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应对人为碳排放的绿色设计方法

来源:中关村论坛 发布时间:2021-10-31


       发展中国家科学院院士、欧洲科学院外籍院士、北京绿色设计促进会创会会长、联合国技术促进机制 10 人组成员吕永龙:各位领导、专家、代表,上午好。很荣幸受邀和大家分享一下我对应对人为碳排放绿色设计方法的思考。因为疫情原因,没有回到北京,只能通过线上的方式向大家汇报。

之所以谈人为的碳排放,是因为碳本身是在自然系统里面存在的,是一个循环的系统,如果没有人为活动的干扰,我想自然生态系统的碳是不需要我们去做调节的,它可以通过自然的因素来进行自然调节。我这里重点是讲人为的碳排放及其调节的问题。第一部分讲它的驱动因素,第二部分是讲碳排放的绿色设计的方法。主要从原则,从一些理念的角度来谈绿色设计到底为碳排放能做什么样的贡献。我拿中国的发展为例,来谈碳排放跟人类活动、经济发展之间的关系。

2019年,在改革开放40周年之际,我的团队曾经系统分析了40年以来,中国的可持续发展路径,我们的经济发展,经济增长的路径,其实跟我们能源消耗的路径是紧密相关的。从这两张图,左边是经济增长率的曲线,右边是我们用不同的方案,不同的方法,比如国际能源署的方法、IPCC的方法,来分析中国40年以来的能源消耗情况。看到这两张图是一个非常紧密相关的关系。意味着我们经济增长基本依赖于能源消耗,我们进一步分析了到底经济增长和碳排放,跟其他的环境污染物的排放之间到底是什么样的关系,所以我们对各种的污染物做了一个分析,分析经济增长跟它们的耦合性的关系。

这里面没有一一讲,我们分析的结果就是,从2002年以来,我们各个不同的环境污染物,跟经济增长之间逐步走向了结耦的关系,传统意义讲的脱钩的关系。大概到2015年,我们基本上环境污染物都处于跟经济增长脱钩,走向了我们整体态势。为什么是2015年,因为2014年中国实行的史上最严密的《环境法》,同时我们在2014年也推出了生态文明的整体战略,而且随之我们又有三个大的十条,水十条、土十条和大气十条。这一系列政策的实施,都使得我们的污染物跟经济增长之间有一个大的脱钩的关系,即使在这样的情形下,二氧化碳的排放跟经济增长之间仍然没有迹象表明要脱钩,经济增长跟二氧化碳排放仍然是一个非常强烈的耦合的关系。

我们进一步分析,在去年在美国国家科学院院刊上发了我们分析成果,仍然是系统分析中国40年快速发展的过程中,以能源为主体的二氧化碳排放的问题。到底是什么因素驱动了我们以能源为主的行业的二氧化碳排放。后来发现,实际我们四个主要因素,一个是人口增长,经济的增长,刚才讲经济增长是一方面,还有一个就是碳的强度和能源的强度。这些年以来,其实我们的人口增长可以看出来,已经相对的滞缓了,同时人口增长率有一个拐点,我们在二胎和三胎政策推进之后,大家并不愿意生更多孩子,意味着我们人口在能源的消耗、二氧化碳排放之间的作用,已经没有那么强了。重要的问题是在碳的强度和能源的强度两方面,这是我们最近几年一个非常重要的驱动的因素。

刚才从行业角度,从地区角度来讲,这些年也是不平衡的,而且是从东部向西部逐渐转移的过程,非常有意思的一个现象,我们在六七十年代,80年代、90年代的时候,东北地区是我们重工业基地,那时候的能源消耗比较大,但最近几年,在改革开放以后,我们的沿海地区,东部的沿海地区,是一个快速的经济增长区,我们在东北部区域的能源消耗,是逐步递减的,而且在总的消耗中所占的比重,减的非常大,但是在沿海地区、东部地区消耗在逐步的提高,而且提升的也是比较快的。

另外一个倾向,我们不光是能源消耗,包括总资源的消耗,随着我国对西部战略的整体推进,我们整体消耗也向西部在迁移。我们整体的能源消耗在空间上也存在着比较大的差异,而且随着我们人类活动强度的推进,在不同区域之间有一个不同的分布的方式。无论是空间上,还是在行业上,二氧化碳的排放和能源的消耗,有一个是在增长,另外在空间上存在差异,到底产生什么样的影响,我们去年11月份,一本科学进展杂志上发了另外一篇文章,我们整体人类活动强度,对生物多样性的影响,这种人类活动强度,跟其他的多种环境要素,包括气候变化,对工业生产和碳排放和污染,整体对我们生物多样性在各个区域之间,它的一些差异,也很有意思的倾向。

整体来讲,大家可以看到,我们是在生物多样性比较高的地区,它的影响相对比较大,而且这些区域在这些年,人类活动强度也在增加,整体来讲,城市化、工业化的态势,对我们的碳排放,对气候变化产生重要影响的同时,对我们的生物多样性,对生态系统的健康也产生了重要的影响,我国政府正式承诺,我们在2030、2060双碳目标,2030年达到碳达峰,2060年实现碳中和,实际这个目标对我们来讲是一个具有很高的难度的目标,从国外来讲,一般都是在50年左右,从碳达峰到碳中和,我们只需要承诺30年时间,而且重要的问题是,我们要改进目前我们主要依赖于煤炭、石油、天然气的排放,在人为碳排放中,我们算了一下,煤炭、石油、天然气的排放是最大的,占了90%多,这样一个比重。我们把这三者的排放做好了,我们就基本上能实现我们的主要目标。

一方面我们怎么样把我们碳排放降到2005年的65%的水平,能够把非化石能源的消费从15%,提升到20%甚至30%的比例,森林的碳储量,能逐步增长,增长到6百万立方,在6百万立方上进一步增长,对于太阳能、风能基站能力,进一步提升,这是我们的目标。

怎么样实现这样一个目标,我们如何从绿色设计的角度来实现碳排放呢?我们承诺碳排放也不是一件很容易的事情,经过了很长时间努力,也经过很长时间我们跟国际相关机构的谈判,实现这样一个目标。这个目标我刚才讲的比较宏伟,到底中国人类活动的强度,尤其是能源和经济结构的整体调整,从而促进社会经济的全面向低碳的转型,这是一个重大的变革的问题,尤其要改变产业结构偏重,能源消费偏煤,煤气占有重要比重,但油气供应主要依赖于外出,这样增大了油气供应的风险,风险偏高,而且能源效率偏低,因为整体来讲,我们没有达到世界平均水准。

碳排放实现30、60目标的主要路径,碳捕捉和碳中和及森林碳汇起着非常重要的辅助性作用,我们要高度依赖绿色技术创新,如何开发可再生能源,来合成液体燃料等等,我们在很多技术方面,一个是绿色低碳,同时我们必须出现颠覆性的一些技术性变革性的技术。

对于产业结构的整体调整来讲,我们需要进行深度的结构性调整。尤其是要加快从高排放、高污染产业,向低碳产业的转型。这些产业,比如钢铁、水泥、电解铝和玻璃等产业,在全球是位于最顶端的,基本是位于第一的位置。比如联合国环境署,我是联合国环境署的国际专家组成员,前两年专家组拿出一个报告,关于城市化对于资源的效益,城市化的影响,其中就有一个案例,中国在三年之内,由于快速城市化,在三年之内消耗的水泥的产量,是美国近一百年来水泥产量的总和,比这个还要大。我们正在做研究,国际的专家组拿出这个报告,是有数据来说明的,说明我们一方面消耗大,另外一方面已经产生影响,这个影响已经受到国际的关注。如何控制这类的高排放、高能耗的行业的发展规模,特别是淘汰这些过剩的产能的问题,是一个非常重要的方面,因为这些又是我们快速发展过程中所需要高度依赖的行业。

第二,要降低能源强渡大的一些重工业,提高能源强度较小的轻工业比重,全面提升几个重点行业,比如交通、电力、建筑、工业等重点领域的节能效率。今天刚刚收到联合国总部的邮件,我是联合国秘书长任命的可持续发展目标技术促进机制的10人组成员,联合国社会经济发展司正在推进关于可持续交通的问题,9月20几号将在北京要准备可持续交通的会议。这类的行业,都是全球范围内比较重点关注的领域,特别是在如何提升它的节能问题,提高能耗,减少能源生产、运输和消费环节的浪费,降低单位GDP的能源消耗,这是我们需要重点关注的问题。

能源结构本身,我们怎么样做进一步调整。我们要调整的,重要的是降低煤炭、石油、天然气比例,提升再生能源比例,煤炭现在大概占58%到60%的比例,我们怎么样降低碳含量高的煤炭、石油、化石能源的消耗比重,提高零碳的可再生能源和低碳的天然气的清洁能源的比重。在煤炭领域,我们如何利用碳中和技术,从源头解决污染的问题,在没燃烧之前,怎么将可燃物分离,低成本生产甲醇和氢气高附加值的能源。

第三,怎么样实现光伏+一些综合性的发展技术,为什么我们提出这个,因为前年我们到青海,海南州做调研,在申报国家可持续发展创新示范区,一个非常重要的问题就是清洁性能源,有一个非常大的光伏生产基地,我作为环境生态学家非常关注它的环境改善问题,在大的沙漠基地上建了非常庞大的光伏基地,我非常高兴的看到,我们在考察过程中看到,经过几年的光伏基地的发展,本来沙漠地带,由于沙漠在光伏片的隔离之下,长期阴凉的状态,而且还有些湿气,会看见一些植被,一些草的生长,光伏这类的大规模生产尤其在荒漠地带,有利于荒漠化的治理,有利于这类的生态修复问题。同时能够促进相应的畜牧业水资源这些利用,实现光伏和沙漠、光伏和农业联合减碳的问题。

第四方面,发电的峰谷期和热储能综合利用的问题。我们发电厂可能在夜间停了,夜间使用电力相对比较少,在这种情况下,如何用热的形式存储下来,用于供热和空调问题。

可再生能源怎么样利用,制甲醇,分布式的发电,实现光伏风能的不稳定性的可再生能源的问题。利用可再生能源制氢,氨和可再生合成染料,用于工业、汽车、船舶和航空。由于可再生能源的间歇性和不稳定性,如何利用互联网、人工智能、大数据这样的技术,来着力提升电力性智能化水平。

在双碳目标下,我们刚才讲的这些目标,我们对另外一个问题,比如金属,镍、铜等要素有较大幅度提升,在政策上必须做好协调。

另外一方面,技术创新。由于碳的问题,我们怎么样做好利用是一个重要的问题,包括对二氧化碳的吸收和利用,今天非常高兴看到一个非常重要的新闻,中国科学院工业生物技术研究所在二氧化碳的合成淀粉方面取得重大突破,在二氧化碳整体应用方面,包括电动车将来整个生命周期的技术的创新,电动车从生命周期角度来讲,并不是碳友好型的技术,但对于局部地区的污染问题,是非常好的方案。怎样实现整个生命周期创新的问题。另外一个问题,氢能,储氢和运氢,怎么实现技术的突破,需要我们做。

刚才讲的是关于气候变化,前面也谈了,气候变化、碳排放跟我们的生物多样性之间是非常重要的关联关系,今年有两大事件,一个是10月份在昆明即将召开的生物多样性公约的第15次缔约方大会,一个是在英国格拉斯哥11月份召开的气候变化框架公约的第26次缔约方大会。这里面非常重要的问题,我们怎么样实现生物质的碳捕捉和封存的技术问题,怎么样在利用森林的管理来增加碳汇,改善土壤的碳封存问题。

最后一个重要的问题,怎么样在自然的因素,用自然的方案,基于自然的方案,来解决我们碳组成的问题,碳排放的问题,同时实现陆海的统筹,来解决这样一个工作。比如我们要非常精准的分析和计量,关于森林、草地、湿地,对于碳汇的作用,保护、恢复和改善土地的管理措施,增长碳储量,减少温室气体排放的潜力。

这些都属于绿色设计的整体方法,我今天跟大家分享一下,谢谢大家。

(本文为现场速记整理,未与本人核实)

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