国际能源署发布2050年碳中和的路线图-北极星氢能网

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国际能源署（IEA）近日发布了《Net Zero by 2050，A Roadmap for the Global Energy Sector》报告，这份报告被国际能源署署长法提赫·比罗尔称为是“该机构五十年来最重要的报告之一”。这份两百多页的报告讨论了在1.5要求下，全球如何实现快速的能源转型，在2050年打造碳中和的能源系统。

（来源：微信公众号“环境科学与政策” ID：mysklsw 作者：Shangwei Liu）

笔者简短介绍一下国际能源署的这份报告，选择其中一些受到广泛关注的图片讨论一下。2015年巴黎协定签署时，虽然提到了1.5度目标，但全球气候变化应对主要还是围绕在2度目标（2060-2080年实现碳中和）。2018年，IPCC应各界的要求出版了一份1.5度的报告，这份1.5度报告指出，把全球温度控制在1.5度而不是2度可能对人类和自然系统更有益，由此1.5度目标广泛进入了全球气候变化应对的政治经济议程中。随着光伏、风电成本的大幅下降，越来越多的人认识到本世纪中叶实现净零排放虽然极具挑战性，但是快速行动仍然可以实现。2020年中国宣布碳中和目标后，进一步推动了世界主要发达国家碳中和承诺的进度。现在1.5的目标已经受到广泛关注。国际能源署之前的减排路径中并没有包含1.5度的情景，只包括了低于2度的SDS情景。这次发表1.5度的减排路线图，将成为11月英国召开的第26届联合国气候变化大会（COP26）重要科学基础。

关键结论：立即快速行动则1.5度目标仍可公平、安全的实现，并且可以为就业增长和经济发展带来新机遇

IEA的报告发现1.5度目标仍然可行，但是需要各国政府通力合作，立即行动。IEA根据研究模型发布了一份实现1.5度目标各年份的路径图（点击可放大，原图在文末），笔者翻译为下表，其中包括立即停止新增化石燃料供应项目（如煤矿、油气田等的投资），停止新建燃煤电厂，2035年禁售燃油汽车，大力发展氢能等等。

电力部门：2050年电力需求近乎翻两番，可再生能源成为主力军

IEA的路径中，全球电力系统将在未来三十年发生翻天覆地的变化，可再生能源占比达到88%，而其中光伏和风电两者发电量占比就超过68%以上，还需要大量储能配合（2050年全球达到3100GW）。

（图片来源：@DrSimEvans）

为什么电力增长这么多？主要是用在工业和制氢上面。IEA的这个路径图是一个氢能跨越式发展的路线图，其中可再生能源制氢是重要的减排手段。建筑取暖做饭以及电动汽车虽然带来的一定的电力需求增长，但是相比工业和制氢还是较少。（但是制氢的电力更灵活，可以和风光配合）。

煤电是我们国家最关心的电力部门转型问题之一，IEA的情景中也强调了无碳捕集煤电快速退出的重要性。IEA指出实现1.5度路径要求下，所有的亚临界技术煤电厂需要在2030年前退出。我国煤电现存容量中一半以上都是亚临界技术（大概500GW左右），退出规模上与Cui et al.(2021)一致，这篇文章考虑了中国煤电退出经济社会的其他限制因素，可以参见《自然·通讯》：碳中和目标下中国燃煤电厂退出路径。

燃油车要在2035年前禁售，电动卡车也有光明的未来

在新售汽车中，轻型车辆要快速电气化，2030年要超过一半，2035年要禁售燃油车。之前的研究一般认为未来重型卡车需要用氢能驱动，因为电池能量密度低，卡车用电池就要被一个特大号电池，但是随着电池技术近年来的快速发展，电动卡车（特别是相对轻型的卡车）也成为热门选择，IEA的模型中氢能只在卡车低碳转型中起到一定作用。

建筑部门需要加快近零建筑节能改造，广泛采用热泵技术

节能在各个部门中都有重要意义，技术上和行为上的节能可以减少对电力等能源供应部门的压力。新建建筑需要符合更严格的近零建筑标准（比目前75%建筑节能标准还要严格不少），大力发展低碳集中供暖也是重要的减排方式。

碳捕集仍是重工业部门减排的主要路径

工业部门要做两件事：一是需要一部分没有安装碳捕集的工业设备提前退休，二是加快碳捕集和氢能工业的发展，钢铁部门存在较大的用氢炼铁的潜力，但是碳捕集技术可能在经济上和技术上仍有优势。

氢能需要跨越式发展，2050年占到最终能源使用的13%

自从碳中和概念热炒以来，氢能的发展就受到广泛的关注，希望氢能可以取得技术突破，很多报告还有大量发展氢电或者氢能经济的畅想，但是氢能还有从生产到运输到储存到使用的各种问题，需要创新政策驱动，未来发展仍有不确定性，可能一飞冲天，也可能重蹈覆辙（像20年前氢能泡沫一样）。IEA的这份报告对于氢能发展算是谨慎乐观的，氢能的产量会扩大六倍，而且会在船舶、货车、化工、钢铁等行业占一定比重，而且未来电解氢会快速发展。

减排所需的技术：一半已经有了，一半还需要努力

这份报告指出，技术减排（直接行为减排大概占到累计减排量的10%）是最主要的减排方式。而这些技术中，有些技术如光伏、风电、热泵、电动汽车，已经基本成熟，进入市场大规模部署的阶段，另一部分还处在示范项目或者实验室阶段。

技术的进步是模型模拟很难抓住的地方。最近的不少研究都指出，考虑到技术进步的情况，低碳能源结构很可能会比目前的化石燃料能源结构（不可再生，价格和化石燃料可获取量有关）更经济，不过低碳能源往往初始投资高，而使用成本低，但消费者可能会因为初始投资高而放弃使用长期更低碳、更经济的技术，这也是需要注意的问题。

与其他模型对比，IEA的报告不那么依赖碳捕集

IPCC的主要综合评估模型都很依赖碳捕集和负碳排放技术，这一点受到很多批评，当然有些是因为这些模型比较老了，对光伏、风电等技术的近期发展没有更新数据。下图是IPCC18个模型1.5度要求下的转型结果和IEA结果的对比。

IEA的数据应该还是比较新的，而且IEA这个模型虽然仍然有很多的碳捕集（2050年7.5Gt=18%的今天全球碳排放），但是整体上还是一个少捕集、少生物质（生物质虽然好用，但是受到土地、生物多样性保护、运输成本等限制）、强调节能、氢能发展比较乐观以及考虑到光伏、风电快速发展的模型。这个路径当然不是唯一的路径，也不一定最合适，但是它基本描绘了快速能源转型的基本路径。

下图来自最近新发表的一篇Science（Assessing China’s efforts to pursue the 1.5°C warming limit），文章比较了不同的综合评估模型预测的中国1.5度要求下的减排路径（如下图，每个模型包括无政策和1.5度要求两个路径）。可以明显的看到大多数模型仍有大量的化石燃料（需要碳捕集），风电、光伏的占比比较低（没有更新风电光伏成本数据）等等。将此文章和IEA的1.5度路径比较，会引出不少有意思的讨论。