文献阅读 | 我国碳排放提前达峰的空气质量和健康协同效益

题目

Air quality and health co-benefits of China’s carbon dioxide emissions peaking before 2030

作者

Rong Tang, Jing Zhao, Yifan Liu, Xin Huang, Yanxu Zhang, Derong Zhou, Aijun Ding, Chris P. Nielsen & Haikun Wang

期刊

Nature Communications

时间

23 February 2022

一作

单位

Joint International Research Laboratory of Atmospheric and Earth System Sciences, School of Atmospheric Sciences, Nanjing University, Nanjing, 210023, China

链接

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28672-3

摘要

        中国的碳排放可能会在2030年之前达到峰值，然而提前达峰带来的社会和经济影响很少被评估。在此，本研究重点关注不同碳减排途径的经济成本和健康效益，同时考虑到可能的社会经济路径和不同的气候政策。本研究发现，在1.5℃目标下，在2030年之前提前达峰可以在2030年和2050年分别避免约11.8万和约61.4万的PM2.5相关的过早死亡人数。在2℃的目标下，2050年健康协同效益可抵消碳减排成本，带来3930-30170亿美元的净收益（按2017年美元价值计算）。

引言

本研究应用综合评估框架（图1）评估了不同碳减排路径下的空气质量和健康协同效益。本研究发现，在中国实施气候政策将减少与PM2.5相关的死亡率，并产生巨大的健康协同效益，特别是在长期。气候政策越严格，所带来的健康效益就越大。从长期来看，健康的协同效益可以完全抵消碳减排的成本，直到2050年。然而，仅靠气候政策的协同效益不足以实现中国的空气质量目标，也不足以在2050年前避免与PM2.5相关的健康负担的增长，特别是考虑到人口老龄化的加剧。

       本研究考虑了结合社会经济发展特征和气候政策目标的九种情景，分别以共享社会经济路径（SSPs）和代表浓度路径（RCPs）表示。

图1：研究框架

表1：情景设置

研究结果

        在中国，工业和电力是两个主要的二氧化碳排放源。调整能源结构是减缓中国二氧化碳排放的关键。在SSP1路径下（即SSP1_RCP1.9）要实现1.5℃的目标，2030年化石燃料在一次能源总量中的占比将从SSP1_REF的91.6%下降到SSP1_RCP1.9的83.8%，2060年将从85.2%下降到42.9%。而在SSP1_RCP1.9下，生物质燃料和非生物质可再生能源（如太阳能和风能）的份额在2060年将分别增加到24.1%和31.4%。在SSP2_RCP1.9和SSP5_RCP1.9情景下，非化石燃料（如生物质燃料和核电）的规模也会有很大提升。此外，大量部署碳捕获和储存（CCS）似乎是一个必要的步骤，特别是为了在未来实现更严格的气候目标。对于SSP2和SSP5情景，到2050年，用于发电和工业的化石燃料（约98%）和生物质燃料（约92%）产生的大部分二氧化碳排放将被捕获和储存。

在严格的气候目标下，迅速从化石燃料转向零碳或低碳能源，并增加CCS的使用，将导致碳排放量的大幅减少。如图2所示，在所有分析的减缓情景下（即RCP2.6和RCP1.9），中国的二氧化碳排放量将在2030年或之前达到104.23-155.00 亿吨的峰值。在1.5°C情景下（RCP1.9），峰值将提前出现，大约在2020年（106.45~119.01亿吨二氧化碳/年）。

图2：碳排放达峰年份与碳强度

      实施气候政策以减少二氧化碳的排放将在中国产生减少空气污染物排放的协同效益（图3）。除氨气（NH3）外，空气污染物的排放随着气候政策的严格化而减少，二氧化碳的排放也随之减少。但不同污染物种类的降低水平不同，主要反映了它们的具体部门来源（图3）。例如，由于能源使用是二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）和二氧化碳排放的主要来源，减少煤炭消费等二氧化碳减排措施带来了SO2和NOX排放的大幅协同降低。由于挥发性有机化合物（VOCs）、黑碳（BC）和有机碳（OC）的主要排放源与二氧化碳的主要排放源并不重叠，因此，二氧化碳减排对其排放的协同效益不如二氧化硫和氮氧化物的排放那样显著。在中国，土地利用（包括农业）几乎产生了所有的NH3排放（>99%），因此在情景中几乎不受碳减排政策的影响。事实上，除了伴随经济发展而不断增长的粮食需求外，在所有气候政策情景中（包括RCP2.6和RCP1.9）都需要大量的生物质燃料；由于对氮肥的需求和应用增加，两者都导致了氨的排放增加（图3）。

图3：2010-2050年CO2、NH3、NOX和SO2的排放趋势

2015年，中国的PM2.5的人口加权浓度（PWC）为53.0μg/m3。相对于REF情景，不同气候政策的实施将导致不同程度的PM2.5改善（见图4a）。例如，SSP1_RCP1.9情景中的PWC-PM2.5在2030年为50.9μg/m3，比SSP1_REF情景低2.1μg/m3（图4b），而在2050年将下降到43.4μg/m3，低5.1μg/m3（图4c）。在相同的社会经济路径（SSP）下，RCP1.9情景下的PWC-PM2.5比RCP2.6情景下的更低。这意味着更严格的气候政策不仅会降低更多的二氧化碳排放，而且会带来更大的空气质量改善。在2050年，SSP1_RCP1.9的PWC-PM2.5比RCP2.6情景下低3.5μg/m3。

     然而，仅靠气候政策对空气污染的协同效益是有限的。在SSP1_RCP1.9情景下，2050年中国仍将有约7.78亿人暴露在年平均PM2.5浓度超过35微克/立方米的环境空气中，不符合"美丽中国 "战略中宣布的最新空气质量目标。气候政策的协同效益不足以实现中国的空气质量目标，这还需要加强空气污染控制政策。

图4：不同情景下气候政策带来的PM2.5浓度的变化

     2015年，中国因PM2.5暴露而过早死亡的人数估计为244.19万（95%CI，205.2-280.91）。在2030年，增长到360-390万，在2050年增加到640-750万。本研究发现人口老龄化是增长的主要因素。

图5：由GEMM_NCD+LRI估计的2015年、2030年和2050年的PM2.5暴露导致的特定年龄死亡率

 尽管如此，与没有气候政策的情景（SSPx_REF）相比，除了上一节讨论的2030年的SSP1_RCP2.6之外，气候政策的实施将通过减少所有省份与PM2.5相关的死亡率而产生可观的健康协同效益（图6）。而且，气候政策越严格，它所带来的健康效益就越大。例如，到2030年和2050年，SSP1_RCP1.9的PM2.5相关死亡人数分别比SSP1_RCP2.6低3.7%和6.1%（图6c和e）。此外，从长远来看，气候政策的健康协同效益往往会增加。例如，在2030年和2050年，SSP1_RCP1.9中与PM2.5相关的死亡人数比SSP1_REF中的死亡人数分别减少3.2%（11.8万人）和8.7%（61.4万人）（图6b和d）。除了由于上述原因造成的长期PM2.5浓度的更大减少外，人口的持续老龄化加剧了PM2.5暴露的基线死亡风险。

本研究的分析表明，二氧化碳减排政策带来的健康协同效益可以完全抵消长期的减排成本，直到2050年（表2）。与REF方案相比，SSP1_RCP2.6和SSP5_RCP2.6在2050年将分别产生3930亿和30170亿（按2017年美元价值计算）的净效益，相当于中国2050年GDP的0.45%和2.77%。减排成本来自全球变化分析模型（GCAM），这是一个基于理论碳税收入的减排的福利损失的近似值，指的是直接减排成本，如新电厂和CCS技术的成本，但不是GDP或消费损失方面的全部宏观经济成本。气候政策下的空气污染物排放的协同减少也可以引起污染控制的成本节约，这是气候政策的一个额外的协同效益，没有包括在本研究中。

图6：在SSP1路径下PM2.5致死率和通过气候政策避免的致死率

表2：成本效益分析

本研究的结果意味着，可持续的、低碳的社会和经济发展道路（SSP1）将以可承受的成本为中国带来巨大的环境和健康效益，特别是在长期内。尽快实施气候政策，特别是能源结构的去碳化和在工业和电力部门应用CCS，不仅可以确保实现中国NDC中设定的减排目标，还可以在空气质量、公共健康和经济方面带来更多的净协同效益。然而，仅仅依靠这种气候政策的空气污染协同效益不足以避免中国与PM2.5相关的死亡率增长，还必须采取其他措施，包括进一步加强常规污染控制，用替代建筑材料绿化基础设施，以及设计城市以鼓励低排放的生活方式。

增加生物质燃料份额的气候政策可能会与不断增长的粮食需求相矛盾，增加化肥的使用，从而增加NH3的排放，可能会加剧一些地区的PM2.5污染和相关健康负担。应采取措施有效控制NH3排放。这些措施可以包括提高施肥的氮气利用效率和优化农业经营规模。这也可以减少另一种温室气体N2O的排放。根据对复杂的空气污染形成机制（包括排放、大气传输和二次化学）的进一步了解，未来的政策分析也应更加重视减缓气候变化和空气污染控制之间的协同作用和权衡。只有通过协调控制空气污染和碳排放的政策，政策制定者才能使总收益最大化。

编辑：刘晓瑞

排版：刘晓瑞

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