“地球工程”作為減緩氣候變化手段的幾個關鍵問題

潘家華

(中國社會科學院城市發(fā)展與環(huán)境研究所，北京100005)

“地球工程”作為減緩氣候變化手段的幾個關鍵問題

潘家華

(中國社會科學院城市發(fā)展與環(huán)境研究所，北京100005)

減緩氣候變化可以在大的地理尺度上以工程技術手段來實施。地球工程包括所有能源生產和消費以外的、不涉及工業(yè)生產過程管理的，在較大的地球尺度或規(guī)模上，去除大氣中的CO2或直接控制太陽輻射而降溫的各種人為的工程技術手段，主要包括三大類:綠色生物技術手段、碳捕獲與埋存技術和太陽光輻射額度控制管理技術。這一類地球工程手段有著一系列經濟、技術、環(huán)境、倫理、安全和不確定性含義。本文就近年來國際上關于地球工程作為減緩氣候變化可能技術選擇的幾個關鍵問題開展了分析和討論，涉及概念界定、技術特點、可能影響、治理構架等。作者認為，對于直接作用于碳的地球工程手段，如綠色生物技術手段和碳捕獲與埋存技術，風險小、可操控;太陽光輻管理技術，通過人為排放到大氣的SO2和氣溶膠等的降溫效應，來控制地球氣溫的上升，盡管使用的經濟成本可能不高，具有實際操作可能，但其巨大的不確定性和可能的安全含義，需要引起足夠的重視。從倫理上看，當代人是否有權來開展太陽光輻管理技術這類具有巨大科學不確定性的地球工程存在爭議，在科學不確定的情況下采取任何行動，就失去了倫理學基礎。從法律上看，人工干預太陽輻射，即使是科學實驗或研究，由于其影響超出了國界，超出了當代人，也超出了人類社會，如果有人采取行動，也存在法律依據上的質疑。人工干預太陽輻射的研究和實施，需要一個國際治理構架。為了防止其他國家單獨行動，需要“相互約束”的治理構架——“自我約束”以換取他國同意“自我約束”。鑒于氣候變化和光輻管理在科學上的不確定性，目前不宜實施，短期內也不會提上議事日程。太陽光輻管理技術影響的復雜性和氣候變化風險的迫切性，需要我們加大科學研究力度，為科學決策提供依據。中國作為一個新興經濟體，世界第一大CO2排放國，地域空間氣候條件存在巨大差異性。從減排成本的角度，從氣候影響的空間差異性，開展地球工程的科學研究，有著科學、政策和國際氣候外交的積極意義。但是，相關的科學研究需要國際制度構架。由于氣候變化框架公約及其談判尚未涉及，需要開展系統(tǒng)科學、技術、經濟、法律和國家安全等方面的相關研究，提高科學認知度，為國際談判和政策選擇提供決策依據。

地球工程;光輻管理;國家安全;國際治理;減緩

全球溫室氣體減排舉步維艱，常規(guī)減排技術成本高、降幅低、速度慢。這樣，在更大更廣的地理尺度采用工程技術方法，或去碳，或降溫，一直是國際社會和學術團體試圖探索的可能途徑。近年來，隨著更為大膽的人為干預太空減少抵達地球表面太陽輻射的“光輻管理(solar radiation management，SRM)”技術的提出，國際社會對“地球工程”的走向和可能影響產生巨大爭論，或鼓舞，或恐懼，甚至超出了氣候變化問題本身。何謂地球工程?有何特點?潛在影響何在?需要何種國際治理構架?需要有一些倫理和國家安全層面的思考和應對。

1 地球工程的界定

一般說來，地球工程包括所有能源生產和消費以外的、不涉及工業(yè)生產過程管理、在較大的地球尺度或規(guī)模上，去除大氣中的CO2或直接控制太陽輻射而降溫的各種人為的工程技術手段。也就是說，采用工程技術手段節(jié)能、開發(fā)利用可再生能源、核能利用、地熱利用、工業(yè)生產過程等均不在地球工程之列。

地球工程可以大略歸為三大類。一類是綠色生物技術手段;第二類是碳捕獲與埋存(CCS)技術，第三類是太陽光輻射額度控制管理技術(SRM)。綠色植物通過光合作用，將大氣中的CO2加以固定，形成生物量(biomass)，儲存于各種綠色植物和土壤。由于土地利用和林業(yè)、草場、濕地可以在較大的地球空間尺度展開，生物固碳數額巨大，因而，在廣義理解上，土地利用改變也可以算為地球工程手段。2000年，聯(lián)合國氣候變化專門委員會［1］就土地利用與林業(yè)撰寫了特別報告，就造林、再造林等大規(guī)模生物固碳的技術和經濟問題進行了系統(tǒng)描述。

碳的捕獲與埋存及技術是1990年代和本世界早些時比較受到關注的地球工程技術，主要是在溫室氣體排放的終端將CO2加以捕獲然后埋存到地質構造或深海，從而減少大氣中CO2存量而達到控制大氣CO2濃度的目的。這一技術在IPCC［2］的第三次評估報告中做了減緩的技術和社會經濟方面綜合評估，作為具有巨大潛力的減緩手段，隨后IPCC［3］又專題立項，經過數百名科學家近三年的綜合評估，于2005年完成《碳捕獲與埋存特別報告》，提交給各國政府參考。此外，還有一些尚在概念中的各種捕獲和埋存手段，例如在海面上播撒金屬或化學物質，促進海洋吸收大氣中的CO2;人工設計一套體系，有如樹木一樣，將大氣中的CO2加以吸收、富集，然后加以埋存。

前兩類地球工程作用的目的在于減少CO2。而減少CO2的目的在于控制地球表面增溫。由于地球溫度的熱源是太陽輻射，如果控制輻射到地面的太陽光束，地表溫度當然也就得到調整。早在1999年，IPCC［4］第一和第三工作組就航空器尾氣的科學和減緩含義聯(lián)合進行了評估，但并非作為一種減排的工程手段進行推薦。2000年，IPCC［5］第三工作組完成的排放情景的特別報告，就人為排放到大氣的SO2和氣溶膠的降溫效應進行了討論。但這些都不是人工有目的、主動的工程技術，從而沒有深化探討。正是出于這樣一種考慮，近年來有學者大膽提出了太陽輻射人工管理的地球工程技術手段，大致有三種:①2010年3月，英國政府研究理事會批準了SPICE(Stratosperic Particle Injection for Climate Engineering，平流層注入氣溶膠氣候工程)。這一工程包括三項內容:計算機模擬、實驗室研究和野外試驗(熱氣球吊伸1公里管道向大氣層注入氣溶膠)(Rayer et al，2010)。派飛機到平流層播撒氣溶膠，通過物理阻隔，減少抵達地球表面的太陽輻射;②通過熱氣球或其他手段，在高空放置太陽反射裝置，使反射裝置范圍內的太陽光輻射不能抵達地面;③利用熱氣球或其他手段，將管道延伸到10km或更高的大氣層中①，將氣溶膠通過管道送入大氣，從而減少抵達地面的太陽輻射。

2 不同地球工程技術手段的特點

上述三大類地球工程手段，一個共同的特點，就是能夠減緩全球地表增溫的幅度或速率。但是，各種手段的作用機理、空間尺度、減緩效率、共生效益、減緩成本、技術成熟程度、科學不確定性、國家安全等方面，存在巨大差異。

綠色植物固碳作用于碳，減少大氣中的氣態(tài)碳含量。其空間尺度相對有限，減緩效率相對較低，而且毀林還可能釋放到大氣成為碳源。植物固碳有著巨大的共生效益，包括生物產品、生物多樣性、生態(tài)服務、水源涵養(yǎng)等。減緩成本并不是太高，技術也相對成熟，不存在科學上的不確定性，不涉及國家安全，但最大的障礙是宜林地表空間有限，受水資源、糧食安全、居住用地等制約。

碳捕獲與埋存技術(CCS)與生物固碳技術一樣，移除大氣中的CO2并儲存起來，從而減少大氣中的碳。典型的CCS技術只是在CO2排放末端捕獲，去除率可以很高，技術也相對成熟，沒有國家安全含義，即不會對其他國家或本國構成潛在的安全風險。但是，這一技術最大的特點就是為了減排而減排，沒有任何共生或協(xié)同效益。正因為這樣，有人提出碳捕獲、利用與埋存，試圖將捕獲的碳至少部分加以利用。但是，由于CO2的捕獲量巨大，缺乏工業(yè)回收利用的技術，利用至多只是象征性的。不僅如此，這一技術成本高企，有著財務和能源雙重成本［3］。如果是煤電廠采用CCS技術，發(fā)電財務成本要增加高至1/3，能源消耗要額外增加20% －50%，隨之，排放也必然相應增加。對于能源缺乏的國家，大規(guī)模額外消耗能源來實施碳捕獲與埋存，難度可想而知。當然，如果埋存的地點在原油采空地，注入CO2可以驅趕殘余原油，獲取原油增量，從而補償財務和能源成本。此外，埋存地點的地質結構要求高，CO2溢出的不確定性難以排除。本世紀初以來，中、美、歐等國企業(yè)或政府投資開展了一些試點，但少有進一步大規(guī)模推廣的安排。人工設計從大氣中吸收CO2的裝置技術和向大海播撒金屬或化學物質，目前尚停留在概念階段，技術尚不成熟。

太陽光輻管理技術則不然，其作用對象是人工干預地球熱源，直接調節(jié)溫度。相對來說，太空太陽反射裝置面積不可能太大，影響范圍比較有限，反射光輻數量也不可能太大。難度大，成本高，效率也不會特別好。從地面輸送氣溶膠技術，盡管發(fā)生地只是在一個具體的地區(qū)，但氣溶膠在太空擴散，影響區(qū)域巨大，科學不確定性大，對本國和其他國家的氣候安全，可能有著巨大影響。由于尚沒有進入試驗階段，成本和效率數據只能通過計算機模擬獲取，信息比較有限。對于飛機播撒，技術比較簡單，相對常規(guī)減排，成本十分低廉，計算機模擬的降溫效率可能十分顯著。20億美元的投入，就有可能使地表溫度下降1°C左右。一個小的國家，甚至一個企業(yè)，就有可能購買或租用飛機進行作業(yè)。由于平流層的氣溶膠的影響是全球尺度，對全世界均有可能影響，長遠的可能影響，短期在科學上不可能明確。

3 地球工程技術的潛在影響

對于生物技術手段，國際社會有著明確的共識，就是在可能的條件下大力應用，而且通過市場機制，推動生物固碳技術發(fā)展①氣候變化談判進程中，對于土地利用、避免毀林和在造林等方面的內容，在《馬拉卡什協(xié)議》(2001)、《坎昆協(xié)議》(2010)等法律文件中均有體現(xiàn)。見 http://www.unfccc.int。。如果說對其他國家有影響的話，也應該是積極的:森林對其他人幾乎沒有負面影響。碳捕獲與埋存技術除了財務、能源成本和減排效率的不確定性外，其減排的目標性十分明確，對全球減緩CO2的貢獻明確，對其他國家不會構成國家安全影響。

對于太陽光輻管理技術，成本可能很低，效率可能很高，范圍十分巨大，影響極其深遠。這種技術對不同國家的影響可能存在不同。小島國由于受全球變暖引發(fā)的海平面上升的威脅，如果全球減排協(xié)議難以達成，光輻管理就有可能成為其行動工具:對其的影響可能是有利的。對于以煤炭或其他化石能源為主要燃料的國家，排放量巨大，減排成本高昂，光輻管理技術具有巨大的低成本誘惑，完全可以將其作為一種潛在的減排技術選擇。對于當前氣候條件十分惡劣的國家或地區(qū)而言，光輻管理產生的影響，有可能改善其局部的氣候條件。例如沙漠或戈壁地區(qū)，全球氣候格局因光輻管理而改變，不可能變得更壞，有可能變得更好。從這一角度，也會有人從改變地球氣候空間格局的目的出發(fā)，而支持這一活動。

從上面分析看，光輻管理對不同國家，安全含義是不同的。一方面，長遠的安全影響具有巨大的不確定性;另一方面，自己的氣候安全可能受到這一技術應用的影響。這里就存在兩個問題:倫理上，這一技術是否可取?法律上，誰有權可以這樣做?

從倫理上看，一是我們當代人是否有權來開展這樣一項具有巨大科學不確定性的地球工程?氣候是全人類共享資源，不屬于一個國家、一個地區(qū)，也不是當代人的，我們的子孫后代都依賴地球以生存繁衍。氣候也不僅僅是人類一種生物的，地球上生物多樣，人類只是眾多生物種類中的一種。人工干預氣候，有可能于人類有益，于當代人有益，但是我們不能無視子孫后代的利益，無視其他生物種類的權益。因而，我們無非是得出兩種結論:一是我們無權干預自然，我們應該尊重自然，適應自然，而不應該去刻意改造自然、主宰自然。第二，如果人類社會和地球生物的生存繁衍受到威脅，例如另一天體可能撞擊地球而引發(fā)毀滅災難，人類如果有能力有把握進行自救式干預，我們非常肯定干預的目的與可能、手段與效果，盡管其他生物種類不能發(fā)言，子孫后代不具發(fā)言權，我們的行動，從倫理上是可以接受的:為了地球、為了地球生物、為了子孫萬代的福祉。對于后一種情況，我們必須要明確科學上的確定性，在科學不確定的情況下采取任何行動，就失卻了倫理學基礎。從這一視角上講，對于氣候變化和光輻管理的科學性和不確定性，我們需要加大科學研究力度，為科學決策提供依據。

對于人工干預太陽輻射，即使是科學實驗或研究，由于其影響超出了國界，超出了當代人，也超出了人類社會，如果有人采取行動，法律依據何在?一個受到海平面上升威脅的小島國，出于自身利益的考量，有著自我倫理基礎，國內法律依據不會成為任何障礙。一家跨國公司，拿出幾十億美元，可以“企業(yè)社會責任”的名義，也可從減排成本的考慮，而采取行動，派遣飛機到平流層播撒氣溶膠。但是，這些在自我倫理和利益上的行動，對于他人可能形成威脅或福利損失，甚至對其他國家或政治實體產生安全含義或威脅，其他國家或政治實體可能為了自身利益而采取反制措施，其地緣政治或國際關系含義，就可能成為國際爭端甚至戰(zhàn)爭的導火索。

天氣具有重要的軍事含義。氣候有否可能成為一種軍事手段，威脅他人或被威脅?人工影響天氣例如人工降雨、防冰雹，如果得當，有著積極的經濟及社會效果。但是，飛越一個地區(qū)的雨云，途中被一個地區(qū)人工手段截留，對于該雨云可能飄至降落的急需降雨的地區(qū)，是否是一種剝奪?這種技術是否會被加以延伸，用以軍事目的，從而構成國家安全影響?有些國家風調雨順，而另一些國家干旱貧瘠。以減緩氣候變化的名義，干預太陽輻射，可能改變地球氣候格局，干旱貧瘠者可能受益，而風調雨順者可能風光不再。國際爭端是否會因此而產生?

因而我們說，大規(guī)模的太陽光輻管理目前不宜實施，需要開展科學研究。但就是科學研究與實驗，也存在一個國際治理問題:誰來決定、在何時、何地、何種規(guī)模上做?

4 國際治理構架

自從太陽光輻管理技術提出以來，地球工程的國際治理就成為一個超越減緩與適應氣候變化的國家和人類安全問題。2010年2月，加拿大國際治理著名智庫“國際治理創(chuàng)新中心”在多倫多舉辦國際研討會②Governance Issues for Geoengineering.Centre for International Governance Innovation.Waterloo，F(xiàn)eb.，2010。，就地球工程的國際治理問題展開國際交流與研討。2011年6月，IPCC第三工作組在秘魯利馬舉辦“地球工程專家研討會”，為第五次評估報告準備素材。歐美和一些發(fā)展中國家的研究機構和學者就地球工程的科學、倫理、安全和國際治理問題展開了研究。英國政府甚至撥款資助太陽光輻管理的實驗研究。2012年元月，國際治理中心再度邀請世界主要國家的部分學者聚集渥太華①Geoengineering Our Climate:Science，Ethics and Governance.January 18 －20，2012，Ottawa，Canada。，交流研究進展，決定將現(xiàn)有成果匯集成冊，由牛津大學出版社出版。聯(lián)合國氣候變化專門委員會第五次評估報告在6章專設一節(jié)，綜合評估地球工程的相關文獻和結論。

就碳匯和碳捕獲與埋存技術來看，IPCC已經有系統(tǒng)評估，得出了相應結論。有關政策建議也在聯(lián)合國氣候變化框架公約的談判進程中得到了體現(xiàn)。應該說，現(xiàn)有的國際氣候治理構架就已經能夠涵蓋碳匯和碳捕獲與埋存技術相關的地緣政治、國際經濟與環(huán)境關系問題。真正需要探討國際治理構架的，主要涉及太陽光輻管理問題(SRM)。

對于SRM，我們有四種可能選擇［6］。一是簡單的禁止。由于SRM具有巨大的風險和不確定性，禁止未嘗不可。但是，如果氣候風險更大呢?第二種選擇就是作為一種有效的氣候政策。我們沒法低成本減排滿足兩度溫升目標，為什么不嘗試呢?問題在于:如果SRM效果與預期或氣候模式結果不一致呢?第三種選擇就是近期優(yōu)先使用SRM，防止溫升風險，同時大力減排，減低成本，未來停止使用SRM。這一選擇的問題在于:多大規(guī)模，多長時間，如何與溫室氣體減排銜接?第四種選擇就是:只是作為一種備選方案，加以研究，不到萬不得已，不啟用這一選擇。

如果說小國或私人公司可能受到大國威懾而不至于采取單邊行動，但是，大國如果出于自身考慮，單獨采取行動，又如何辦?在這樣一種情況下，為了防止其他國家單獨行動，最好的選擇是“自我約束”以換取他國同意“自我約束”。這一“相互約束”的治理構架，是對具有重大不確定性技術加以約束的最好選擇［7］。2009年，英國牛津大學的幾位學者［8－9］提出地球工程國際治理五項原則②這些原則最初于2009年提交給英國議會科技委員會，得到議會報告認可，隨后被英國“經濟學人The Economist”稱之為“牛津原則”。We All Want to Change the World.The Economist，2010，April:3 －9。，包括:①作為公共物品加以管制;②公眾參與決策;③公布地球工程研究公開發(fā)表研究結果;④對影響開展獨立評估;⑤先有治理構架然后付諸實施。這五項原則集中到一點，就是一個國際治理構架問題。

5 結論與建議

從上述分析可見，地球工程的界定可以比較寬泛，也可以比較狹義。真正引起國際社會關注的是具有大空間尺度、科學不確定性、直接調節(jié)太陽輻射而控制溫度、技術相對簡單成本相對低廉、具有國家安全和人類地球安全含義的太陽光輻管理技術。

就目前情況來看，盡管太陽光輻管理技術具有實際操作可能，但是，一般情況下，不論是國家政治實體，還是企業(yè)或非政府機構，面臨這一帶有“異想天開”色彩的技術的實際應用，短期不會提上議事日程。由于這一問題的復雜性和氣候變化風險的迫切性，開展研究顯然具有巨大的吸引力。

中國作為一個新興經濟體，世界第一大CO2排放國，地域空間氣候條件存在巨大差異性。從減排成本的角度，從氣候影響的空間差異性，開展地球工程的科學研究，有著科學、政策和國際氣候外交的積極意義。但是，相關的科學研究需要國際制度構架。由于氣候變化框架公約及其談判尚未涉及，需要開展系統(tǒng)科學、技術、經濟、法律和國家安全等方面的相關研究，提高科學認知度，為國際談判和政策選擇提供決策依據。

References)

［1］IPCC.Special Report on Land-use，Land-use Change and Forestry［R］.Cambridge:Cambridge University Press，2000.

［2］IPCC. ClimateChange 2001: Mitigation. WorkingGroup III Contribution to 3rd Assessment Report［R］.Cambridge:Cambridge University Press，2001.

［3］IPCC.Special Report on Carbon Capture and Storage［R］.Cambridge:Cambridge University Press，2005.

［4］IPCC.Special Report on Aviation［R］.Cambridge:Cambridge University Press，1999.

［5］IPCC.Special Report on Emissions Scenarios［R］.Cambridge:Cambridge University Press，2000.

［6］Barrett S.Geoengineering's Governance［R］.Prepared for the U.S.House of Representatives Committee on Science and Technology Hearing on“Geoengineering III:Domestic and International Research Governance”，18 March 2010.

［7］Barrett S.Why Cooperate?:The Incentive to Supply Global Public Goods［R］.Oxford:Oxford University Press，2007.

［8］Rayner S，Redgwell C，Savulescu J，et al.2009“Memorandum on Draft Principles for the Conduct of Geoengineering Research.House Of Commons Science and Technology Committee Enquiry into the Regulation of Geoengineering”［R］.http://www.sbs.ox.ac.uk/centres/insis/Documents/regulation － of－ geoengineering.pdf

［9］Royal Society.Geoengineering the Climate:Science，Governance and Uncertainty［R］.1 September 2009:62.http://royalsociety.org/document.asp?tip=0＆id=8729.

Key Issues Related to Geo-engineering as Approaches to Climate Change Mitigation

PAN Jia-hua
(Institute for Urban＆ Environmental Studies，Chinese Academy of Social Sciences，Beijing 100005，China)

Climate change mitigation can be implemented through the approach of engineering technologies at a large geographic scale.Geo-engineering refers to，in the large Earth yardstick or scale，all kinds of artificial approaches of engineering technologies in temperature reduction by removing CO2in the atmosphere or directly controlling solar radiation，instead of emission reductions related to production and consumption of energy，and to the management of industrial production process.It is mainly classified into three big categories:approach of green biological technology，carbon capture and storage，and control and management technology of solar radiation.This kind of geo-engineering approach has a series of implications in economy，technology，environment，ethics，security，and uncertainty.The present paper makes an analysis and conducts a discussion on several recent international key issues of the possible technological options for mitigation of climate change，involving definitions of concept，technological features，possible effects and governance framework，etc..The author argues that geo-engineering approach directly acting on carbon，such as biological sinks and carbon capture and storage technologies，are assessed with relatively low risk and high level of control.Through temperature reduction effects by artificially emitting SO2into the atmosphere and aerosols，solar radiation management technology is used to control the rise of the Earth's temperature，which，though having not a high economic cost of use but practical maneuverability，has huge uncertainty and possible implication of security，needing enough attention.Ethically，there are disputes over whether or not the contemporary people have the right to carry on geo-engineering of solar radiation management technology with such huge scientific uncertainty，and in such scientific uncertainty，to take any action will lose the ethnic basis.Legally，human intervention in solar radiation，even scientific experiment or research，will raise doubt on the legal basis，if people take action，because its effect will go beyond national boundaries， beyond the contemporary generation， and also beyond the human society. Researches on and implementation of artificial intervention in solar radiation needs an international governance framework.To prevent other countries from taking individual action needs to have a“mutual constraint”governance framework－to use“self-constraint”to trade for“selfconstraint”consented by other countries.As for scientific uncertainty of climate change and solar radiation management，at present，it is not appropriate for geo-engineering to be implemented，and in the short term，will not be put on the agenda.The complexity of the effect of solar radiation management technology and the urgency of the risk of climate change require us to intensify scientific research so as to provide the basis for scientific policy-making.As an emerging economy，China is the first biggest country of CO2emission in the world and has huge disparity in its regional spatial climate conditions.From the perspective of cost reduction and spatial disparity in climate effect，to carry on scientific research on geo-engineering is of positive significance in science，policy and international climate diplomacy.However，related scientific research needs an international system framework.Since the framework convention on climate change and its negotiations have not yet been involved，relevant researches need to be carried out in systematic science，technology，economy，law and national security，and scientific recognition be raised to provide a policy-making basis for international negotiations and policy options.

geo-engineering;solar radiation management;national security;international governance;mitigation

F062

A

1002－2104(2012)05－0022－05

10.3969/j.issn.1002－2104.2012.05.005

2012－04－16

潘家華，博士，教授，博導，主要研究方向為可持續(xù)發(fā)展、低碳經濟等。

(編輯:劉呈慶)