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比尔·盖茨关于“碳中和”的十个洞见:带给世界的解决方案

 

 

比尔·盖茨是谁,就不必介绍了。打个比喻,只要比尔·盖茨一发声,人类“森林”的大小“动物”们,都会竖起耳朵来听。

 

这一阵子,读了盖茨先生的新书《气候经济与人类未来》(书名原文:Howto Avoid a Climate Disaster: The Solutions We Have and the Breakthrough We Need),才知道,盖茨先生过去数年一直花费大量时间精力致力于“气候变化与人类未来”的研究。准确地说,应该是美国的未来,因为书中的场景主要是针对并适用于美国。更准确地说,自盖茨先生2015年底参加巴黎气候变化大会后,就对气候变化、碳达峰与碳中和、“零碳”新经济等有了强烈的兴趣,并持续不断地向气候、环境、能源等领域的全球顶尖的科学家和专家们请教学习。书中透露,过去十多年,盖茨基金会也陆续投资了数家新能源、新业态、以及瞄准零碳经济的企业,有的获得了成功、有的完全失败。

 

正是盖茨对气候变化与“零碳”新经济强烈的兴趣,加之以谦逊的态度向学界业界专业人士请教,并结合自己投资零碳产业的操作经验,促使他不断总结自己的认识、辅以详实的数据和令人信服的解读,并于2021年初出版了他的这本新作。这也是盖茨先生第一本关于气候与能源转型的著作。作为全球科技信息界“教父”级人物,盖茨的威望和他过去数年对气候与能源转型的潜心研究,使得我们相信,《气候经济与人类未来》是一本独立的、权威的、大众的研究“碳中和”和“零碳经济”的著作。


这本书与一些气候组织、国际能源组织、相关国家政府、能源企业等“局中人”出具的报告和著作均不同。因为盖茨是“局外人”,相比“局中人”,大家更愿意相信一个顶尖的、权威的“局外人”的研究结果和看法。

 

透过此书,盖茨给我们奉献了关于“碳中和”和零碳经济精彩而又通俗的分析。本文归纳了盖茨先生的十个洞见,而这可能也是带给美国、乃至全世界的解决方案。

 

但在阐述这十个洞见之前,还是让我们看看本书提到的几个关键数据:510亿吨、370亿吨、100亿吨。其中,“510亿吨”是2019年全人类向地球排放的温室气体的量,370亿吨是当年的CO2的排放量,而100亿吨是其中的碳的总量。另外,全球温室气体排放量位居前五的行业(产业)从低到高分别是:生产和制造,以水泥、钢铁和塑料的生产为代表的制造业(水泥、钢铁和塑料号称工业化的三大基础性原料),其温室气体排放量约占全球总量的31%;电力生产与存储,比如燃煤和燃气发电,其温室气体排放量约占全球总量的27%;种植与养殖,也就是农业,约占全球总量的19%;交通运输,以重型卡车、海运货船和飞机为代表,约占16%;制冷和取暖,比如夏天的空调和冬天的取暖设施等,约占全球的7%。读到这里,很多人会问,温室气体排放的第一大来源不是化石能源吗?比如煤炭、石油和天然气。是的,化石能源约占全球总排放量的80%左右,但在盖茨先生这本书里,他特别强调,没有把化石能源作为一个产业看待,因为化石能源是上述五大产业的燃料和原料的主要来源。


洞见一:新冠肺炎疫情之后,气候灾难将成为人类面临的下一个危机。“到21世纪中叶(2050年前后),气候变化可能变得跟新冠肺炎一样致命。而到2100年,它的致命性可能会达到该流行病的5倍。”估计大家都觉得好奇,这个“5倍”是怎么测算出来的呢?因为新冠疫情和气候灾难可以说是风马牛不相及的两件事。

盖茨先生在书中是这样论证的,按照“每10万人口的死亡人数”这一世界公认的衡量某一灾情/疫情严重程度的“死亡率”统计标准,从1918年西班牙大流感一直到现在的大约一个世纪的时间长度计算平均值的话,可以估算出全球流行病死亡率是“十万分之十四”,即每年每10万人中约有14人死亡。

那么气候变化导致的死亡率如何呢?数据测算表明,整个21世纪,如果温室气体排放量继续维持在目前的高水平(每年500亿吨左右),则每10万人中,气候变化可能会额外造成75人死亡。换句话说,到2100年,气候灾难的致命性可能达到新冠疫情流行病的5倍。这就是5倍的由来。

 

洞见二:基于2019年的全球排放量(510亿吨)测算,要实现净零,理论上讲,即便是最高效的手段(从空气中直接捕获CO2)和最低的成本,全球每年至少需要投入5万亿美元才能实现。盖茨先生说,目前从空气中消除1吨CO2的成本(书中写的是1吨碳,但从前后文逻辑看,应该是1吨CO2),还无法完全确定下来,但清除每吨碳要花费200美元。即便能通过某种创新,将成本降低一半的话,那么也要100美元,这基本上是可以实现的。如此一来,就得到以下等式:

510亿吨/年×100美元/吨=5.1万亿美元/年

也就是说,只要人类还在按照目前的水平排放温室气体,那么如果利用直接空气捕获解决气候问题,则每年至少要投入5.1万亿美元,这相当于全球GDP的6%。明眼人一看便知,中国大约每年需要投入多少,才能消除空气中的碳。

而据一些咨询公司的数据,实际上美国经济所承担的消除每吨碳的成本是2600~3000美元,而欧盟高达4000美元以上。也就是说,实际的成本可能为我们所期望成本(100美元/吨)的25~40倍。人类能否承受如此规模巨大的投资,还真是个问题。


洞见三:能源转型是一个漫长的过程,因为“燃煤电厂和计算机芯片厂是不一样的”。能源转型不符合“摩尔定律”。清泉经常听到一些新能源汽车人士不无自豪地宣称:“新能源汽车的市场占有率别看现在只有2%左右,但燃料电池性能的提升速度符合摩尔定律,其增长速度是几何级的。”事实真是如此吗?盖茨先生给出了答案:“能源转型不符合摩尔定律!”

我们都知道摩尔定律——戈登·摩尔在1965年预测微处理器的能力每隔两年就会提升一倍。事实证明摩尔是对的,而摩尔定律也是计算机和软件行业一路腾飞的主要原因之一。比如,人们今天制造的计算机芯片上的晶体管数量大约是1970年的100万倍,因而其性能也强大了100万倍。

于是乎,很多人天然地认为,甚至对外宣传,人类在能源转型领域,特别是电动汽车和太阳能电池板,也可以取得同样的指数级进步。“遗憾的是,它们的确不能。”盖茨先生如是说。

为什么不能,因为我们无法通过技术突破让汽车的耗油量降到先前的百万分之一,实际上,从1908年世界上第一台T型车下线,直到现在,100多年过去了,燃油车的经济性只提升了不到3倍。再以太阳能电池板的性能提升为例,晶体硅(多晶硅)太阳能电池在20世纪70年代被引入时,其光电转换率约为15%,今天这个数值大概是25%,仅仅提升了66%。事实证明,虽然进展很大,但完全不符合摩尔定律。换句话说,如果电动汽车的经济性不能呈指数级增长,则别指望汽车保留量实现同等级别的增长。

 

洞见四:降低“绿色溢价”是能源转型能否成功的又一大关键因素,只有把绿色溢价降下来、并趋近于零,人类才可能大规模拥抱非化石能源。而降低绿色溢价关键在创新。何谓“绿色溢价”?盖茨现在书中是这样解释的:相比于化石燃料的解决方案,大多数“零碳”解决方案的成本投入更大,这些额外的成本,就是绿色溢价(Green Premium)。如果通俗一点来说,就是产生等量热值的情况下,使用非化石能源的成本费用比化石能源多出来的那部分。

比如,以生产和制造业为例,使用化石能源作为燃料或原料的情况下,每吨水泥的平均价格为125美元,那么采用碳捕捉技术(即把水泥生产过程中的碳通过某种技术和设施“捕捉和封存”起来)后每吨的价格为219~300美元,绿色溢价率高达75%~140%;那么钢铁和乙烯(生产塑料的原料)的绿色溢价率又怎样,书中透露,经过测算,分表达到16%~29%和9%~15%。看样子,水泥的溢价率最高。要知道,水泥是全球建筑业的基石,若全部采用“零碳”水泥,则全球的平均房价估计至少上涨30%以上。

降低绿色溢价的途径而且是唯一途径就是创新,主要是技术创新。通过技术创新,使得各个领域、各种产品的绿色溢价趋近于零,甚至达到负值,只有这样,才能吸引人们使用零碳材料、零碳产品。


洞见五:“要么不下雨,要么倾盆大雨”。温升1.5摄氏度和2摄氏度,看上去只是0.5度的差别,只是上升了33%,但其给人类社会带来的破坏效应却不止增加33%,而是100%。我们知道,2015年巴黎气候大会上确定了到本世纪末温升1.5摄氏度和2摄氏度的两种情形,并指出无论如何要避免出现温升2摄氏度的情形。为何?盖茨在书中做了解释。

“可能大家觉得1.5度和2度之间没有太大区别,但气候学家对这两种情形进行模拟运行后得出的并不是好消息。在很多方面,全球升温1.5度和2度所造成的影响远不是33%的差别,而是近100%。与升温1.5度相比,在升温2度的情况下,受清洁水短缺影响的人口数量将翻一番,在热带地区,玉米将减产50%。”盖茨在书中这般强调。

这就是“要么不下雨,要么倾盆大雨”的哲学道理,这也是巴黎气候大会要求死守1.5摄氏度的原因所在。

 

洞见六:如果没有颠覆性创新,化石能源很难退出历史舞台,因为化石能源还是太便宜了,能量密度太高了,供应量太充足、太稳定了,也相对安全。盖茨以石油为例,说明了化石能源价格低廉的程度——比同体积的矿泉水和各种软饮料便宜多了。

目前,全球每天大约消费1亿桶的石油(全年约50亿吨)。无论是哪种产品,在如此庞大的规模下,人类都不可能在一夜之间停用。

更重要的是,化石燃料之所以无所不在,背后有很好的理由支持——价格低廉。实际上,最近几年,石油在全球绝大部分地区已经比水和饮料都便宜。“我第一次听到这个说法是,还不敢相信,但这是真的。”盖茨先生如是说。他在书中给我们测算了一下:在美国,2020年下半年,每桶石油的平均价格约42美元,相当于每加仑(约3.8升)1美元。而同一时期,在Costco超市(美国大型连锁超市之一),8升装的苏打水的售价是6美元,折算下来,相当于每加仑2.85美元。远高于石油的售价。

而且,非化石能源的能量密度太低。这是不争的事实。以锂电池为例,盖茨先生在书中写道,“同等重量下,目前最好的锂电池存储的能量是汽油的1/36。换句话说,要获得1加仑汽油的能量,需要相当于36加仑汽油重的电池。

至于供应充足和稳定,清泉这里不再赘述。美国页岩革命的成功、以及深水和超深水的突破,使得全球近年来的石油供应一直处于宽松状态。

换句话说,要想如期实现“碳中和”,进入零碳经济时代,摆在人类面对的道路就两条:一是通过创新将非化石能源供应和电气化的成本降下来,降到与化石能源同等水平、甚至更低;二是通过收取碳税等方式,变相提升使用化石能源的环境成本,使得利用化石能源变得“昂贵”。可能最终这两种途径必须同时发力,单靠一头难以实现净零目标。


洞见七:能源转型的关键是“电气化”,一方面要提升终端消费的电气化水平,另一方面要降低发电原料的非化石比例。2019年,国家电网公司提出了到2050年实现“两个50%”的重要判断,即“2050年我国能源清洁化率(非化石能源占一次能源的比重)达到50%和终端电气化率(电能占终端能源消费的比重)达到50%”,引发社会广泛关注。国家电网的思路与盖茨先生在本书中的观点基本相符。

截至目前,我国的终端电气化率仍不到20%,离50%的目标尚有很大距离。

要实现尽可能高的电气化,而且是清洁的电气化,按照盖茨先生的论述,在发电侧,要生产“零碳”电力。生产零碳电力的方式目前有这么几种:一是核能,包括核裂变和核聚变。目前,人类只掌握了核裂变技术,可控核聚变技术人类尚不掌握。而后者释放出的能量几乎是无限的。“在核聚变中,常用的氢可以从海水中提取,其储量足以满足全球数千年的能源需求。”但在实践中,形成核聚变异常困难,盖茨调侃道,在核科学家中流传着一个经典的笑话:“距离核聚变还有40年,而且永远都是40年。”二是海上风电,2019年,全球海上风电的装机容量所占的比例非常小,只有区区0.4%左右。三是地热发电。目前全球的地热发电进展缓慢。

在储电侧,盖茨介绍了这样几种储电方式:电池、抽水蓄能、热能存储和廉价氢气。

 

洞见八:产生CO2的五大产业从高到低的排序分别是生产和制造、电力生产与存储、种植与养殖、交通运输、制冷和取暖,有效降低这五大产业CO2排放的关键一招分别是:电力储存(以储能电池为代表)、生产制造工艺的电气化、停止砍伐、绿色或零碳出行、以及发展绿色建筑。前文已经介绍了以上五大产业所释放的温室气体量占全球总量的比例。全球所有的温室气体排放都可以归纳到这五大产业领域中去。

降低这五大产业领域中的CO2排放量,唯一的办法就是不断的投入、不断的创新。比如,书中写道,生产和制造业实现净零排放的路径大致是这样的:一是尽可能实现所有工艺的电气化,这需要大量的创新;二是从已经“脱碳”的电网中获取所需电力,这同样需要大量创新;三是利用碳捕捉装置吸收剩余的排放,这更需要大量创新;四是更有效地使用材料,这也离不开大量的创新。


洞见九:实现能源成功转型和零碳世界需要技术、政策和市场“三管齐下”。其中技术的背后是投资和创新,政策的背后是政府的角色扮演和政策导向,市场的背后是供给侧的投资导向和需求侧的消费倾向。

盖茨先生强调:“市场、技术和政策就像是三根杠杆,可以用来帮助我们摆脱对化石能源的依赖。我们需要三管齐下,而且是朝着同一方向用力”。

他进一步说,如果只是出台了一项政策,比如为汽车设定零排放标准,却没有消除碳排放的技术,或者根本就没有公司愿意投资生产和销售符合这一标准的汽车,那么该政策并没有多大意义。如果你拥有低排放的技术,比如从燃煤电厂的废气中捕获碳的设备,却没有通过财政激励措施来鼓励电力企业使用这项技术,那么也没有多大意义。如果行业竞争对手在化石燃料产品的销售上享有价格优势,则很少会有改善下注开发零排放技术。盖茨从上述三个角度论述了技术、政策和市场相互协同的重要性。

 

洞见十:“在2030年前减少排放”和“在2050年前实现零排放”的目标貌似一致、相辅相成,但实际上,如果措施不当,这两者将存在这无法逾越的鸿沟。盖茨特别强调,“若在2030年之前以错误的方式减少排放,那么它很有可能会阻碍我们实现净零排放的目标”。为什么?“因为在2030年前减少排放和在2050年前实现零排放是截然不同的两件事,这实际上是两条不同的路径,有着不同的成功衡量标准,所以我们必须在它们之间做出选择。”

盖茨以天然气为例进行了说明。如果在2030年前减少一定量的碳排放是衡量成功的唯一标准,则燃气电厂取代燃煤电厂就会有相当大的诱惑,毕竟这会显著减少温室气体排放。但天然气发电对2050年实现净零目标于事无补,因为天然气也是化石能源,而且大多2030年前新建的燃气电厂,到2050年仍处于运营状态,甚至很多连成本尚未回收,难以被取代。

不得不承认,盖茨以上的分析在理。但是,就技术获得性与成本低廉方面,发展天然气和燃气发电依然是个不错的选择,尤其对于像中国这样的发展中大国而言。因为一步到位的经济代价、政治代价和社会代价均十分巨大。


以上是清泉通过通读该书归纳的盖茨先生的十个洞见,可能挂一漏万,不免有偏颇之处。要想全面了解盖茨先生的想法,最好的方式还是买一本来读读。

 

总之,气候变化与环境问题是人类未来数十年面临的最大挑战之一。我们需要迎难而上,需要把工作重点放到难啃的骨头上:电力存储、清洁燃料、清洁水泥、清洁钢铁和清洁肥料等。这就需要一种不同的政策制定方法,除了部署现有的工具,还要加大关键领域的研发力度,深入开展技术攻关和成果转化。正如盖茨所说:“要想在2050年之前实现零排放目标,需要在2030年之前确定政策和市场结构。”

 

另外,在解决气候变化和实现“碳中和”问题上,必须践行“共同但有区别的责任”原则,即发达国家先行、新兴国家紧随其后、广大发展中国家跟上。发达国家“一视同仁”地要求发展中国家在同一时间实现“净零”,是不科学、也是不公平的。正如盖茨先生在本书的末尾强调的:“富裕国家在2050年之前实现零排放,中等收入国家在2050年之后尽快实现零排放。”

 

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