技术不足成本巨大， 2050年零排放能实现吗？

文 | 陈卫东

在 2020 年代上半叶，很少有术语像能源转型、脱碳和实现净零排放一样普遍，所有这些都传达了到 21 世纪中叶消除化石燃料燃烧以及随之而来的二氧化碳排放的宏伟目标，从而防止对流层温度进一步升高。

实际上，“零排放”的表述是一种对冲，它考虑了继续依赖一些化石原料的可能性，这些化石原料的排放将从大气中捕获并封存，从而不会导致人为二氧化碳排放的增加。除非排放与燃烧脱钩，否则切断现代文明对化石燃料的依赖是一个理想的长期目标，但（由于许多原因）无法快速或廉价地实现。

在全球范围内，煤炭和石油在19世纪末之前就超过木材成为主要能源，因此在过去的125年里，我们一直是一个以化石燃料为主的文明。从质量上讲，我们永远不会耗尽化石燃料：在我们停止使用化石燃料后，大量的煤炭和碳氢化合物将留在地下，因为开采或使用它们的成本太高了。

尽管2020年代初的世界没有化石燃料耗尽的迫在眉睫的危险，但从长远来看，即使与全球变暖没有任何联系，也必须更换化石燃料。它们的转变使现代文明成为可能，但它们的生产、加工和运输往往对环境造成破坏，影响范围从土地荒废到水污染；它们的燃烧不仅会产生CO ₂ ，还会产生CO、氮（NO、NO ₂ ）和硫（SO ₂ 和 SO ₃ ）氧化物和颗粒物等污染物；他们的高度不均衡分配导致了全球经济不平等；对安全化石燃料供应的追求导致了许多有害的政策，并导致反复发生冲突的增加。

在过去的140年里，非碳替代品一直在取得进展：世界上第一个水电站于1882年开始运营，第一个商用核裂变反应堆于1956年投入使用。到2022年，这两种发电模式满足了全球近四分之一的需求。地热发电也可以追溯到一个多世纪前，但由于多种原因，它从未真正起飞，而生物燃料（尤其是植物衍生乙醇）的相对大规模生产仅限于美国和巴西。目前，我们仍然是一个以化石燃料为燃料的文明，人类高度依赖化石能源，到2050年在没有任何化石碳排放的情况下，非碳能源为世界经济注入活力的可能性很低。

《全球能源大转型》作者斯科特L.蒙哥马利教授曾提出过能源转型的六个条件，即（1）经济或政治方面的严重形势引起了可以觉察的变革需求；（2）一种替代资源可以变得供应充足而且可靠，能够大规模地加以应用；（3）这种资源或选择具备能源优势，比如效率或者能量更高，使用更灵活，人们认为它更安全、副作用更小等；（4）这种资源或选择具备经济优势，能创造和打入市场，赢得公众的支持（感情和钱包），促进基础设施的建设；（5）有新的技术能让这种新资源变得实用，甚至在性能表现、成本和适应性上全面占有；（6）有杰出的倡导者能让这种新资源引起开发者和营销者的主意，而开发者和营销者再把它卖给其余的人。

同时具备了这六个条件就能促成新的能源或者新的时代吗？作者的回答是未必。站在21世纪的今天，我们都认识到，新的能源选择还必须具备环境优势，而且是决定性的。但回头看已经经历过的煤炭和石油时代，煤炭和石油都不具备这种环境优势。

有经济学家认为，英国工业革命打破“马尔萨斯循环”具有真正的“划时代的革命性”的意义。对于工业革命的本质及其对英国的价值，需要从两个层面来思考。从经济层面看，工业革命的价值不是简单表现为英国经济的增长的加速，而是表现为对英国经济结构深刻变化，即经济转型的推动；从能源层面看，工业革命本质上是“能源革命”或“能源转型”，能源转型是工业革命的核心要素。

工业革命造就了“英国世纪”，而随后的“美国世纪”则是石油造就的。研究那些近现代成为世界经济强国的历史进程都表明，能源是其推动社会进步和经济发展的最重要的“发动机”，能源转型成功与否是它们崛起与地位转变的至关重要的因素。

风能太阳能等“零碳”可再生能源的确是在加速发展，对其投资已经超过了石油天然气等传统化石能源的投资，而这一“大趋势”是由中国引领的，尤其是在太阳能光伏发电领域。那么新能源会成功吗？换句话来说，就是会重复过去煤炭和石油成为主体能源的故事吗？会在三代人的时间里市场占有率在50%左右的市场份额吗？

从时间维度来看，从1974年美国福特总统召集第一届太阳能大会至今正好五十年；中国无锡尚德公司作为中国第一家民营企业和光伏组件生产企业于2005年12月在纽交所挂牌上市19年了；汇集了全国95%多晶硅、98%硅片、94%电池片、97%组件、95%逆变器，以及80%光伏设备、96%封装胶膜、90%背板等原辅材料和零部件的制造端产能的中国光伏产业行业协会刚刚庆祝其成立十周年。

从市场份额维度看，2015年，两种可再生发电方式，即太阳能发电（0.4%）和风能（1.4%），仍低于世界初级能量供应的2%（BP 2016）。据《世界能源统计年鉴》的数据，2022年，包括风能、太阳能等的可再生能源，在人类社会一次能源消费中，占比为7.47%，无法动摇化石能源和传统能源的地位。2023年，可再生能源（不包括水电）占一次能源使用量的比重为8%，包括水电在内占15%。8年时间太阳能风能在世界一次能源的占比提高了6个百分点，从2%增长到8%，虽然增长速度不低了，但相对于煤炭和石油进入市场早期的市场增长率而言则是不快的。总体而言，鉴于其本身的特性，在过去的半个世纪里，太阳能在能源市场上的占有率人不足10%，其市场渗透率依然很低。

很明显，我们现在迫切需要各种具有环境优势的新能源进入市场，而不能寄托于单独某种新能源扛起实现“能源转型”的大旗来。因为现在已经出现在市场上的核能、可再生能源、氢能等，没有哪一种是完全符合斯科特L.蒙哥马利先生给出的那6个条件的。如核能的安全性问题，风能太阳能的间歇性问题，氢能和核聚变能还处于实验阶段的问题。

现在，化石能源在全球一次能源结构中的占比还在80%以上，尽管这十年太阳能在发电中的装机和电量中的占比增长很快，但在整个能源结构中的占比还不足8%。当今的世界还是“石油时代”，石油还是第一大能源。能源转型的历史告诉我们，三百年来尚无任何一种基础能源的绝对使用量是在减少的，不仅没有减少而且都在增加。人类使用能源的总量在增加，新能源由于在安全、公平和可持续性上更有优势，仅仅在份额比重增加较老能源快一些而已。

David Fickling先生关于“中国新能源七子”可以比肩“欧美石油七姐妹”的分析只是给我们提供了一个观察能源转型的新视角。能源转型阶段性地把太阳能公司和石油公司联系在了一起，但我以为，石油公司和太阳能装备制造公司并不具备完全的可比性。

人类正在经历一场大的能源转型，尽管当前超过80%的能源供应都来自石油、天然气和煤炭，这与上个世纪末并没有大多的差别，而未来的世界则会日益依赖可再生能源。太阳能和风能开发被选为电力去碳化的实现路径。气候变化将会深刻影响未来全球的能源新版图。中美两个大国的竞争和合作都与这场从未经历过的能源转型密切相关。

上个世纪70年代的能源危机让美国人习惯了这样的思维方式：由于能源依赖进口，美国的能源供应体系是脆弱的。尽管页岩气革命是美国不经实现了能源独立，而且成为了重要的石油天然气出口国。这让美国的地缘政治影响力、能源安全以及外交政策的灵活性得到了很大的提高。然而，中国在可再生能源装备、电动汽车和储能电池领域制造能力的迅速崛起，大有在能源转型的全球竞争中扮演领导者的角色，在下一轮“技术革命”中赢得领先的地位。拜登总统和美国国会的政治精英们都声称不会让这种情况发生。对中国在可再生能源领域可能占据优势地位的忧虑正在取代几十年来他们对“石油供给安全”的担忧。

中国已经超越美国成为了世界最大的能源生产国和消费国，同时也是最大的温室气体排放国，不但对能源安全的忧虑始终没有减少，而且在减碳和实现碳中和方面更承受着前所未有的压力，所以在可再生能源领域也取得了些许的竞争优势，一种居于制造业产业链条完整、人力成本优势方面的竞争优势。中国政府对能源转型的认知是清醒的，对应对气候变化应该承担的大国责任也是明确和认真的。当然，对石油天然气主要依赖进口的严重的能源安全风险也始终高度警惕的。能源转型、俄乌战争正在重塑世界地缘政治大格局，在当下百年未有之大变局中，中美关系是最重要的国与国之间的关系，不仅仅局限于在能源转型领域的竞争与合作上。

2024年初，著名的能源专家瓦茨拉夫·斯米尔教授写了一篇近两万字的长文《从京都到2050 行程过半零碳目标几乎难以实现》，评估自京都议定书签订以来到2050年实现全球实现零排放进程的状态。

斯米尔教授是加拿大温尼伯曼尼托巴大学的杰出名誉教授，加拿大皇家学会（科学院）会员。截至 2023 年底，他已经出版或印刷了 50 本书（翻译成 35 种语言）和 500 多篇跨学科研究论文。《能源神话与现实》《能源转型》《能量与文明》《人人都该懂的能源新趋势》他是长放在我的案头，作为重要的参考书。他于 2022 年和 2023 年出版的最新著作是《世界是如何运作的》、《尺寸》、《发明与创新》和《材料与非物质化》。他的跨学科研究涉足领域非常广泛，包括能源、环境、食品、人口、经济、历史和公共政策。他是第一位获得美国科学促进会PUST（公众理解科学和技术）讲的外国人。

斯米尔教授认为：全球能源供应（包括传统的生物质能）的重建表明，化石燃料，以及后来的水电和核能，从 1800 年的仅 2% 上升到 2020 年的 95%（Smil，2016a）。两个多世纪过去了，第一次能源转型仍未完成。

由于广泛电气化经济的转换效率更高，到 2050 年，我们只需要更换 300 EJ，而不是当今化石燃料供应的 500 EJ，那么 85% 的任务仍然摆在我们面前。截至 2022 年，可再生能源仅供应约 45 EJ，而在过去 27 年中按比例计算，每年增加 1.7 EJ。但要到 2050 年消除化石碳，未来 27 年新增能源的新增需求必须平均每年增加约 9.4 EJ，这意味着每年的转型速度比过去 27 年快了近六倍。我们能否立即将我们的年度成就增加六倍（或“只是”五倍或四倍），并将这种增速水平保持到 2050 年？

斯米尔教授认为，第一次重大转变以基本的技术能力不断进步推动的，并创造了新的、富裕的、充满活力的社会。技术进步将仍是能源转型的重要推动力，尽管我们在技术上比 150 到 200 年前要好得多，但实现第二次能源转型的目标同样具有巨大的挑战性。

除了技术进步推动，资本投入推动是另一个重要驱动力。

2023 年底，国际能源署公布了对全球“清洁能源”投资的估计：能源转型的年度成本，2023 年接近 2.2 万亿美元（国际能源署，2023 年）。即使我们只能替代当今 60% 的化石燃料消耗，我们也应该增加大约六倍的投资，即每年约 13 万亿美元，以实现到 2050 年实现零碳。每年达到 15-17 万亿美元（考虑到预期的成本超支）似乎并不过分，到 2050 年，它再次使我们的总额达到 400-460 万亿美元，这一个合理的估算。目前全球对能源转型的成本是普遍被低估的。