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通往1.5°C的可靠途徑

2024-08-30 15:14:17 2023年能源思考10月刊 　 作者： 中國能源網(wǎng) 李穎（編譯）  
為支持即將到來的重大活動，如COP28氣候變化會議的準(zhǔn)備工作，國際能源署（IEA）近期發(fā)布《通往1.5℃的可靠途徑》。這是一份關(guān)于為實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》將全球溫度上升限制在1.5°C目標(biāo)所需關(guān)鍵行動的新報告。
 
各國提出的雄心壯志對實(shí)現(xiàn)1.5℃的目標(biāo)有很大幫助。如果能夠按時和全面實(shí)施，各國的凈零承諾將足以在2100年將升溫控制在1.7℃左右。因此，關(guān)鍵問題是現(xiàn)在需要我們做些什么來加強(qiáng)近期行動，以使世界走上符合1.5℃目標(biāo)的可靠道路？IEA認(rèn)為，“四大支柱”將成為關(guān)鍵：
 
在能源領(lǐng)域，電力去碳化、加速能源效率和電氣化是關(guān)鍵工具。到2030年，可再生能源的新增容量需要在2022年的基礎(chǔ)上增加兩倍，每年達(dá)到約1200吉瓦，平均每年占新增發(fā)電量的90%。到2030年，電動汽車銷售應(yīng)達(dá)到約60%的市場份額，而零排放的中型和重型貨運(yùn)卡車到同一年應(yīng)達(dá)到約35%的市場份額。
 
根據(jù)《格拉斯哥領(lǐng)導(dǎo)人森林和土地利用宣言》，到2030年將森林砍伐量減少到凈零，這在土地利用部門的二氧化碳減排中占最大份額。
 
應(yīng)對非二氧化碳排放對限制變暖峰值至關(guān)重要。假設(shè)對二氧化碳采取強(qiáng)有力的行動，達(dá)到或超過關(guān)于氫氟碳化物的《基加利修正案》和《全球甲烷承諾》等承諾，并對農(nóng)業(yè)的非二氧化碳排放采取行動，可能會在大幅超過1.5℃的情況下造成差異，并將觸發(fā)不可逆轉(zhuǎn)的氣候臨界點(diǎn)。
 
即使在低超標(biāo)的情況下，也需要碳捕獲和儲存以及大氣中的二氧化碳清除，以緩解和補(bǔ)償難以消減的剩余排放量。到2030年需要實(shí)施捕獲約12億噸二氧化碳的項(xiàng)目，而目前計劃在2030年捕獲的二氧化碳約為3億噸。
 
實(shí)現(xiàn)1.5°C目標(biāo)的可靠途徑需要在四個支柱中的每一個方面立即采取強(qiáng)有力的行動，以實(shí)現(xiàn)立即和快速減排；需要所有國家，特別是發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體和主要經(jīng)濟(jì)體做出強(qiáng)有力的貢獻(xiàn)；另外還需要明確的政策信號，以使行動者能夠預(yù)測和實(shí)現(xiàn)變革。
 
2022年全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量上升了0.9%，達(dá)到368億噸的歷史新高。2022年與土地利用相關(guān)的二氧化碳排放量保持在約60億噸，而與能源相關(guān)的甲烷排放量在2022年上升，但仍低于2019年的創(chuàng)紀(jì)錄水平。
 
盡管2022年排放量持續(xù)增長，但各國都提高了對氣候變化的雄心。根據(jù)國際能源署的分析，如果各國充分、及時地執(zhí)行其國家自主貢獻(xiàn)（NDCs）和凈零承諾以及部門承諾，世界將在2100年之前將升溫限制在1.7℃左右。這大大優(yōu)于當(dāng)前政策設(shè)置所暗示的軌跡，即2100年將出現(xiàn)約2.5℃的升溫。
 
圍繞四大關(guān)鍵支柱，在當(dāng)前十年內(nèi)加速行動，可以保持合理的機(jī)會，在2100年之前將全球溫度上升限制在2至1.5攝氏度的關(guān)鍵領(lǐng)域：
 
實(shí)現(xiàn)能源部門近期的大幅度減排，使其走上到本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)二氧化碳凈排放的道路，這是必要的。
 
到2030年將森林砍伐量減少到凈零，并在土地使用部門采取額外的緩解行動。
 
削減非二氧化碳的溫室氣體（GHG），特別是甲烷，以及其他短期氣候污染物，它們對降低峰值變暖有很大的影響。
 
擴(kuò)大碳管理技術(shù)的創(chuàng)新與部署。
 
在四大支柱采取強(qiáng)有力的協(xié)調(diào)行動，可以使世界可靠地將升溫限制在1.5℃?？煽康耐緩綉?yīng)圍繞以下方面展開：
 
立即大幅減少溫室氣體排放，以最大限度地減少超過1.5℃的溫度超調(diào)的程度和時間。
通過強(qiáng)有力的、協(xié)調(diào)的政策和激勵措施實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡，使所有參與者都能預(yù)測并參與到所需的快速變革中。
 
需要所有國家，特別是發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體和主要經(jīng)濟(jì)體的貢獻(xiàn)，以降低成本，支持新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體進(jìn)行轉(zhuǎn)型。
 
圖1 2010-2050年按情景劃分的能源部門二氧化碳排放量。

 
如果充分實(shí)施，凈零承諾將使2100年的升溫幅度達(dá)到1.7℃。
 
支柱1：到2050年，能源的二氧化碳凈排放為零
 
如果不立即大幅減少與能源有關(guān)的二氧化碳排放，就沒有可靠途徑將升溫限制在1.5℃。IPCC（聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會）評估的1.5°C低超標(biāo)情景，到本世紀(jì)中葉達(dá)到能源部門的二氧化碳凈排放。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要對全球能源部門進(jìn)行迅速而深刻的改革（圖2）：
 
加大清潔電力的部署。在2022年，可再生能源實(shí)現(xiàn)了另一個創(chuàng)紀(jì)錄的年份，可再生能源滿足了90%的發(fā)電量增長。太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電各增加了約275太瓦時，創(chuàng)造了新的年度記錄。
 
擴(kuò)大清潔電力的部署——包括可再生能源、核電、帶有碳捕獲、儲存和使用（CCUS）的化石燃料發(fā)電廠以及燃燒氫氣和氨氣的工廠——是按照可靠的1.5℃路徑減少排放所需的最關(guān)鍵行動之一（圖2）。
 
將燃料轉(zhuǎn)換為電力和低排放燃料，如可持續(xù)生物能源、氫氣和氫基燃料，使工業(yè)、交通和建筑的排放量大幅減少。
 
圖2  2035年按措施大類劃分的與能源有關(guān)的二氧化碳排放減少量

 
要達(dá)到NZE的減排水平，需要在所有杠桿上采取強(qiáng)有力的行動。
 
到2030年，電動汽車在全球汽車年銷售量中的份額需要達(dá)到約60%，以符合凈零能源情景。隨著清潔電力部署，汽車存量逐漸以電動汽車為主，以此實(shí)現(xiàn)大幅減排。同樣，到2030年，零排放的中型和重型貨運(yùn)卡車在全球銷售中的比例應(yīng)達(dá)到35%左右。
 
提高能源生產(chǎn)力，或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出與能源投入的比率，對于減少低排放能源所需規(guī)模至關(guān)重要。在2022年，全球能源生產(chǎn)力提高了2%，比2020年和2021年的水平明顯加快。如果沒有這種能源生產(chǎn)力的提高，2030年，全球能源系統(tǒng)規(guī)模將擴(kuò)大20%——相當(dāng)于把中國目前的能源消耗量加起來。
 
通過CCUS進(jìn)行碳管理對于能源部門在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放至關(guān)重要。在2022年，全球大約有4400萬噸二氧化碳被捕獲。為了在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放，全球能源部門的二氧化碳捕獲量需要在2030年增加到12億噸。CCUS發(fā)揮著三個重要作用：為水泥工藝排放等難以消減的部門提供解決方案；為包括合成燃料在內(nèi)的低排放燃料的生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)；以及從大氣中清除碳（見專門討論這一主題的支柱4）。
 
為了在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)二氧化碳凈零排放，各國需要加強(qiáng)政策執(zhí)行和雄心。如果政策得到充分加強(qiáng)，使所有國家都走上實(shí)現(xiàn)其國家發(fā)展計劃和凈零排放承諾的道路，能源部門的二氧化碳排放量將在這十年內(nèi)開始決定性地下降。推遲加強(qiáng)政策的實(shí)施和雄心，可能會使到2050年達(dá)到凈零排放的目標(biāo)不可行。
 
清潔能源投資所需的增長在中國以外的新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體中最為突出，到2030年清潔能源投資需要增加近7倍。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在更有力和更有效的政策推動下，將擴(kuò)大的國際公共支持、國際私人資本和國內(nèi)投資結(jié)合起來。
 
支柱2：到2030年實(shí)現(xiàn)零凈毀林和其他土地利用行動
 
農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其他土地利用（AFOLU）約占全球人為溫室氣體排放的五分之一。與農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其他土地利用有關(guān)的溫室氣體排放約有一半來自二氧化碳，三分之一來自甲烷，其余來自一氧化二氮。因此，解決這些排放在限制升溫到1.5℃方面起著不可或缺的作用。在支柱3中詳細(xì)討論了AFOLU的甲烷和一氧化二氮排放。
 
圖3 2030年按措施減少農(nóng)業(yè)、林業(yè)及其他土地利用的溫室氣體排放。

 
停止砍伐森林對減少溫室氣體排放的影響最大。
 
國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）為IEA進(jìn)行的分析表明，在既定政策下，農(nóng)業(yè)、林業(yè)及其他土地利用的溫室氣體排放將從2021年的每年約12Gt CO2-eq下降到2030年的約10Gt CO2-eq?！陡窭垢珙I(lǐng)導(dǎo)人森林和土地利用宣言》以及其他已宣布的與農(nóng)業(yè)、林業(yè)和土地利用有關(guān)的承諾將使2030年的溫室氣體凈排放量再減少24Gt CO2-eq。然而，這仍然沒有達(dá)到使世界進(jìn)入1.5℃軌道所需的水平。
 
在停止砍伐森林的同時，大部分額外的減排量必須來自于改善現(xiàn)有森林的管理，減少農(nóng)業(yè)非二氧化碳排放（例如通過改善腸道發(fā)酵和糞便管理），以及與其他土地利用變化有關(guān)的措施，如建立森林種植園（圖3）。
 
支柱3：減少非二氧化碳排放
 
除了減少二氧化碳，在所有將升溫限制在1.5℃的情景中，都需要迅速減少其他溫室氣體的排放。這些非二氧化碳溫室氣體的減少，特別是甲烷的減少，在短期內(nèi)對全球氣溫有很大影響，因?yàn)樗鼈儺?dāng)中有許多都具有強(qiáng)大的變暖潛力，但在大氣中的壽命很短。迅速減少這些排放可以限制溫度超過1.5℃的持續(xù)時間和幅度。
 
最近幾年的溫度上升比工業(yè)化前水平高出約1.2℃。在STEPS（既定政策情景）中，到2050年，溫度上升達(dá)到約1.9℃，而在NZE（net zero energy 凈零能源情景）中，到那時的溫度剛剛超過1.5℃。在STEPS中，大約40%的額外變暖是由非二氧化碳排放引起的，其中甲烷約占變暖的30%，一氧化二氮約占5%，其他氣體約占5%（圖4）。
 
分析表明，如果沒有NZE方案中對非二氧化碳溫室氣體的有力緩解，峰值溫度上升將高出約0.2℃。這足以使NZE方案從1.5°C的低超標(biāo)情況變?yōu)楦叱瑯?biāo)情況（如IPCC所定義）。因此，需要對非二氧化碳溫室氣體采取行動，否則，將對社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。長時間更高的峰值溫度也增加了誘發(fā)不可逆轉(zhuǎn)的氣候臨界點(diǎn)的可能性，如格陵蘭島和南極洲西部冰蓋的崩塌或凍土層大面積突然融化。
 
圖4  2022-2050年NZE情景中溫室氣體對氣候變暖的貢獻(xiàn)。

 
緩解非二氧化碳溫室氣體對保持峰值溫度低于1.6℃的低超調(diào)閾值至關(guān)重要。
 
甲烷是自工業(yè)革命以來全球氣溫上升約30%的原因。在NZE方案中，削減甲烷排放對限制2050年的溫度上升有僅次于二氧化碳的最大影響。目前已有150個國家加入了全球甲烷承諾，該承諾在2021年的COP26會議上啟動，旨在到2030年將人類活動產(chǎn)生的甲烷排放量從2020年的水平至少減少30%。
 
能源部門約占人類活動產(chǎn)生的甲烷總排放量的40%，僅次于農(nóng)業(yè)。在NZE方案中，能源部門的甲烷排放量在2020年和2030年間下降了約75%，人類活動的甲烷總排放量下降了約45%。根據(jù)國際能源署對其全球甲烷跟蹤的最新發(fā)現(xiàn)，僅石油和天然氣的甲烷排放量就可通過現(xiàn)有技術(shù)減少75%。在2030年期間，需要大約1000億美元的總投資來實(shí)現(xiàn)這一減少——相當(dāng)于2022年石油和天然氣凈收入的3%以下。為了解決化石能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的甲烷排放問題，覆蓋全球一半以上的天然氣進(jìn)口和三分之一以上的全球天然氣出口國家在COP27上發(fā)表了《能源進(jìn)出口國關(guān)于減少化石燃料溫室氣體排放的聯(lián)合聲明》，呼吁在實(shí)際可行的情況下，最大限度地減少整個供應(yīng)鏈的燃燒、甲烷和二氧化碳排放。
 
政府主導(dǎo)的行動也被提出以應(yīng)對其他溫室氣體。例如，2016年，《蒙特利爾議定書》的《基加利修正案》呼吁將氫氟碳化物（HFCs）的生產(chǎn)和消費(fèi)逐步減少80-85%，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體在2036年前達(dá)到此目標(biāo)，新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體在2047年前達(dá)到，以解決HFCs排放對氣候的影響。截至2023年3月，代表全球80%以上溫室氣體排放的締約方已加入該修正案。
 
解決一氧化二氮的排放對實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)也很重要。農(nóng)業(yè)部門對大約五分之四的人為一氧化二氮排放負(fù)責(zé)。在STEPS中，與2021年的水平相比，到2030年，農(nóng)業(yè)的一氧化二氮排放量增加了約8%，而在NZE情景中，在此期間下降了約2%，主要是由于作物管理和化肥使用的效率提高。在NZE方案中，2021-2030年間，與能源有關(guān)的一氧化二氮排放下降了約30%，幾乎完全與煤炭和石油使用的減少有關(guān)。
 
支柱4：碳管理
 
碳管理是指能夠捕獲、使用和儲存碳的技術(shù)和工藝，既包括來自發(fā)電廠和工業(yè)煙囪等點(diǎn)源的碳，也包括來自大氣的碳。由于土地利用部門的大氣凈清除量已在支柱2下處理，這里討論的重點(diǎn)是能源部門的碳管理。基本上所有將升溫限制在1.5℃的情景都利用能源部門的碳管理來發(fā)揮三種作用：
 
在替代性清潔能源技術(shù)昂貴或缺乏的部門，碳捕集與封存（CCS）避免了向大氣的排放，如工業(yè)加工排放，以及來自現(xiàn)有的電力或工業(yè)設(shè)施的排放，其中許多是在過去十年中建成的。
 
碳捕集與利用（CCU）為生產(chǎn)合成燃料提供了碳原料，對航空等部門的去碳化至關(guān)重要。如果這種碳原料的來源是大氣，那么產(chǎn)生的燃料就是氣候中性的。
 
二氧化碳清除（CDR）也可以補(bǔ)償那些最難減排部門的持續(xù)排放，如果清除量超過總排放量，還可以提供凈負(fù)排放，從大氣中吸取碳，從而降低全球溫度。二氧化碳清除可以通過直接空氣碳捕獲和儲存（DACS）直接發(fā)生，或者通過生物質(zhì)生長過程中的大氣碳吸收過程間接發(fā)生。
 
即使積極部署碳管理以外的清潔技術(shù)，也需要碳管理來實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)。到2030年，在NZE方案中，整個能源系統(tǒng)每年捕獲約1.2Gt，這意味著在2021年的水平上幾乎增加了30倍。預(yù)計到2030年，年碳捕獲量將達(dá)到約0.3Gt。
 
在2030年新西蘭需要的1.2Gt的碳管理中，大約三分之一用于減輕工業(yè)和發(fā)電等部門的化石燃料燃燒的排放。然而，可再生能源仍然是電力部門減排的主要驅(qū)動力，在2030年占新西蘭能源局總發(fā)電量的60%左右，而配備碳捕集的化石工廠只占不到1%。另外三分之一避免了工業(yè)部門和氫氣生產(chǎn)中的排放。五分之一與大氣層的清除量有關(guān)。其中大部分來自電力、工業(yè)和生物燃料生產(chǎn)部門的BECCS（生物能源與碳捕獲和儲存）。DACS（直接空氣碳捕獲和儲存）的規(guī)模也在擴(kuò)大，到2030年達(dá)到近7000萬噸（圖5）。然而，DAC的項(xiàng)目管道正在迅速增長。如果所有宣布的項(xiàng)目都能推進(jìn)，DAC的部署將在2030年達(dá)到NZE方案的要求，盡管該技術(shù)在2030年后需要非常迅速地增長，以符合1.5℃的情景。
 
碳管理技術(shù)是強(qiáng)有力的減排方案中一個重要戰(zhàn)略工具。在NZE方案中需要部署的規(guī)模是巨大的，相當(dāng)于從現(xiàn)在到2030年，每個月有10個配備CCUS的新設(shè)施投入使用。
 
CDR技術(shù)并不能消除深度減排的需要。在NZE方案中，到2050年，每年有15億噸的二氧化碳通過CDR技術(shù)從大氣中移除，平衡了剩余的總排放量，使二氧化碳凈排放量為零。然而，如果世界超過了1.5°C的可用二氧化碳預(yù)算，或者如果總排放量沒有像NZE方案中那樣大力減少，就需要額外的CDR。
 
圖5  2030年NZE情景中按部門和類型劃分的二氧化碳捕獲總量。

 
碳捕集技術(shù)在整個能源部門發(fā)揮著重要作用。
 
這種額外的CDR將有重大的權(quán)衡。例如，IPCC評估的1.5°C高過沖情景下，在2060年BECCS和DACS每年約有7Gt二氧化碳。通過混合使用BECCS和DACS來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)可能需要：
 
?相當(dāng)于美國目前耕地的土地面積，以供應(yīng)生物能源；
 
約760吉瓦的額外風(fēng)能和太陽能發(fā)電能力（幾乎相當(dāng)于目前歐盟、美國、印度和日本的總和）；
 
熱能幾乎相當(dāng)于歐盟2021年的天然氣消費(fèi)量。
 
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AFOLU（農(nóng)林和其他土地利用）
 
BECCS（生物能源與碳捕獲和儲存）
 
CCS（碳捕集與封存）
 
CCU（碳捕集與利用）
 
CCUS（碳捕獲、利用與封存）
 
CDR（二氧化碳清除）
 
DACS（直接空氣碳捕獲和儲存）
 
GHG（溫室氣體）
 
HFCs（氫氟碳化物）
 
IIASA（國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所）
 
IPCC（聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會）
 
NDCs（國家自主貢獻(xiàn)）
 
NZE（凈零能源情景）
 
STEPS（既定政策情景）



責(zé)任編輯： 江曉蓓