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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 李穎（編譯）  
為支持即將到來的重大活動，如COP28氣候變化會議的準備工作，國際能源署（IEA）近期發布《通往1.5℃的可靠途徑》。這是一份關于為實現《巴黎協定》將全球溫度上升限制在1.5°C目標所需關鍵行動的新報告。
 
各國提出的雄心壯志對實現1.5℃的目標有很大幫助。如果能夠按時和全面實施，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，關鍵問題是現在需要我們做些什么來加強近期行動，以使世界走上符合1.5℃目標的可靠道路？IEA認為，“四大支柱”將成為關鍵：
 
在能源領域，電力去碳化、加速能源效率和電氣化是關鍵工具。到2030年，可再生能源的新增容量需要在2022年的基礎上增加兩倍，每年達到約1200吉瓦，平均每年占新增發電量的90%。到2030年，電動汽車銷售應達到約60%的市場份額，而零排放的中型和重型貨運卡車到同一年應達到約35%的市場份額。
 
根據《格拉斯哥領導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。
 
應對非二氧化碳排放對限制變暖峰值至關重要。假設對二氧化碳采取強有力的行動，達到或超過關于氫氟碳化物的《基加利修正案》和《全球甲烷承諾》等承諾，并對農業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，并將觸發不可逆轉的氣候臨界點。
 
即使在低超標的情況下，也需要碳捕獲和儲存以及大氣中的二氧化碳清除，以緩解和補償難以消減的剩余排放量。到2030年需要實施捕獲約12億噸二氧化碳的項目，而目前計劃在2030年捕獲的二氧化碳約為3億噸。
 
實現1.5°C目標的可靠途徑需要在四個支柱中的每一個方面立即采取強有力的行動，以實現立即和快速減排；需要所有國家，特別是發達經濟體和主要經濟體做出強有力的貢獻；另外還需要明確的政策信號，以使行動者能夠預測和實現變革。
 
2022年全球與能源相關的二氧化碳排放量上升了0.9%，達到368億噸的歷史新高。2022年與土地利用相關的二氧化碳排放量保持在約60億噸，而與能源相關的甲烷排放量在2022年上升，但仍低于2019年的創紀錄水平。
 
盡管2022年排放量持續增長，但各國都提高了對氣候變化的雄心。根據國際能源署的分析，如果各國充分、及時地執行其國家自主貢獻（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。這大大優于當前政策設置所暗示的軌跡，即2100年將出現約2.5℃的升溫。
 
圍繞四大關鍵支柱，在當前十年內加速行動，可以保持合理的機會，在2100年之前將全球溫度上升限制在2至1.5攝氏度的關鍵領域：
 
實現能源部門近期的大幅度減排，使其走上到本世紀中葉實現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。
 
擴大碳管理技術的創新與部署。
 
在四大支柱采取強有力的協調行動，可以使世界可靠地將升溫限制在1.5℃。可靠的途徑應圍繞以下方面展開：
 
立即大幅減少溫室氣體排放，以最大限度地減少超過1.5℃的溫度超調的程度和時間。
通過強有力的、協調的政策和激勵措施實現平穩過渡，使所有參與者都能預測并參與到所需的快速變革中。
 
需要所有國家，特別是發達經濟體和主要經濟體的貢獻，以降低成本，支持新興市場和發展中經濟體進行轉型。
 
圖1 2010-2050年按情景劃分的能源部門二氧化碳排放量。

 
如果充分實施，凈零承諾將使2100年的升溫幅度達到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的二氧化碳排放，就沒有可靠途徑將升溫限制在1.5℃。IPCC（聯合國政府間氣候變化專門委員會）評估的1.5°C低超標情景，到本世紀中葉達到能源部門的二氧化碳凈排放。要實現這一目標，需要對全球能源部門進行迅速而深刻的改革（圖2）：
 
加大清潔電力的部署。在2022年，可再生能源實現了另一個創紀錄的年份，可再生能源滿足了90%的發電量增長。太陽能光伏發電和風力發電各增加了約275太瓦時，創造了新的年度記錄。
 
擴大清潔電力的部署——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鍵行動之一（圖2）。
 
將燃料轉換為電力和低排放燃料，如可持續生物能源、氫氣和氫基燃料，使工業、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的二氧化碳排放減少量

 
要達到NZE的減排水平，需要在所有杠桿上采取強有力的行動。
 
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，以此實現大幅減排。同樣，到2030年，零排放的中型和重型貨運卡車在全球銷售中的比例應達到35%左右。
 
提高能源生產力，或經濟產出與能源投入的比率，對于減少低排放能源所需規模至關重要。在2022年，全球能源生產力提高了2%，比2020年和2021年的水平明顯加快。如果沒有這種能源生產力的提高，2030年，全球能源系統規模將擴大20%——相當于把中國目前的能源消耗量加起來。
 
通過CCUS進行碳管理對于能源部門在2050年前實現凈零排放至關重要。在2022年，全球大約有4400萬噸二氧化碳被捕獲。為了在2050年實現凈零排放，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的低排放燃料的生產做出貢獻；以及從大氣中清除碳（見專門討論這一主題的支柱4）。
 
為了在本世紀中葉實現二氧化碳凈零排放，各國需要加強政策執行和雄心。如果政策得到充分加強，使所有國家都走上實現其國家發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開始決定性地下降。推遲加強政策的實施和雄心，可能會使到2050年達到凈零排放的目標不可行。
 
清潔能源投資所需的增長在中國以外的新興市場和發展中經濟體中最為突出，到2030年清潔能源投資需要增加近7倍。要實現這一目標，需要在更有力和更有效的政策推動下，將擴大的國際公共支持、國際私人資本和國內投資結合起來。
 
支柱2：到2030年實現零凈毀林和其他土地利用行動
 
農業、林業和其他土地利用（AFOLU）約占全球人為溫室氣體排放的五分之一。與農業、林業和其他土地利用有關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年按措施減少農業、林業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。
 
國際應用系統分析研究所（IIASA）為IEA進行的分析表明，在既定政策下，農業、林業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。《格拉斯哥領導人森林和土地利用宣言》以及其他已宣布的與農業、林業和土地利用有關的承諾將使2030年的溫室氣體凈排放量再減少24Gt CO2-eq。然而，這仍然沒有達到使世界進入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有森林的管理，減少農業非二氧化碳排放（例如通過改善腸道發酵和糞便管理），以及與其他土地利用變化有關的措施，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，在短期內對全球氣溫有很大影響，因為它們當中有許多都具有強大的變暖潛力，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℃的持續時間和幅度。
 
最近幾年的溫度上升比工業化前水平高出約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的低超標情況變為高超標情況（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、經濟和生態系統構成嚴重威脅。長時間更高的峰值溫度也增加了誘發不可逆轉的氣候臨界點的可能性，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。

 
緩解非二氧化碳溫室氣體對保持峰值溫度低于1.6℃的低超調閾值至關重要。
 
甲烷是自工業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生的甲烷總排放量的40%，僅次于農業。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%。根據國際能源署對其全球甲烷跟蹤的最新發現，僅石油和天然氣的甲烷排放量就可通過現有技術減少75%。在2030年期間，需要大約1000億美元的總投資來實現這一減少——相當于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和消費中的甲烷排放問題，覆蓋全球一半以上的天然氣進口和三分之一以上的全球天然氣出口國家在COP27上發表了《能源進出口國關于減少化石燃料溫室氣體排放的聯合聲明》，呼吁在實際可行的情況下，最大限度地減少整個供應鏈的燃燒、甲烷和二氧化碳排放。
 
政府主導的行動也被提出以應對其他溫室氣體。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）的生產和消費逐步減少80-85%，發達經濟體在2036年前達到此目標，新興市場和發展中經濟體在2047年前達到，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現氣候目標也很重要。農業部門對大約五分之四的人為一氧化二氮排放負責。在STEPS中，與2021年的水平相比，到2030年，農業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。
 
支柱4：碳管理
 
碳管理是指能夠捕獲、使用和儲存碳的技術和工藝，既包括來自發電廠和工業煙囪等點源的碳，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揮三種作用：
 
在替代性清潔能源技術昂貴或缺乏的部門，碳捕集與封存（CCS）避免了向大氣的排放，如工業加工排放，以及來自現有的電力或工業設施的排放，其中許多是在過去十年中建成的。
 
碳捕集與利用（CCU）為生產合成燃料提供了碳原料，對航空等部門的去碳化至關重要。如果這種碳原料的來源是大氣，那么產生的燃料就是氣候中性的。
 
二氧化碳清除（CDR）也可以補償那些最難減排部門的持續排放，如果清除量超過總排放量，還可以提供凈負排放，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）直接發生，或者通過生物質生長過程中的大氣碳吸收過程間接發生。
 
即使積極部署碳管理以外的清潔技術，也需要碳管理來實現氣候目標。到2030年，在NZE方案中，整個能源系統每年捕獲約1.2Gt，這意味著在2021年的水平上幾乎增加了30倍。預計到2030年，年碳捕獲量將達到約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和發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動力，在2030年占新西蘭能源局總發電量的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部門和氫氣生產中的排放。五分之一與大氣層的清除量有關。其中大部分來自電力、工業和生物燃料生產部門的BECCS（生物能源與碳捕獲和儲存）。DACS（直接空氣碳捕獲和儲存）的規模也在擴大，到2030年達到近7000萬噸（圖5）。然而，DAC的項目管道正在迅速增長。如果所有宣布的項目都能推進，DAC的部署將在2030年達到NZE方案的要求，盡管該技術在2030年后需要非常迅速地增長，以符合1.5℃的情景。
 
碳管理技術是強有力的減排方案中一個重要戰略工具。在NZE方案中需要部署的規模是巨大的，相當于從現在到2030年，每個月有10個配備CCUS的新設施投入使用。
 
CDR技術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。

 
碳捕集技術在整個能源部門發揮著重要作用。
 
這種額外的CDR將有重大的權衡。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來實現這一目標可能需要：
 
?相當于美國目前耕地的土地面積，以供應生物能源；
 
約760吉瓦的額外風能和太陽能發電能力（幾乎相當于目前歐盟、美國、印度和日本的總和）；
 
熱能幾乎相當于歐盟2021年的天然氣消費量。
 
專有名詞縮略語一覽
 
AFOLU（農林和其他土地利用）
 
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（國際應用系統分析研究所）
 
IPCC（聯合國政府間氣候變化專門委員會）
 
NDCs（國家自主貢獻）
 
NZE（凈零能源情景）
 
STEPS（既定政策情景）



責任編輯： 江曉蓓