真正實現能源清潔需要多久? 答案是400年

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  3月17日消息,據國外媒體報道,科學家研究發展,按照現在的能源轉換速度,全世界需要近400年才能把現有的能源系統改造成清潔能源。之所以進展緩慢,有著諸多方面的原因。

3月17日消息,據國外媒體報道,科學家研究發展,按照現在的能源轉換速度,全世界需要近400年才能把現有的能源系統改造成清潔能源。之所以進展緩慢,有著諸多方面的原因。

真正實現能源清潔需要多久? 答案是400年

15年前卡耐基研究所的高級科學家肯卡爾代拉(Ken Caldeira)計算出,為了避免災難性的氣候變化,2000年至2050年間全世界每天需要增加使得清潔能源相當於一座核電站所提供的能量。最近,他做了一個快速計算,看看我們現在做的如何。

情況不太好。正如卡爾代拉和他的同事們在2003年的科學論文中發現的那樣,每天全世界可能需要大約1,100兆瓦的無碳能源來防止溫度上升超過2?C。但實際上我們增加的清潔能源僅為151兆瓦,這勉強能夠滿足大約125,000個家庭的電力需求。

按照這個速度,整個能源系統完成重大轉變所需要的不是接下來的三十年,而是接下來的四個世紀。在此期間,氣溫上升,冰蓋融化,城市下沉,並在全球引發破壞性熱浪。

卡爾代拉也強調,其他因素可能會大大縮短時間框架(特別是改變佔全球能源消耗一半以上的熱電將會顯著改變能源需求)。但他表示,很明顯我們對能源系統進行大規模調整的速度太慢,這凸顯了很少有人真正意識到的一點:我們並沒有快速建立清潔能源來應對氣候變化的挑戰。即使經過數十年的警告,政策辯論和清潔能源活動,全世界才剛剛開始正視這個問題。

聯合國氣候變化機構聲稱,到本世紀中葉,世界需要減少多達70%的溫室氣體排放量,以避免全球變暖2攝氏度。但碳污染持續上升,去年還增長了2%。

原因是什麼?

除了經濟,政治和技術上的挑戰之外,最根本的問題是規模過大。有大量基礎設施需要建設,這將耗費大量的人力,金錢和物資。

首先,隨著發展中經濟體的進步,未來幾十年全球能源消費可能會飆升30%左右。為了快速減排並跟上能源消耗的增長速度,到2050年世界需要開發10到30兆瓦的清潔能源。這意味著建設相當於大約30,000個核電廠,或生產和安裝1200億塊250瓦太陽能電池板。

對於能源行業來說,在如此巨大的規模和速度下建造清潔能源系統的經濟動力很小,同時現有能源系統中的能耗成本卻高達數萬億美元。

「如果現在你要為一千兆瓦的煤炭消耗支付十億美元,而又告訴你十年內現行的煤炭消耗體系將會被淘汰,你勢必會排斥,」加州大學歐文分校地球系統科學系的副教授史蒂文·戴維斯(Steven Davis)表示。

在有足夠強大的政策或足夠先進的技術突破來顛覆現行能源經濟之前,要想看到其中的任何一個會發生根本性變化相當困難,也不太現實。

一次飛躍

2月底,我坐在哈佛大學環境中心丹尼爾·施拉格(Daniel Schrag)的辦公室裡。

施拉格是奧巴馬總統的首席氣候顧問之一。作為一位在過去一直密切研究氣候變化和氣候變暖問題的地質學家,他特別欣賞事情變化的戲劇性。

他打開了一份最近與其他研究人員合作的評估氣候變化風險的報告。它強調了徹底改變能源系統所需的許多技術進步,包括更好的碳捕獲技術,生物燃料和能量儲存技術。

該研究還指出,美國每年新增約10千兆瓦的新能源發電量。這包括所有的天然氣以及太陽能和風能。但即使如此,要重建現有電網還需要100多年的時間,更不用說在未來幾十年所需的電網規模將會大得多。

「有可能加速20倍嗎?」他問, 「是的,但就鋼鐵、水泥以及玻璃等領域而言,我不認為人們能理解這意味著什麼。」

氣候觀察員和評論員用諸如曼哈頓計劃和登月計劃來說明這項任務的規模。但是對於施拉格來說,真正可以說明問題嚴重性和緊迫性的類比是第二次世界大戰,當時美國將部分鋼鐵,煤炭和鐵路行業國有化。政府強制汽車製造商停止生產汽車,以製造飛機,坦克和吉普車。

好消息是,如果你指導整個經濟完成一項任務,那麼改變可能會很快發生。但是在和平時期,當敵人存在於無形之中,影響是潛移默化的,那你該如何進行激勵?

「對於今天來說是一個巨大的突破,」施拉格說。

時間延遲

事實上,氣候變化的真正破壞性後果將不會在幾十年內出現。這一事實以使問題更加複雜化。即使對於那些喜歡關注抽像問題的人來說,他們的直接擔憂也不高。因此人們往往不願意付出太多的代價,也不願意改變他們的生活方式去解決實際問題。根據麻省理工學院進行的一系列調查,美國人近年來只願意將每月電費增加5美元以解決全球變暖問題,而15年前美國民眾願意為此增加10美元。

可想而知,隨著出現更多的森林大火,颶風,乾旱,物種滅絕和海平面上升,氣候變化總有一天會改變這種思維方式,最終迫使世界解決這個問題。

但是那就太遲了。二氧化碳的作用會有時間上的延遲。大約需要10年的時間才能顯現出全面變暖的效果,並且會在大氣中停留數千年。在我們進入危險區間之後,消除二氧化碳排放量並不會減少這種影響,只能防止現狀變得更糟。除非我們開發出一種技術,能夠從大氣中去除溫室氣體。

這也意味著,如果我們不及時採取措施,我們將不得不付出高昂代價來修復能源系統,或者是應對由此產生的災難。各種研究發現,削減溫室氣體排放量將使全球經濟每年萎縮幾個百分點,但相反,到本世紀末,不加限制的全球變暖可能會使全球GDP減少20%以上。

錢的問題

可以說加速能源發展最關鍵的一步是制定強有力的政策。許多經濟學家認為,最強大的工具將是通過直接稅或限額交易計劃實對碳排放進行定價。隨著化石燃料生產能源價格的不斷上漲,這將產生更大的激勵機制,用清潔能源替代現有的電廠。

「如果我們要在溫室氣體方面取得任何進展,我們將必須為碳排放買單,」加州大學伯克利分校能源經濟學家Severin Borenstein說。

但定價必須要高,遠高於去年年底在加州限額與交易項目中的每噸15美元。 Borenstein表示,每噸接近40美元的碳排放費用「只是把煤炭從能源市場重剔除,並開始在風能和太陽能方面投入資金,」至少當你在核算工廠整個生命週期中的平均成本時是這樣的。

其他人認為價格應該更高。但很難看出即使這種稅收如何通過。

另一個主要的政策選擇是限制提供電力的公司和工廠將溫室氣體排放量保持在一定水平以下,最好是隨著時間的推移而減少。這種基於法規的方法不像碳價格那樣被認為具有經濟效益,但好處是在政策方面更受歡迎。哈佛大學政府教授斯蒂芬·安索拉貝拉(Stephen Ansolabehere)說,美國民眾討厭稅收,但對空氣污染法規非常滿意。

基本的技術限制也會增加轉向清潔能源的成本和複雜性。諸如太陽能和風能這種我們發展最快的無碳能源都受到客觀條件的限制,在太陽不發光或無風時就無法供電。因此,要通過它們提供更多電力,我們還需要長距離傳輸線路,以平衡各地區的用電高峰和低谷,或進行冗余能源存儲,或兩者兼而有之。

最終結果是,我們既需要建造更多的風能和太陽能工廠以及更多的核反應堆,或者付出更多成本來建立一個更大的傳輸系統,並儲存可再生能源,麻省理工學院能源倡議研究員Jesse Jenkins表示,在所有情況下,我們仍然可能需要重大的技術進步來降低成本。

順便說一下,所有這些只解決了電力部門的能源變革,而目前電力部門的能源消耗總量不到20%。當我們需要為車輛和暖氣等設備供電時,這意味著我們最終需要開發比現在大幾倍的電氣系統。

但加州大學戴維斯分校的戴維斯說,這仍然需要解決全球能源系統中「非常困難的部分」。這包括航空,長途運輸,以及在製造過程中產生二氧化碳的水泥和鋼鐵工業。為了清理這些龐大的經濟部門,我們將需要更好的碳捕獲技術和存儲工具,以及更便宜的生物燃料或能源存儲技術。

這些重大技術成果往往需要政府大力支持。

那麼我們應該放棄嗎?

這裡沒有靈丹妙藥或明顯的前進方向。我們所能做的就是努力抓住似乎最有效的槓桿。

環境和清潔能源利益集團需要將氣候變化作為優先考慮的事項,將其與清潔、安全等民眾關心的實際問題聯繫起來。投資者或慈善家需要願意對早期階段的能源技術進行長期投資。科學家和技術專家需要把精力集中在最迫切需要的工具上。政府需要推動政策變革,為能源公司提供激勵措施或任務。

然而嚴酷的現實是,到本世紀中葉全世界很可能無法完成所謂的使命。施拉格說,保持溫度上升低於2攝氏度已經是「一個白日夢」,並補充說,我們應該能夠防止本世紀溫度上升超過4°C。

這意味著我們可能會為失去的生命,痛苦和環境破壞付出巨大代價。

但是如果溫度升高超過2?C,這個使命也不會結束。它只會讓我們盡一切可能來遏制迫在眉睫的威脅,限制損失,並盡快轉向可持續發展的能源系統。

「如果你錯過了2050年,」施拉格說,「你還有2060年,2070年和2080年。」

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