便携的能源的过程中向前发展。能源总量与经济科技水平是正相关的。能源总量与利用效率是衡量一个社会、一个国家、一个企业发展质量的最重要的指标，即单位能耗创造多少价值。
横轴是数据。从人类最开始的结绳记事到算盘的出现，20世纪40年代创造了第一台电子计算机，接着出现了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机，80～90年代出现了互联网，21世纪出现了移动互联网，算力越来越强，数据越来越大。
构建这个坐标系是为了帮助理解，不是严格的笛卡尔坐标，这里没有正、负。纵轴往上是高能量，往下是低能量。横轴往右是大数据，左边是小数据。
过往的人类社会，农业、工业、互联网可以大致在这个坐标系中找到。左下角的第三象限，是低能量、小数据的传统农业；左上角的传统制造业是高能量、小数据的；右下角第四象限，也就是今天的互联网，它的数据是大的，但是能量还不够大，它支持了信息的流通，但是不支持信息的交易；面向未来的元宇宙，是一个大数据、高能量的社会形态，它不仅支持数据的流动，也支持数据的交易，支持人们在更自由的状态下出入现实世界，与虚拟世界相互穿梭。
元宇宙由于计算量极其庞大，对能量要求也非常大。英特尔（Intel）的一位副总裁曾表示，达到沉浸式计算所要求的算力是今天算力的1000倍。别说1000倍了，10倍今天人类能源体系能不能支撑？面向未来怎么办？这个能量就不是我们今天的传统能源了，而是清洁能源、零碳能源，这就与碳中和发生了联系。
因此再加一个Z轴，就是排放。Z轴前面是高排放，往后是低排放，原点就是当下。元宇宙是面向未来的，是低碳的，甚至是零碳的。这不就是碳中和吗？用这样一个思考框架，就把元宇宙与碳中和的分析逻辑基本构建起来了。今后的元宇宙应该是一个大数据、高载能、零排放、虚实融合的世界。
图3更能够揭示元宇宙在碳中和约束下的状态与规律。离原点最近的是当下元宇宙的状态，它的数据量还不太大，能量也还不太高，但是碳排放还是比较多的，这一部分在图中用浅灰色的扇形柱体来表达。
也许是2035年，也许到2049年，是图3的中灰色扇形体，这个时候的元宇宙已经充分与产业融合了，它的能量比较高，数据也比较大，但是排放比浅灰色的柱状体要少得多，到那时所用能源已经是以风电、光伏电为主的清洁能源，因而碳排放少了许多。这个时候也许就是我们所说的，中国已经越过了碳达峰，接近碳中和的阶段了。这是一个高能、大数据、近零排放的元宇宙状态。
图3 元宇宙在碳中和下的状态与规律
再往前面的深灰色的扇面，表达的是未来真正意义的高载能、大数据、零排放的元宇宙的状态。这个时候的能量极其巨大，也许这个量级的能量是用小型可控核聚变产生的，完全都是零碳清洁能源。而数据量也极其巨大，也许这个时候的算力是用量子计算机来提供的。人类已经接近做到在现实世界与虚拟世界中自由穿梭——真正的沉浸式计算，但是这个时候的碳排放为零，因此深灰色如果是个柱状体的话，也薄得像一片树叶。
进一步分析元宇宙与碳中和中间的关系，就会看到元宇宙与碳中和中间最大的连接就是能源。通俗点讲，元宇宙没了电就什么都不是。
元宇宙是最大的碳中和工程与碳中和工具。第一，元宇宙能够大幅提高GDP中数字经济的比重，而数字经济显然比传统经济的碳排放要低得多；第二，元宇宙所支撑的数字孪生，使得现实物理世界中物的摩擦、人的移动、物的移动所损耗的能量大幅度降低，因此它会引致巨大的排放量降低；第三，元宇宙是个高能现实世界，它会带来许多新的技术突破，特别是一系列碳中和技术的突破。
碳中和是元宇宙最大的制约与机遇。人们对元宇宙的争论原因之一是其对能源的巨大需求，加之2021年初冬的拉闸限电，这使我们认识到，以元宇宙为代表的先进数字经济与相对落后的能源供给间的矛盾，只有靠一场绿色能源革命才能解决。
我们要相信人类能源革命和计算技术的进步，以小型可控核聚变为代表的新能源，足以提供千万倍算力的提高。我们寄希望于量子计算能耗的大幅度降低，因此眼前的能源瓶颈不应该成为我们发展元宇宙的限制。
当然，高载能不等于高排放，高能量不等于高排放，我们可以使用大量的能量，但是这个能量是低碳甚至零碳的，元宇宙的应用也会给碳中和提供巨大的技术、需求上的推力与拉力。
元宇宙以数字化、智能化全方位赋能碳中和，碳中和用绿色能源、绿色算力关键性支撑元宇宙。
作为数字能力引入现实世界、实体经济的接口，产业元宇宙将会是实现企业硬科技转型升级的新一代发现工具、效率工具、创新工具，体现了数字产业化和产业数字化的新两化融合和新型工业化的发展趋势。能不能通过工业元宇宙在传统优势产业中打造出新的产业生态和产业链呢？
用元宇宙与碳中和两个翅膀助力中国工业二次腾飞，是令人激动的历史性场景。新中国成立70多年，特别是改革开放40多年以来，我国建立了门类齐全的现代工业体系，产值规模高居世界第一，工业产值是美国、日本、德国工业产值之和，跃升为世界第一制造大国。
工业元宇宙是产业元宇宙的子集，只是覆盖了工业制造领域。工业元宇宙脱胎于工业互联网，狭义的工业互联网侧重于工业制造企业内部设备与设备、人与设备之间的互联和通信，包括企业内部的研发、生产、物流、管理等环节。而广义的工业互联网还会延伸到企业的上游供应链、下游的分销渠道及售后服务维修体系、外部合作伙伴等。工业元宇宙是留给国产品牌弯道超车的历史性机遇。工业元宇宙是智能、高效打通企业的研发、制造、分销、终端客户反馈四大环节，形成高质、高效、闭环迭代的关键！
产业元宇宙并不是科幻小说，而是经由科学想象、技术加持、产业生态和资本推动形成的产业明天。本书所描写的实时在线、数字驱动的电力系统、公众自愿碳减排、文旅元宇宙等只是其中很小的一部分。
未来已来，但分布尚不均匀。显然，碳中和是最确定的未来，而元宇宙是最富想象空间的未来。
以比特赋能瓦特、以绿色电力支撑无限算力。
在大时代，让我们一起共建元宇宙与碳中和史诗级融合的大未来！