清洁能源发展缓慢！以现有速度，能源系统变革仍需"向天再借400年"

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15年前，美国卡内基研究院（Carnegie Institution）高级科学家肯·卡尔代拉（Ken Caldeira）通过计算得出结论：为了避免灾难性气候变化，在2000到2050年间全球每天都要增加等效于一座核电站容量的清洁能源。最近，他又对我们这些年的表现做出计算： 情况并不乐观，全球每天清洁能源增长量为 151 兆瓦，这仅能为 12.5 万户家庭供电 。

据卡尔代拉和同事2003年发表在《科学》杂志上的论文，我们需要每天增加1100兆瓦的无碳能源才能避免全球温度上升2 ˚C以上。

按照现在的速率，能源系统的变革就不可能在未来30年内发生，而是要等到400年后。 与此同时，全球将会伴随着温度骤升、冰盖消融、城市下沉，以及破坏性热浪的肆虐。

卡尔代拉还说， 我们调整能源系统的速率明显慢了一个数量级 ，这凸显出人们忽略的一个事实：我们不是不能以足够快的速度发展清洁能源，而是经过数十年的警醒、辩论和清洁能源运动之后，世界依旧不能正视环境问题。

联合国气候变化机构称，到本世纪中叶，全球温室气体排放量需要削减70%才能避免温度上升2 ˚C。但碳污染持续上升，去年就增长了2%。

所以，问题出在哪？

气候灾难的滞后性让人们“短视”

二月末，《麻省理工科技评论》有幸采访到哈佛大学环境中心丹尼尔·施拉格（Daniel Schrag）。

施拉格是奥巴马总统的首席气候顾问之一。作为一名地质学家，施拉格一直密切研究过去时期的气候变化，他对事物的急剧变化过程有着独特的见解。

图丨Daniel Schrag

在施拉格一份他最近与人合作的评估气候变化风险的报告中，他指出了改革能源系统所需的技术细节，包括碳捕获、生物燃料与能源存储技术。

其中一个严峻的问题是， 以人类目前的速率重建现存电网，仍需要100多年的时间，更不用说未来几十年更大的用电需求。

“ 有可能把速率提升20倍吗？可以，但我不认为公众能理解这在钢铁、玻璃、混凝土需求方面意味着什么 ，”他说。

事实上，气候变化的灾难性后果不会在短短数十年的出现，这使得问题更加复杂。即便有人抽象性地关心这一问题，他们并没有感受到直接性的威胁。这样一来的结果就是，他们不愿意付出很大代价，或者通过改变生活方式来解决环境问题。

据MIT和哈佛大学的一系列调查，即使提升电费能“解决”全球变暖，美国人仅愿意将每月电费提升5美元，而15年前这一数据还是10美元。

可以预见到的是，随着野火、飓风、干旱、物种灭绝和海平面上升的愈发严重， 气候变化或许会改变人们的思维模式，最终迫使世界解决这一问题。

但那时肯定已经为时已晚 。 因为，二氧化碳的温室效应具有延迟性。 大约需要十年才能全面达到温室效果，并且它能在大气中滞留上千年。一旦我们进入危险区域，减少二氧化碳排放量将无法缓解温室效应，它只能避免情况变得更糟而已。除非我们能通过技术将温室气体大规模的从大气中消除（或者可以通过地球工程（geoengineering）试试运气），否则温室效应将持续上千年。

有数据估计，削减排放量将使全球经济每年萎缩几个百分点，但无限制的升温会使全球经济在本世纪末降低20%，或者更多。

这也意味着，我们必须要在改革能源系统的开支与处理气候灾难的成本之间做出权衡。

缺乏变革的经济动力

随着经济规模增长，未来几十年全球能源消耗将飙升30%左右。（据国际能源机构的数据，到2040年，中国的能源增长量相当于全美能源总量。）为了尽快减少排放同时保持经济增长，到2050年全球需要有10到30万亿瓦的清洁能源容量。这相当于要建3万座核电站，或者安装1200亿个250瓦的太阳能板。

但是，对能源行业来讲，现有能源系统的成本高达数十万亿美元，以这样高的规模和速度来建设新能源系统的经济动力实在是微乎其微。

图丨1990-2015与2015-2040各类主要能源的需求变化。柱形图从左至右依次为：炭，石油，天然气，低碳。源自国际能源署 International energy agency官网iea.org

“如果你花了十亿美元投资一千兆瓦的煤电，你当然不舍得煤电在10年内就退役， ” 加州大学尔湾分校地球系统科学系副教授史蒂文·戴维斯（Steven Davis）说。

这点是很难改变的，或者说是根本不可能的。 除非有强有力的政府政策，或者重大技术突破能颠覆现有经济体制。

可是，我们又有多少把握寄托于这两者呢？

强硬的政府政策

加速能源发展最关键的一步是制定强硬的政府政策。

很多经济学家认为，最有力的方法是通过直接税收或碳排放与交易体系来实施碳排放定价。随着化石能源成本的提高，能源界就有更多动力将化石能源替换为清洁能源。

“如果我们想在温室气体方面取得进展，我们就不得不支付直接或间接的碳排放成本，” 加州大学伯克利分校能源经济学家塞维林·波伦斯坦恩( Severin Borenstein）说。

图丨2017年全球化石燃料工业排放上升2%，全球碳排放上升幅度为0.8%~3.0%。（图片来源：Global Carbon Budget Report ）

但定价必须要高，要远高于每吨15美元，即高于加州去年碳排放与交易项目的补贴。波伦斯坦恩认为， 当人们调和电厂整个运行周期的成本时，碳排放收费40美元每吨的定价“刚好能将煤电完全驱逐出市场，并且能大力投资风能和太阳能。

还有人认为定价应该更高。但这一税收值短期内将很难在很多国家通过。

另一个主要政策是， 强制公共事业单位与公司将温室气体排放量限制在一定水平以下，最好是随着时间的推移而减少 。这种以法规为基础的方法不像碳排放定价一样具有经济效益，但它的优势是具有很高的政治接受性。据哈佛大学教授斯蒂芬·安索拉比赫勒（Stephen Ansolabehere）介绍，人们讨厌税收，但对空气污染法则却很顺从。

过于乐观的可再生能源革命

基础技术的局限性同样也在提升能源转化的成本与复杂性。 太阳能、风能等发展迅速的无碳能源仍然受阳光或风力等自然条件的限制。而随着清洁能源并网发电能力的增强，我们需要有能平衡各地电力峰值与低谷的长距离传输线，或者大规模昂贵的储能设备，又或者二者兼有之。

尽管人们对风能、太阳能等可再生能源普遍乐观，但事实上， 它们仅占全球能源很小一部分，而且增长缓慢。

据 MIT 能源倡议组织（MIT Energy Initiative）研究员杰西·詹金斯（Jesse Jenkins）介绍，最终的结果是，我们要么需要更多风能、太阳能、裂变电站、有碳捕获技术的化石能源，要么就要投更多钱建设更大的输电、储能、可再生能源系统。 所有这些情况，都需要通过技术进步来降低成本。

但所有这些也只能解决改革电力部门所面临的挑战，而后者仅占总能量消耗的20%不到。车辆与暖气等电力消耗则占有更大份额，这意味着我们最终需要开发的电力系统是现今的几倍。

加州大学尔湾分校的戴维斯介绍说， “ 全球能源系统最棘手的部分” 仍旧急需解决。其中包括 航空、长途运输以及钢铁和混凝土产业 ，后者在制造过程中会产生二氧化碳。为了将这些主要碳排放源从经济中清除，我们需要更好的碳捕获与储存工具，以及廉价的生物燃料或储能设备。

这些重大技术成果往往需要政府持续地大力支持。 但跟碳税和排放限值一样，在目前政治气候下，政府研发大幅提升资金是不太可能的。

现在看来，我们能做的就是抓住看起来最有效的杠杆：环境与清洁能源的利益集团需要将气候变化作为优先考虑事项，将它与公众和政治家关心的实际问题联系起来，比如空气清洁、安全、工作等。投资者或慈善家需要对早期能源技术做长远投资。科学家与技术人员应该把精力集中在最迫切的技术上。立法者需要推动政策变革，为能源公司提供激励或施加压力。

但现实是残酷的。人们很可能无法实现本世纪中期的气候目标。施拉格认为， 温度上升的幅度维持2 ˚C以下已经成了“白日梦”，升温在4 ˚C以下就很幸运了。

这意味我们将付出代价：在环境灾难中失去生命或饱受磨难。

如果全球升温超过2 ˚C，这将只是噩梦的开始。 那时，我们不得不竭尽所能来遏制迫在眉睫的威胁、限制灾害损失并尽快转向可持续发展。

– End –

编辑：孙小彪  校审：黄珊

参考：https://www.technologyreview.com/s/610457/at-this-rate-its-going-to-take-nearly-400-years-to-transform-the-energy-system/