迈向2050净零能源的未来 | One Earth11月刊编辑精选
地球科学
Earth science
力所“能”及
照明、烹饪、取暖、制冷、生产、运输、建筑、农业。试问，在现代社会，有哪一个行业可以离开能源而存在。在过去的两个世纪里，能源使用一直和GDP相互锁定，成为了经济发展的晴雨表。就历史而言，“能源创造财富”似乎是一条真理。但当我们所消耗的大部分能源来自于化石燃料时，就像工业革命开始以来的情况一样，能源在创造财富的同时，也带来了污染、不平等和不公正。如今，我们所消耗的能源仍有85%来自煤炭、石油和天然气，贡献了全球75%的温室气体（GHG）排放、导致气候变暖、极端天气以及每年数百万人的死亡。能源创造财富，但代价是什么？毫无疑问，如果我们要达到巴黎协定1.5摄氏度的温度目标，并减缓所涉及的根深蒂固的社会不公正现象，我们必须迅速彻底地让能源系统脱碳。然而，在一个能源获取对维系基本社会经济服务、推动经济发展、并让仍生活在水深火热中的7亿人极端贫困人群仍然至关重要的世界，向净零能源的未来转型并非易事。
今年早些时候，国际能源机构（IEA）发布了一份具有里程碑意义的报告。该报告首次为全球能源系统勾勒了一个行业级的2050年净零排放路线图。该指南旨在引导世界通过改变我们生产和消费能源的方式，摆脱对化石燃料的依赖。路线图的动机是将全球气温上升限制在1.5°C以内，它列出了不少于400个里程碑，以鼓励逐步实现全行业的净零排放。路线图明确了首要优先事项：停止投资任何新的化石能源项目，到2050年将化石燃料对全球能源结构的贡献减少到20%。其次，需要确保全球90%的电力来自可再生能源，并确保太阳能光伏和风能分别增长20倍和11倍。对于工业、交通和建筑等难以减排的行业，国际能源署将能源效率列为关键解决方案，这表明在未来十年内，能源效率的提高应该提高三倍，同时还需要广泛应用新技术，包括碳捕获和储存（CCS）封存残余排放物的技术。
毫无疑问，这一路线图勾勒出了一幅雄心勃勃的蓝图。国际能源署的净零排放途径不仅比政府间气候变化专门委员会（IPCC）更雄心勃勃，且在技术上谓之可行。事实上，能源转型的迹象无处不在。自2010年以来，风能和太阳能光伏成本大幅下降，使其融入全球电力结构的成本增加了5倍。即使是在全球大流行的艰难环境下，当全球经济趋向于回归传统经济时，对可再生能源的需求仍在继续增长。全球道路运输车队也在经历转型，仅在2020年，电动汽车销量就增长了41%。然而，净零的旅程才刚刚开始，还有一些障碍。即便纳入水电和核能等其他非化石能源，非化石能源仍然只占全球能源结构的16%，与国际能源机构规定的80%相去甚远。在缺乏清洁能源的情况下，建筑、交通和建筑行业与能源相关的排放量继续攀升，而捕捉残余排放所需的传说中的CCS技术仍处于初级阶段。我们要开始净零能源转型了吗？连接近都说不上。
限制可再生能源增长的一个主要障碍是持续不断的化石能源补贴。尽管2019年G20集团在可再生能源方面的投资超过2500亿美元，但同年用于补贴化石能源项目的金额几乎是前者的两倍。正如van Asselt和Skovgaard在这一问题上所评论的那样，尽管这些补贴的改革已经在国际承诺中作出承诺，但在关键问题上的含糊不清的信息，例如何时应该实施这些改革以及应该实施什么样的改革，正在拖延行动。
还有人担心，蓝氢所谓的“桥梁”技术正在为碳密集型能源注入新的活力。长期以来，氢一直被许多人视为未来净零能源组合的重要组成部分，有可能缓解包括运输在内的难以缓解的部门对化石燃料的依赖。然而，氢能源的色彩盘中有许多颜色，但并非所有颜色都能确保零碳。今天，绝大多数氢（>99%）是黑色和灰色的，即由化石燃料产生。包括英国和美国在内的多个国家政府最近承诺为蓝色氢气开发提供资金（基本上是黑色/灰色氢气与CCS技术相结合）。正如Rosenow和Lowe本月所讨论的那样，人们担心蓝色氢气的投资可能会重蹈清洁煤的覆辙，而清洁煤好像另一种特洛伊木马，会导致进一步的碳锁定。但也有不少人认为蓝色氢是迈向无排放绿色氢的必要步骤。
CCS是另一种长期存在分歧的技术。许多人坚持认为，CCS只不过是一种危险的干扰，转移了人们对所需快速减排的注意力。但如果没有将CCS作为脱碳方案的重要组成部分，在本世纪末实现限制1.5摄氏度的温度上升恐怕只是黄粱一梦。国际能源署和政府间气候变化专门委员会的脱碳路线图在很大程度上依赖于CCS技术的部署，以在本世纪中叶减少剩余排放量，并实现净零排放。不幸的是，正如Martin Roberts等人在一次审查中发现的那样，失去CCS投资、评估和部署的十年可能只会导致2050年所需的CCS程度只能完成10%。
对以化石燃料为驱动力的经济动车制刹绝非易事。尽管政策、技术和投资解决方案可以解决上述诸多障碍，但仍需考虑其他挑战。全球能源体系转型不仅必须快速，而且必须公平。正如本月在与Srivastava和Srivastava的问答中所讨论的印度净零未来路线所述，化石燃料的逐步淘汰会影响就业机会、地区发展、公共收入、金融部门的稳定以及整个国家的福祉。因此，对新兴经济体和发展中国家的能力建设、投资和政治支持至关重要。
IEA的最新报告《2021年世界能源展望》清楚地表明，政府宣布的承诺与实现对所有人都有利的净零未来所需的行动之间存在着明显的差异。在撰写本文时，第26届气候变化缔约方大会（COP26）已进入第二周，全世界都在关注。在未来二十年内停止投资新的燃煤发电厂和淘汰旧电厂的新承诺显示出了希望，但如果我们要使化石燃料与经济发展脱钩，并开始一个有益于社会的清洁和有弹性的转型，必须要做出更大的承诺。
One Earth 11月刊已于11月19日上线
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我们特意为大家精选了发表在 One Earth 2021年11月刊的19篇文章，供大家详细了解。
声音：货运的净零未来
通过航空、航运和重型卡车的货运在经济发展中起着至关重要的作用，但也占全球温室气体排放量的近10%，随着新兴经济体和市场的发展，温室气体排放量可能进一步增加。这种声音问道：我们如何才能促进向净零运费的过渡？
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评论文章：净零的下一步是什么？
净零碳排放的承诺正在增加。还需要更多，但当前的挑战是开始落实承诺。这篇评论强调了五项战略干预措施，它们有助于释放净零所需要的系统性变化。
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评论文章：改革化石燃料补贴需要一种新的方法来设定国际承诺
化石燃料补贴改革是缓解气候变化的明智选择，但政府对化石燃料生产和消费的支持仍然很高。考虑到气候影响和改革的可行性，可以通过区分不同的补贴来加强逐步取消化石燃料补贴的国际努力。
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评论文章：蓝色氢会把我们永远锁在化石燃料中吗？
蓝色氢作为脱碳的一种手段，已被化石燃料公司大力推广，并受到决策者的高度重视。有一个重大的风险，即蓝色氢将无法兑现其承诺，并可能将社会锁定在持续的温室气体排放中。
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评论文章：为所有人追求净零碳未来：商业房地产部门的挑战
商业房地产行业在实现净零碳目标方面既面临机遇，也面临挑战。成功的低碳战略依赖于组织决策，包括不同利益相关者群体之间的合作。并非所有的房东和租户都是平等的，因此一个关键的挑战将是激活整个行业的变革。
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评论文章：管理钙钛矿的环境风险
钙钛矿型太阳能电池可能会在我们迈向净零碳的道路上带来巨大的进步。然而，为了充分发挥其可持续性潜力，我们必须解决钙钛矿技术中使用有毒铅对土壤、生态和人类健康造成的风险。
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问与答：印度净零能源未来：对话Aman Srivastava and Leena Srivastava
政策研究中心研究员Aman Srivastava博士和国际应用系统分析研究所（IIASA）科学副总干事Leena Srivastava博士最近与“一个地球”就印度净零能源转型的挑战和机遇发表了讲话。Aman和Leena表达的观点只是他们的观点，而不是政策研究中心或IIASA的观点。
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前瞻文章：不让任何城市公民掉队：部署可持续发展目标的城市平等框架
全球城市居民正经历着COVID-19危机加剧的系统性和交叉性的不平等。在这方面，联合国可持续发展目标（SDG）在指导可持续、公平的城市规划和发展方面发挥着关键作用。但目标之间的长期矛盾、孤立的方法或实施的复杂性意味着SDG本地化可能无法实现“不让任何人掉队”的变革目标。从这个角度来看，我们为通过2030年议程动员“城市平等”提供了一个实际框架。我们对17项可持续发展目标中的“城市”和“平等”参考之间的交叉点以及相关目标和指标进行了内容分析，提出了加快城市平等议程的四个关键领域。提出这一框架的目的是通过城市平等视角确定动员可持续发展目标的明确机会，并形成进一步的研究、政策和实践，以确保我们“不让任何城市公民掉队”
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前瞻文章：城市化和农业生物多样性：利用可持续发展的关键关系
不断扩大的城市化影响到粮食生物多样性和更广泛的农业生物多样性，它们是可持续发展的基本营养和生态系统资源，但在全球受到威胁。城市化与农业生物多样性相互作用的日益重要的联系尚未得到系统的研究。在这里，我们设计了一个跨学科的视角，以确定和理解农业生物多样性在四个主要联系中的双向互动：城市和城郊土地利用、城市食品供应链、城市食品获取和城市食品零售。在全球城市化进程中，农业生物多样性在不同程度上是明显的，而不是先前假定的总体不相容性或未指明的部分相容性。一个拟议的概念框架用于假设这些联系如何在不断扩大的城市化过程中创造支持农业生物多样性的组合条件配置。这些关键条件包含了城市化与农业生物多样性关系的杠杆点，有助于解决营养不安全和重要环境功能的政策。我们得出结论，城市化与农业生物多样性的关系是加强可持续发展和粮食系统的跨学科研究的一个重要新重点。
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综述文章：碳捕获和储存失去的十年
在具有里程碑意义的2015年联合国巴黎协定之后，越来越多的国家承诺向净零排放过渡。碳捕获和储存（CCS）一直被认为可以直接解决能源和工业部门的排放问题，是实现净零排放计划的重要组成部分。然而，尽管这项技术至关重要，而且迄今为止进行了大量的研究和开发，但CCS的部署进展缓慢。本审查审查了过去十年中的部署工作。我们发现，设施的部署必须从目前的水平大幅增加，要最大限度地将二氧化碳储存在巨大的地下储量中，还有很多工作要做。按照目前的部署速度，到2050年，二氧化碳储存能力预计将达到每年7亿吨左右，仅为所需量的10%。除非全球协调努力并迅速改变政策，否则通过CCS雄心壮志实现净零目标似乎不太可能。
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原创研究：可再生能源的成本降低会大大削弱碳捕获和储存在缓解途径中的价值
可再生能源技术的成本在过去十年中急剧下降，未来可能进一步下降。虽然可再生能源将在减少排放方面发挥主导作用，但尚不清楚其不断下降的成本是否使碳捕获和储存（CCS）等其他解决方案变得不必要。我们深入探讨了风电和太阳能成本降低如何影响CCS对决策者的作用和价值。可再生能源的成本降低会使CCS的价值降低15%-96%，具体取决于所考虑的能源系统部门。因此，由于可再生能源的成本降低，CCS对决策者的价值降低。尽管如此，CCS在工业脱碳和从大气中去除二氧化碳方面仍有价值，因此应优先考虑有针对性地部署CCS。进一步的研究可以使用更广泛的可持续性指标（如土地、材料和健康影响）来评估CCS的价值。
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原创研究：1980年至2014年间，中国城市居民能源转换预防了220万人过早死亡
中国能源使用量正在迅速变化，而且鉴于中国碳中和的目标，这种趋势有望继续。尽管城市居民部门仅占中国能源消费总量的一小部分，但由于燃煤产生的细颗粒物（PM2.5）排放，它仍然会对人类健康产生重大影响。由于城市居民区越来越多地采用相对清洁的能源（如天然气替代煤炭），从1980年的2%增加到2014年的71%，因此避免了因暴露于PM2.5而导致的220万过早死亡。然而，由于人口快速增长、城市化、老龄化和背景死亡率的变化，同期过早死亡人数仍从136000人增加到202000人。这对于制定战略路线图以实现中国和其他国家住宅部门的健康-气候共同利益是一个宝贵的教训。
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原创研究：世界上最大的海洋保护区因气候变化而产生的新环境条件
海洋覆盖了地球表面70%以上的面积，为我们提供了从食物和能源到文化资源和身份的商品和服务。然而，气候变化威胁着这些海洋带来的好处。气候变化正在把曾经熟悉和稳定的海洋环境变成陌生和新奇的环境。这些变化甚至可能严重到足以破坏为保护海洋所做的许多工作。这项研究调查了气候变化对海洋和最大海洋保护区的时间和影响。我们表明，大部分（高达87%）的海洋将具有新的条件，我们调查的几乎所有海洋保护区（97%）也将如此。这些新的条件可能导致文化和经济上重要的物种迁移或灭绝。了解这些变化发生的时间、地点和方式有助于为跨时空连接人们的海洋和气候政策提供信息。
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原创研究：生物多样性保护和粮食生产的综合空间规划
我们评估了到2030年，三种替代性全球保护战略在多大程度上有利于陆生哺乳动物和鸟类物种保护，并影响全球粮食需求。我们发现，我们必须管理地球60%以上的地表进行保护，以防止大多数哺乳动物和鸟类灭绝。为了实现这一目标，世界上8%-11%的退化自然栖息地应该恢复到自然状态。如果同时规划和实现生物多样性和粮食生产目标，这几乎不需要农业生产成本。我们的分析支持采用2020年后全球生物多样性框架行动目标1的必要性，即确保“全球所有陆地和海域都在综合生物多样性包容性空间规划之下，解决陆地和海洋使用变化，保留现有完整和荒野区域。”
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原创研究：1970年至2016年间，73个国家的能源系统脱碳和生产率提高降低了二氧化碳排放与经济增长的耦合
由于担心对经济增长产生负面影响，气候政策无法实现巴黎协定的温度目标。然而，学术文献在经济增长对气候缓解的影响以及各种缓解机制对二氧化碳减排的有效性两方面都存在分歧。在此，我们调查了1970-2016年间73个国家的二氧化碳排放量与经济增长之间的关系。我们发现，如果没有缓解机制，排放量确实会以与经济相同的速度增长。然而，能源系统脱碳、电气化、经济生产率提高、非工业化和冬季变暖这五种机制被确定为成功地减少了190亿吨的排放量，主要是在经济增长期间。然而，观察表明，只有能源系统更迅速地去碳化，才能在保持经济增长的同时实现符合巴黎协定的减排率。
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预览文章：清洁能源研究和创新领域走向净零的趋势
“净零”是一个广泛的、多方面的、快速增长的研究领域，专注于实现清洁能源的未来。一份新的来自于爱思唯尔的基于证据的报告揭示了这一领域在过去二十年中是如何发展起来的，全球研究格局的特点，以及未来的努力方向。
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预览文章: 从零散到系统：实现撒哈拉以南非洲医疗设施、家庭和企业的离网电气化
电气化差距极大地阻碍了撒哈拉以南非洲的医疗服务提供。在最近的一篇Joule文章中，Moner Girona等人表明，用太阳能离网系统给未连接的医疗设施通电是可行的，而且成本效益高。在这里，我将讨论实施和快速扩展集成离网太阳能解决方案以实现可持续发展所需的关键设计、运营和有利环境特征。
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预览文章: 在一个公正的过渡中，碳捕获和储存是否有作用？
碳捕获和储存（CCS）仍然是气候政策中一个两极分化的问题。在最近的一篇One Earth综述文章中，Martin Roberts等人研究了CCS未能兑现早期承诺的原因，以及它如何帮助缓解气候变化。在这里，我综合了他们的发现，并讨论了公正过渡的含义。
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视觉地球：呼吸
人类面临的一个核心挑战是重塑我们与生活世界其他部分的关系。现在活着的一切都沉浸在地球的大气层中。通过呼吸的行为，我们不断地更新我们与一个将生命生物圈团结在一起的领域的关系。呼吸是Magic Leap设备的多感官混合现实体验，根据参与者的动作和呼吸模式实时生成视觉和音乐。在2019冠状病毒疾病爆发前，地球的大气层中的参与者沉浸在故事中，以及它是如何变化的，并将你日常呼吸的日常体验重新作为一个直接的直接联系，来连接我们居住的复杂的生活世界。可以在此处观看Breathe项目的预告片：https://www.youtube.com/watch?v=8-pVNx5rpgg
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One Earth
Volume 4 Issue 11
Nov 19, 2021
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