前沿

我们能戒除“化石燃料瘾”吗?

中国数字科技馆2018/5/31 0:00:00

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中国山西,一名工人穿行在煤矿分拣区

近年来的能源趋势给人的感觉就像一场高风险的罗夏测试。许多国家可再生能源的蓬勃发展和人们对燃煤态度的转变,使得一些专家认为世界应对全球变暖问题迎来了转折点。另一些人看到的则是人类对低成本化石燃料的持续依赖,政府缓慢的行动和全球崩溃风险的持续迫近。

事实上两种(观点)都对。随着太阳能板、风力涡轮机和锂电池价格的持续下降,可再生能源确实正在掀起一场变革。但无疑,世界仍依赖着化石能源,以至于即便很小的经济变化都能很快抵消清洁能源带来的收益。

所以碳排放在2014-2016三年间保持相对平稳后,到2017年又增长了近1.5%(见下图)。根据全球碳项目三月份的最终估算,是发展中国家的经济增长造成了这一峰值。全球碳项目(Global Carbon Project)是一个监控全球碳排放和气候趋势的国际性研究机构。

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制图:Jasiek Krzysztofiak/Nature;数据来源:Global Carbon Project

这一“挫折”可能会在十二月变得显著,届时诸多国家将在位于波兰的卡托维兹就2015年签署的《巴黎气候协定》开展第一轮“绩效考核”。该协定致力于将全球温升限制在高于工业化之前1.5-2摄氏度的水平,但结果却很难让人满意:总的来说,各国政府在集体和个人层面都远远落后于当初的承诺。一些国家可能无法达成2015年定下的目标,到本世纪末,地球温升将超过3摄氏度(见下图)。

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制图:Jasiek Krzysztofiak/Nature;数据来源:Global Carbon Project

2017年出现的(碳排放)峰值让情况恶化。Glen Peters表示,如果那些政府还想认真对待《巴黎气候协定》的目标的话,就必须做出更多(改变)。Peters是奥斯陆国际气候研究中心的一位气候政策研究员,同时也是全球碳项目在三月份发表的报告的合著者。他说,“2018年(我们)会面临不少残酷的真相。”

《自然》杂志评估了近年来排放趋势蕴藏的力量和释放的信号。好消息是,清洁能源终于取得长足的进步;坏消息是进步的速度还不够快。在切断化石燃料的源头及其供应的廉价能源的问题上还存在许多大的经济和政策障碍。

稳定和峰值

为了确定碳排放的流向,研究人员首先要搞清楚它为什么在过去三年里保持稳定。最乐观的回答是清洁能源变革的种子已经播下,而现在正蓬勃发展。

为期超过10年的政府扶持和经济刺激已经帮助可再生能源企业站稳了脚根。受益于科技进步和经济规模的双重作用,风能和太阳能成本快速下降(见下图);同时,锂电池的发展帮助代表清洁科技的电动汽车在交通领域占得一席之地。

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制图:Jasiek Krzysztofiak/Nature;数据来源:Bloomberg New Energy Finance

落基山研究所(位于科罗拉多州Basalt的一个环境智库)董事长Jules Kortenhorst表示,这些努力已经在降低价格和打开销路之间创造了一个良性循环。“特朗普总统一心想让我们回到使用煤电、四轮马车和煤油灯的时代,但现实世界的走向正加速背离他的臆想。”

在世界上最大的两个温室气体贡献国——美国和中国,很容易看到可再生能源爆发带来的影响。美国自2005年起,年均碳排放量已经减少超过13%,可再生能源在其中发挥了重要作用,2017年(可再生能源)增加了近一半的发电量——相当于46座常规燃煤发电厂。在中国,可再生能源的发展帮助减少了燃煤消耗量,同时遏制了不断增长的碳排放。2017年年末,监测国际气候政策的研究机构——气候活动追踪组织,将中国到2030年预计年均碳排放量调低了7亿吨。这一数字是法国目前年均碳排放量的两倍多,如果中国继续加强抑制煤炭的使用,这一数字还可能翻倍。

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中国武汉,一个屋顶太阳能板安装工作完成了

但2014-2016年的排放“平台”不单靠清洁能源推动形成。导致(碳排放)水平可控的主因之一便是中国经济增速放缓,减少了从能源到混凝土、钢材等一系列物资的需求。中国也在发电领域奋起直追,一方面发展可再生能源和核能,另一方面努力提高现有煤电厂的效率,并拆除老旧设施。类似的情况也发生在美国,碳排放更低的天然气取代燃煤大幅降低了排放量。

加州大学圣地亚哥分校的气候政策专家David Victor说,减少碳排放的两大举措都来自于化石燃料发电本身:中国提高了煤电效率,而美国则扩大了页岩气产量。因为有太多能源产自煤炭,所以每年轻微的波动都会毁掉可再生能源的巨大成果(见下图)

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制图:Jasiek Krzysztofiak/Nature;数据来源:BP

在很大程度上,这(指煤炭对清洁能源的抵消效应)正是2017年发生的。太阳能以非常快的速度持续增长,但同时中国的燃煤消耗量也在增加。降雨减少导致中国部分地区水电输出下降,而煤电输出正好相反。政府也在2016年年底启动了一项刺激计划,旨在2017年10月党代会到来之前促进经济发展。根据全球碳项目的数据,2017年上半年,中国因煤炭消耗总共增加了3.5%的碳排放。

中国煤碳排放这一小增量有可能是导致峰值的主要原因,虽然其他国家排放的部分同样不可忽略(见下图)。由于经济增长强劲,印度的排放增长快过预期。多亏了在化石燃料消耗方面的转变,美国和欧盟2017年的排放量相较往年都有小幅下降。全球碳项目的分析显示,2017年世界其他国家的排放量增加了2%;其中包括了发展中国家,开采化石燃料仍是促进当地经济增长的一个相对便宜且容易的途径。

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制图:Jasiek Krzysztofiak/Nature;数据来源:二氧化碳信息分析中心/Global Carbon Project

扭转趋势

留给我们压制碳排放(在之前定下的标准下)时间不多了。巴黎协定是一个单一的全球性预算标准,却正被各国一年年耗尽。为保证整体(排放量)低于预算,人类等待减排的时间越长,未来采取的措施就越激进。

很难说具体还剩多少时间。碳排量的最大容许预估有很大差异,例如,假若升温要保持在1.5摄氏度以下——也许还剩10到15年,也许早在6年前就耗光了所有预算。无论如何,这紧迫的局势使得一些研究人员怀疑巴黎协定上2摄氏度的目标恐怕也难以达成——至少(目前)还没有开发出什么技术能将二氧化碳从大气中赶出去,也没法通过阻隔太阳辐射来给地球降温。

世界最终变暖的程度取决于一个关键问题:排放曲线的弯曲能有多快?乐天派可能会说几乎所有关于清洁能源的预估都被证明过于保守。比如,中国在2008年计划到2020年安装2GW太阳能光电板,但北京能源研究所高级研究员Jiang Kejun表示,按目前趋势来看,(最终)可能超过200GW,而且他认为未来同样的情景也可能出现在别的地方,“决策者低估了可再生能源的潜力”。

一些分析人士认为,太阳能最有可能打破临界点,进而改变能源市场现状。部分领域每瓦太阳能的价格已经和煤炭一样低了;而且有趣的是,根据伦敦能源咨询公司Bloomberg New Energy Finance (BNEF)的计算,到2030年,许多领域建一座太阳能装置比继续为现有煤电厂供应燃料更经济(见下图)。类似的,该公司预计自21世纪20年代中期开始,不断降低的电池价格将使购买和使用电动汽车比传统汽车更便宜——即使没有政府补贴来推动市场。

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制图:Jasiek Krzysztofiak/Nature;数据来源:Bloomberg New Energy Finance

BNEF总编Angus McCrone表示:“这些是非常重要的临界点,但没有人确切知道(达到临界点)会发生什么以及决策者会怎样应对。政治是一个瓶颈,尤其是当行业中有强大的现任者将受这些新技术的影响时。”

但政治有时也会带来剧烈的改变。当特朗普代表化石燃料企业“斗争”时,其他国家的领导人在向相反的方向努力——英法两国纷纷承诺到2040年禁止汽油和柴油动力汽车,超过24个国家也表示最早在2030年淘汰煤炭。

麻省理工学院能源和环境政策研究者Michael Mehling说,这些指令可能是能源政策正转向强力的信号。经济学家则更喜欢基于市场的项目,比如欧盟的排放贸易体系,不过几乎没什么证据表明它能引起实现全球气候目标所需的巨大变革。Mehling又补充道,老派的政府命令可能是最后的手段,“如果能站在充分高的层次上做决定,几乎能在一夜之间扭转局势。”

Kejun的计算证实了这点:在政策和经济的双重刺激下,最早到2020年中国的碳排放量将上升到峰值,不过到2030年,燃煤消耗量将下降40%-50%。他还说,“转型已经开始了。”

类似的行动也能在印度看到,为了给超过13亿国民提供可靠的能源和清洁的空气,他们正奋力追赶。如果印度能规划出可持续发展的路线图,那将为其它发展中国家树立榜样,避免重蹈中国燃煤的覆辙。

如今,在政府的扶持和不断下降的价格影响下,印度的光伏产业正蓬勃发展,其政府也计划到2022年将容量增加到100GW——接近美国现有太阳能容量的两倍。就职于新德里布鲁金斯研究院(一个非盈利公共政策组织)的能源研究员Rahul Tongia说,这一目标非常具有挑战性,因为太阳能需要与燃煤发电厂竞争电力网中所剩不多的空间;不过这一计划本身令人震撼。Tongia表示:“也许要花更长时间才能达成目标。不过这又如何?这个计划仍是卓越的、重大的、激动人心且意义非凡的。”

但这些计划真的能遏制全球变暖吗?在Peters看来,可再生能源的蓬勃发展是必须的,但这还不够。最后,影响气候的唯一要素还是温室气体排放量,因此,问题又回到人们什么时候才能关闭化石燃料设施并切断其源头上来。他说,当这一切真正实现时,“你才能稍稍放心些。”

                       (编辑/成明珠)