2050净零碳排放：可以实现，但代价是什么？

摘 要

目前，约有140个国家已经宣布或正在考虑零碳排放的目标。为探究这些目标的具体含义，本研究采用一个综合地球系统-经济模型，进而探究零碳排放目标实现的具体情境。根据研究框架中所描述的技术，本团队发现，在早期实现净零目标的情况下，植树造林与具有碳捕集与封存技术（BECCS）的生物质能是重要的负排放技术。为实现2025年零碳排放目标，需要大规模应用BECCS技术，而这项技术会增大本世纪中叶减碳排放的成本。应用这项技术的国家，与2025年实现目标及本世纪下半叶继续大规模排放的两类国家形成明显差异。到本世纪中叶，这些情景将略高于1.5℃，但到2100年，气候响应的中值却将达到或低于1.5℃。

背景介绍

截至2022年9月底，约140个国家已经宣布或正考虑于2050年实现净零排放目标，但各国承诺的性质却不尽相同。例如，中国，印度和沙特将这一目标的实现日期定在了2050年之后。部分国家已经将零碳目标写入法律，但另一部分国家仅仅宣布了这一目标，尚未采取立法措施。

此外，各国在温室气体（GHGs）、国际掩体和碳排放抵消方面也各有不同。多数情况下，有关这些细节的承诺仍比较模糊。承诺类型、实现日期、缺乏法律地位等诸多因素，使得这些零碳承诺对国际社会的意义具有各种各样的可能性。基于此，模拟零碳排放情境已成为众多建模实践和研究论文的焦点。本文通过采用综合地球系统-经济模型，研究说明性净零排放情景及其对经济、能源和土地利用系统，乃至全球温度的影响，从而为以往的文献研究做出贡献。

研究目的：为何而研究？为什么是2050？

“净零”排放的承诺，并非指所有的碳排放都能减少到零。实际上，剩余的排放将由负碳技术和相关排放战略进行抵消。稳定大气中的温室气体含量，从而避免对地球气候的干扰，是《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)的最终目标。而碳排放国际谈判的重点，是将全球变暖控制在工业化前的2°C或1.5°C以下，希望以此作为防止此类干扰的目标温度。从长远来看，稳定大气中温室气体的水平需要通过负碳来平衡向大气排放的温室气体。

实现净零排放的途径是什么?

如图1所示，不同的路径可以达到相同的最终目标，但累积排放量却大不相同。而累积排放量却恰好是最终决定气候结果的重要因素。

减少哪些气体、何时减少这些气体，也会影响气候结果——由于甲烷的寿命相对较短，减少温室气体短期影响更大；但如果这允许排放更多的寿命较长的气体，如二氧化碳，则这些气体将在大气中停留更长时间，使维持目标变得困难。

图1：实现净零的不同途径示意图，它们对技术、成本和气候变化有不同的影响

减排挑战与现有技术

重工业，特别是钢铁、水泥、化工等行业，以及卡车、航空等重型运输行业的排放减缓潜力相对较低，脱碳的选择更为昂贵和有限。若要实现2050年零碳目标，则需要结合“零碳和低碳”技术，降低排放；以及负碳技术，用于抵消持续排放带来的影响。

表1展示了每个类别中存在的多种选择，而每种选择的背后，都包含不同的成本、技术准备程度、排放影响和公众的看法。

 表1：低碳和零碳技术以及负排放技术和方法

Griscom等学者（2017）估计，从现在到2050年，实现温度升高幅度低于2℃的目标，自然-气候综合方案预计将贡献20%的必要减排量。然而，这两个类别之间也存在权衡——零碳和低碳技术的调用量越多，所需的负碳技术就越少，反之亦然。

为了实现净零排放目标，任何一种缓解方案都不太可能万全，因为每种技术都有其自身的利弊。此外，不同的地区也有不同的特征，这也会影响技术成本和可行性。

建模方法

在建模方面，我们采用麻省理工学院综合全球系统模型（IGSM），这是一个耦合的人地系统模型。它将麻省理工学院地球系统模型（MESM）与经济预测和政策分析（EPPA）模型相结合，充分考虑到不同温度结果背后的排放途径。

本研究应用麻省理工学院的IGSM模型，检验三个说明性净零情景。在所有情景中，“净零”被定义为涵盖所有温室气体，这些温室气体的排放大致由政策覆盖，受到能源部门和排放价格的约束。而其中的MESM部分则模拟了海洋碳汇的变化、自然驱动的陆地碳吸收（如森林中的CO2肥料）以及来自天然湿地的甲烷和来自与施肥无关的土壤的一氧化二氮的排放变化。

实验结果

结果如图2所示，在中值气候设置下，两种情景都有轻微的温度超标，但在全球NZE的路径下，在本世纪结束时，全球温度却低于1.5℃。尽管这种1.5℃情景到本世纪末将接近零排放的水平，但净零排放的目标仍未实现。虽然本研究的排放报告关注的是与人类活动直接相关的排放，但气候结果包括任何自然系统的排放变化。此外，尽管与人类活动相关的排放路径是持久固定的，但这些应对措施的不确定性也是气候结果不确定的重要原因。

图2：全球碳排放情景和两个1.5℃情景下的

全球温室气体净排放路径

原文信息

Jennifer Morris, Y.-H. Henry Chen, Angelo Gurgel, John Reilly, and Andrei Sokolov

https://doi.org/10.1142/S201000782340002X

原文链接：

https://www.worldscientific.com/doi/epdf/10.1142/S201000782340002X