摘 要

目前，約有140個國家已經宣布或正在考慮零碳排放的目標。為探究這些目標的具體含義，本研究采用一個綜合地球系統-經濟模型，進而探究零碳排放目標實現的具體情境。根據研究框架中所描述的技術，本團隊發現，在早期實現凈零目標的情況下，植樹造林與具有碳捕集與封存技術（BECCS）的生物質能是重要的負排放技術。為實現2025年零碳排放目標，需要大規模應用BECCS技術，而這項技術會增大本世紀中葉減碳排放的成本。應用這項技術的國家，與2025年實現目標及本世紀下半葉繼續大規模排放的兩類國家形成明顯差異。到本世紀中葉，這些情景將略高于1.5℃，但到2100年，氣候響應的中值卻將達到或低于1.5℃。

背景介紹

截至2022年9月底，約140個國家已經宣布或正考慮于2050年實現凈零排放目標，但各國承諾的性質卻不盡相同。例如，中國，印度和沙特將這一目標的實現日期定在了2050年之后。部分國家已經將零碳目標寫入法律，但另一部分國家僅僅宣布了這一目標，尚未采取立法措施。

此外，各國在溫室氣體（GHGs）、國際掩體和碳排放抵消方面也各有不同。多數情況下，有關這些細節的承諾仍比較模糊。承諾類型、實現日期、缺乏法律地位等諸多因素，使得這些零碳承諾對國際社會的意義具有各種各樣的可能性。基于此，模擬零碳排放情境已成為眾多建模實踐和研究論文的焦點。本文通過采用綜合地球系統-經濟模型，研究說明性凈零排放情景及其對經濟、能源和土地利用系統，乃至全球溫度的影響，從而為以往的文獻研究做出貢獻。

研究目的：為何而研究？為什么是2050？

“凈零”排放的承諾，并非指所有的碳排放都能減少到零。實際上，剩余的排放將由負碳技術和相關排放戰略進行抵消。穩定大氣中的溫室氣體含量，從而避免對地球氣候的干擾，是《聯合國氣候變化框架公約》(UNFCCC)的最終目標。而碳排放國際談判的重點，是將全球變暖控制在工業化前的2°C或1.5°C以下，希望以此作為防止此類干擾的目標溫度。從長遠來看，穩定大氣中溫室氣體的水平需要通過負碳來平衡向大氣排放的溫室氣體。

實現凈零排放的途徑是什么?

如圖1所示，不同的路徑可以達到相同的最終目標，但累積排放量卻大不相同。而累積排放量卻恰好是最終決定氣候結果的重要因素。

減少哪些氣體、何時減少這些氣體，也會影響氣候結果——由于甲烷的壽命相對較短，減少溫室氣體短期影響更大；但如果這允許排放更多的壽命較長的氣體，如二氧化碳，則這些氣體將在大氣中停留更長時間，使維持目標變得困難。

圖1：實現凈零的不同途徑示意圖，它們對技術、成本和氣候變化有不同的影響

減排挑戰與現有技術

重工業，特別是鋼鐵、水泥、化工等行業，以及卡車、航空等重型運輸行業的排放減緩潛力相對較低，脫碳的選擇更為昂貴和有限。若要實現2050年零碳目標，則需要結合“零碳和低碳”技術，降低排放；以及負碳技術，用于抵消持續排放帶來的影響。

表1展示了每個類別中存在的多種選擇，而每種選擇的背后，都包含不同的成本、技術準備程度、排放影響和公眾的看法。

 表1：低碳和零碳技術以及負排放技術和方法

Griscom等學者（2017）估計，從現在到2050年，實現溫度升高幅度低于2℃的目標，自然-氣候綜合方案預計將貢獻20%的必要減排量。然而，這兩個類別之間也存在權衡——零碳和低碳技術的調用量越多，所需的負碳技術就越少，反之亦然。

為了實現凈零排放目標，任何一種緩解方案都不太可能萬全，因為每種技術都有其自身的利弊。此外，不同的地區也有不同的特征，這也會影響技術成本和可行性。

建模方法

在建模方面，我們采用麻省理工學院綜合全球系統模型（IGSM），這是一個耦合的人地系統模型。它將麻省理工學院地球系統模型（MESM）與經濟預測和政策分析（EPPA）模型相結合，充分考慮到不同溫度結果背后的排放途徑。

本研究應用麻省理工學院的IGSM模型，檢驗三個說明性凈零情景。在所有情景中，“凈零”被定義為涵蓋所有溫室氣體，這些溫室氣體的排放大致由政策覆蓋，受到能源部門和排放價格的約束。而其中的MESM部分則模擬了海洋碳匯的變化、自然驅動的陸地碳吸收（如森林中的CO2肥料）以及來自天然濕地的甲烷和來自與施肥無關的土壤的一氧化二氮的排放變化。

實驗結果

結果如圖2所示，在中值氣候設置下，兩種情景都有輕微的溫度超標，但在全球NZE的路徑下，在本世紀結束時，全球溫度卻低于1.5℃。盡管這種1.5℃情景到本世紀末將接近零排放的水平，但凈零排放的目標仍未實現。雖然本研究的排放報告關注的是與人類活動直接相關的排放，但氣候結果包括任何自然系統的排放變化。此外，盡管與人類活動相關的排放路徑是持久固定的，但這些應對措施的不確定性也是氣候結果不確定的重要原因。

圖2：全球碳排放情景和兩個1.5℃情景下的

全球溫室氣體凈排放路徑

原文信息

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

https://doi.org/10.1142/S201000782340002X

原文鏈接：

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