比爾·蓋茨關(guān)于“碳中和”的十個(gè)洞見：帶給世界的解決方案

文 | 陸如泉

作者系國際能源戰(zhàn)略學(xué)者，教授級高級經(jīng)濟(jì)師

這一陣子，讀了蓋茨先生的新書《氣候經(jīng)濟(jì)與人類未來》,才知道，蓋茨先生過去數(shù)年一直花費(fèi)大量時(shí)間精力致力于“氣候變化與人類未來”的研究。準(zhǔn)確地說，應(yīng)該是美國的未來，因?yàn)闀械膱鼍爸饕轻槍Σ⑦m用于美國。更準(zhǔn)確地說，自蓋茨先生2015年底參加巴黎氣候變化大會后，就對氣候變化、碳達(dá)峰與碳中和、“零碳”新經(jīng)濟(jì)等有了強(qiáng)烈的興趣，并持續(xù)不斷地向氣候、環(huán)境、能源等領(lǐng)域的全球頂尖的科學(xué)家和專家們請教學(xué)習(xí)。書中透露，過去十多年，蓋茨基金會也陸續(xù)投資了數(shù)家新能源、新業(yè)態(tài)、以及瞄準(zhǔn)零碳經(jīng)濟(jì)的企業(yè)，有的獲得了成功、有的完全失敗。

正是蓋茨對氣候變化與“零碳”新經(jīng)濟(jì)強(qiáng)烈的興趣，加之以謙遜的態(tài)度向?qū)W界業(yè)界專業(yè)人士請教，并結(jié)合自己投資零碳產(chǎn)業(yè)的操作經(jīng)驗(yàn)，促使他不斷總結(jié)自己的認(rèn)識、輔以詳實(shí)的數(shù)據(jù)和令人信服的解讀，并于2021年初出版了他的這本新作。這也是蓋茨先生第一本關(guān)于氣候與能源轉(zhuǎn)型的著作。作為全球科技信息界“教父”級人物，蓋茨的威望和他過去數(shù)年對氣候與能源轉(zhuǎn)型的潛心研究，使得我們相信，《氣候經(jīng)濟(jì)與人類未來》是一本獨(dú)立的、權(quán)威的、大眾的研究“碳中和”和“零碳經(jīng)濟(jì)”的著作。

透過此書，蓋茨給我們奉獻(xiàn)了關(guān)于“碳中和”和零碳經(jīng)濟(jì)精彩而又通俗的分析。本文歸納了蓋茨先生的十個(gè)洞見，而這可能也是帶給美國、乃至全世界的解決方案。

但在闡述這十個(gè)洞見之前，還是讓我們看看本書提到的幾個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)：510億噸、370億噸、100億噸。其中，“510億噸”是2019年全人類向地球排放的溫室氣體的量，370億噸是當(dāng)年的CO2的排放量，而100億噸是其中的碳的總量。另外，全球溫室氣體排放量位居前五的行業(yè)（產(chǎn)業(yè)）從低到高分別是：生產(chǎn)和制造，以水泥、鋼鐵和塑料的生產(chǎn)為代表的制造業(yè)（水泥、鋼鐵和塑料號稱工業(yè)化的三大基礎(chǔ)性原料），其溫室氣體排放量約占全球總量的31%；電力生產(chǎn)與存儲，比如燃煤和燃?xì)獍l(fā)電，其溫室氣體排放量約占全球總量的27%；種植與養(yǎng)殖，也就是農(nóng)業(yè)，約占全球總量的19%；交通運(yùn)輸，以重型卡車、海運(yùn)貨船和飛機(jī)為代表，約占16%；制冷和取暖，比如夏天的空調(diào)和冬天的取暖設(shè)施等，約占全球的7%。讀到這里，很多人會問，溫室氣體排放的第一大來源不是化石能源嗎？比如煤炭、石油和天然氣。是的，化石能源約占全球總排放量的80%左右，但在蓋茨先生這本書里，他特別強(qiáng)調(diào)，沒有把化石能源作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)看待，因?yàn)榛茉词巧鲜鑫宕螽a(chǎn)業(yè)的燃料和原料的主要來源。

“到21世紀(jì)中葉（2050年前后），氣候變化可能變得跟新冠肺炎一樣致命。而到2100年，它的致命性可能會達(dá)到該流行病的5倍。”估計(jì)大家都覺得好奇，這個(gè)“5倍”是怎么測算出來的呢？因?yàn)樾鹿谝咔楹蜌夂驗(yàn)?zāi)難可以說是風(fēng)馬牛不相及的兩件事。

蓋茨先生在書中是這樣論證的，按照“每10萬人口的死亡人數(shù)”這一世界公認(rèn)的衡量某一災(zāi)情/疫情嚴(yán)重程度的“死亡率”統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從1918年西班牙大流感一直到現(xiàn)在的大約一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間長度計(jì)算平均值的話，可以估算出全球流行病死亡率是“十萬分之十四”，即每年每10萬人中約有14人死亡。

那么氣候變化導(dǎo)致的死亡率如何呢？數(shù)據(jù)測算表明，整個(gè)21世紀(jì)，如果溫室氣體排放量繼續(xù)維持在目前的高水平（每年500億噸左右），則每10萬人中，氣候變化可能會額外造成75人死亡。換句話說，到2100年，氣候?yàn)?zāi)難的致命性可能達(dá)到新冠疫情流行病的5倍。這就是5倍的由來。

蓋茨先生說，目前從空氣中消除1噸CO2的成本（書中寫的是1噸碳，但從前后文邏輯看，應(yīng)該是1噸CO2），還無法完全確定下來，但清除每噸碳要花費(fèi)200美元。即便能通過某種創(chuàng)新，將成本降低一半的話，那么也要100美元，這基本上是可以實(shí)現(xiàn)的。如此一來，就得到以下等式：510億噸/年×100美元/噸=5.1萬億美元/年

也就是說，只要人類還在按照目前的水平排放溫室氣體，那么如果利用直接空氣捕獲解決氣候問題，則每年至少要投入5.1萬億美元，這相當(dāng)于全球GDP的6%。明眼人一看便知，中國大約每年需要投入多少，才能消除空氣中的碳。

而據(jù)一些咨詢公司的數(shù)據(jù)，實(shí)際上美國經(jīng)濟(jì)所承擔(dān)的消除每噸碳的成本是2600~3000美元，而歐盟高達(dá)4000美元以上。也就是說，實(shí)際的成本可能為我們所期望成本（100美元/噸）的25~40倍。人類能否承受如此規(guī)模巨大的投資，還真是個(gè)問題。

筆者經(jīng)常聽到一些新能源汽車人士不無自豪地宣稱：“新能源汽車的市場占有率別看現(xiàn)在只有2%左右，但燃料電池性能的提升速度符合摩爾定律，其增長速度是幾何級的?！笔聦?shí)真是如是嗎？蓋茨先生給出了答案：“能源轉(zhuǎn)型不符合摩爾定律！”

我們都知道摩爾定律——戈登·摩爾在1965年預(yù)測微處理器的能力每隔兩年就會提升一倍。事實(shí)證明摩爾是對的，而摩爾定律也是計(jì)算機(jī)和軟件行業(yè)一路騰飛的主要原因之一。比如，人們今天制造的計(jì)算機(jī)芯片上的晶體管數(shù)量大約是1970年的100萬倍，因而其性能也強(qiáng)大了100萬倍。

于是乎，很多人天然地認(rèn)為，甚至對外宣傳，人類在能源轉(zhuǎn)型領(lǐng)域，特別是電動汽車和太陽能電池板，也可以取得同樣的指數(shù)級進(jìn)步?！斑z憾的是，它們的確不能。”蓋茨先生如是說。

為什么不能，因?yàn)槲覀儫o法通過技術(shù)突破讓汽車的耗油量降到先前的百萬分之一，實(shí)際上，從1908年世界上第一臺T型車下線，直到現(xiàn)在，100多年過去了，燃油車的經(jīng)濟(jì)性只提升了不到3倍。再以太陽能電池板的性能提升為例，晶體硅（多晶硅）太陽能電池在20世紀(jì)70年代被引入時(shí)，其光電轉(zhuǎn)換率約為15%，今天這個(gè)數(shù)值大概是25%，僅僅提升了66%。事實(shí)證明，雖然進(jìn)展很大，但完全不符合摩爾定律。換句話說，如果電動汽車的經(jīng)濟(jì)性不能呈指數(shù)級增長，則別指望汽車保留量實(shí)現(xiàn)同等級別的增長。

而降低綠色溢價(jià)關(guān)鍵在創(chuàng)新。何謂“綠色溢價(jià)”？蓋茨現(xiàn)在書中是這樣解釋的：相比于化石燃料的解決方案，大多數(shù)“零碳”解決方案的成本投入更大，這些額外的成本，就是綠色溢價(jià)（Green Premium）。如果通俗一點(diǎn)來說，就是產(chǎn)生等量熱值的情況下，使用非化石能源的成本費(fèi)用比化石能源多出來的那部分。

比如，以生產(chǎn)和制造業(yè)為例，使用化石能源作為燃料或原料的情況下，每噸水泥的平均價(jià)格為125美元，那么采用碳捕捉技術(shù)（即把水泥生產(chǎn)過程中的碳通過某種技術(shù)和設(shè)施“捕捉和封存”起來）后每噸的價(jià)格為219~300美元，綠色溢價(jià)率高達(dá)75%~140%；那么鋼鐵和乙烯（生產(chǎn)塑料的原料）的綠色溢價(jià)率又怎樣，書中透露，經(jīng)過測算，分表達(dá)到16%~29%和9%~15%?？礃幼樱嗟囊鐑r(jià)率最高。要知道，水泥是全球建筑業(yè)的基石，若全部采用“零碳”水泥，則全球的平均房價(jià)估計(jì)至少上漲30%以上。

降低綠色溢價(jià)的途徑而且是唯一途徑就是創(chuàng)新，主要是技術(shù)創(chuàng)新。通過技術(shù)創(chuàng)新，使得各個(gè)領(lǐng)域、各種產(chǎn)品的綠色溢價(jià)趨近于零，甚至達(dá)到負(fù)值，只有這樣，才能吸引人們使用零碳材料、零碳產(chǎn)品。

我們知道，2015年巴黎氣候大會上確定了到本世紀(jì)末溫升1.5攝氏度和2攝氏度的兩種情形，并指出無論如何要避免出現(xiàn)溫升2攝氏度的情形。為何？蓋茨在書中做了解釋。

“可能大家覺得1.5度和2度之間沒有太大區(qū)別，但氣候?qū)W家對這兩種情形進(jìn)行模擬運(yùn)行后得出的并不是好消息。在很多方面，全球升溫1.5度和2度所造成的影響遠(yuǎn)不是33%的差別，而是近100%。與升溫1.5度相比，在升溫2度的情況下，受清潔水短缺影響的人口數(shù)量將翻一番，在熱帶地區(qū)，玉米將減產(chǎn)50%?！鄙w茨在書中這般強(qiáng)調(diào)。

這就是“要么不下雨，要么傾盆大雨”的哲學(xué)道理，這也是巴黎氣候大會要求死守1.5攝氏度的原因所在。

蓋茨以石油為例，說明了化石能源價(jià)格低廉的程度——比同體積的礦泉水和各種軟飲料便宜多了。

目前，全球每天大約消費(fèi)1億桶的石油（全年約50億噸）。無論是哪種產(chǎn)品，在如此龐大的規(guī)模下，人類都不可能在一夜之間停用。

更重要的是，化石燃料之所以無所不在，背后有很好的理由支持——價(jià)格低廉。實(shí)際上，最近幾年，石油在全球絕大部分地區(qū)已經(jīng)比水和飲料都便宜?！拔业谝淮温牭竭@個(gè)說法是，還不敢相信，但這是真的?！鄙w茨先生如是說。他在書中給我們測算了一下：在美國，2020年下半年，每桶石油的平均價(jià)格約42美元，相當(dāng)于每加侖（約3.8升）1美元。而同一時(shí)期，在Costco超市（美國大型連鎖超市之一），8升裝的蘇打水的售價(jià)是6美元，折算下來，相當(dāng)于每加侖2.85美元。遠(yuǎn)高于石油的售價(jià)。

而且，非化石能源的能量密度太低。這是不爭的實(shí)施。以鋰電池為例，蓋茨先生在書中寫道，“同等重量下，目前最好的鋰電池存儲的能量是汽油的1/36。換句話說，要獲得1加侖汽油的能量，需要相當(dāng)于36加侖汽油重的電池?！?/p>

至于供應(yīng)充足和穩(wěn)定，筆者這里不再贅述。美國頁巖革命的成功、以及深水和超深水的突破，使得全球近年來的石油供應(yīng)一直處于寬松狀態(tài)。

換句話說，要想如期實(shí)現(xiàn)“碳中和”，進(jìn)入零碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代，擺在人類面對的道路就兩條：一是通過創(chuàng)新將非化石能源供應(yīng)和電氣化的成本降下來，降到與化石能源同等水平、甚至更低；二是通過收取碳稅等方式，變相提升使用化石能源的環(huán)境成本，使得利用化石能源變得“昂貴”?？赡茏罱K這兩種途徑必須同時(shí)發(fā)力，單靠一頭難以實(shí)現(xiàn)凈零目標(biāo)。

2019年，國家電網(wǎng)公司提出了到2050年實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)50%”的重要判斷，即“2050年我國能源清潔化率(非化石能源占一次能源的比重)達(dá)到50%和終端電氣化率(電能占終端能源消費(fèi)的比重)達(dá)到50%”，引發(fā)社會廣泛關(guān)注。國家電網(wǎng)的思路與蓋茨先生在本書中的觀點(diǎn)基本相符。

截至目前，我國的終端電氣化率仍不到20%，離50%的目標(biāo)尚有很大距離。

要實(shí)現(xiàn)盡可能高的電氣化，而且是清潔的電氣化，按照蓋茨先生的論述，在發(fā)電側(cè)，要生產(chǎn)“零碳”電力。生產(chǎn)零碳電力的方式目前有這么幾種：一是核能，包括核裂變和核聚變。目前，人類只掌握了核裂變技術(shù)，可控核聚變技術(shù)人類尚不掌握。而后者釋放出的能量幾乎是無限的。“在核聚變中，常用的氫可以從海水中提取，其儲量足以滿足全球數(shù)千年的能源需求。”但在實(shí)踐中，形成核聚變異常困難，蓋茨調(diào)侃道，在核科學(xué)家中流傳著一個(gè)經(jīng)典的笑話：“距離核聚變還有40年，而且永遠(yuǎn)都是40年?！倍呛Ｉ巷L(fēng)電，2019年，全球海上風(fēng)電的裝機(jī)容量所占的比例非常小，只有區(qū)區(qū)0.4%左右。三是地?zé)岚l(fā)電。目前全球的地?zé)岚l(fā)電進(jìn)展緩慢。

在儲電側(cè)，蓋茨介紹了這樣幾種儲電方式：電池、抽水蓄能、熱能存儲和廉價(jià)氫氣。

前文已經(jīng)介紹了以上五大產(chǎn)業(yè)所釋放的溫室氣體量占全球總量的比例。全球所有的溫室氣體排放都可以歸納到這五大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中去。

降低這五大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的CO2排放量，唯一的辦法就是不斷的投入、不斷的創(chuàng)新。比如，書中寫道，生產(chǎn)和制造業(yè)實(shí)現(xiàn)凈零排放的路徑大致是這樣的：一是盡可能實(shí)現(xiàn)所有工藝的電氣化，這需要大量的創(chuàng)新；二是從已經(jīng)“脫碳”的電網(wǎng)中獲取所需電力，這同樣需要大量創(chuàng)新；三是利用碳捕捉裝置吸收剩余的排放，這更需要大量創(chuàng)新；四是更有效地使用材料，這也離不開大量的創(chuàng)新。

其中技術(shù)的背后是投資和創(chuàng)新，政策的背后是政府的角色扮演和政策導(dǎo)向，市場的背后是供給側(cè)的投資導(dǎo)向和需求側(cè)的消費(fèi)傾向。

蓋茨先生強(qiáng)調(diào)：“市場、技術(shù)和政策就像是三根杠桿，可以用來幫助我們擺脫對化石能源的依賴。我們需要三管齊下，而且是朝著同一方向用力”。

他進(jìn)一步說，如果只是出臺了一項(xiàng)政策，比如為汽車設(shè)定零排放標(biāo)準(zhǔn)，卻沒有消除碳排放的技術(shù)，或者根本就沒有公司愿意投資生產(chǎn)和銷售符合這一標(biāo)準(zhǔn)的汽車，那么該政策并沒有多大意義。如果你擁有低排放的技術(shù)，比如從燃煤電廠的廢氣中捕獲碳的設(shè)備，卻沒有通過財(cái)政激勵措施來鼓勵電力企業(yè)使用這項(xiàng)技術(shù)，那么也沒有多大意義。如果行業(yè)競爭對手在化石燃料產(chǎn)品的銷售上享有價(jià)格優(yōu)勢，則很少會有改善下注開發(fā)零排放技術(shù)。蓋茨從上述三個(gè)角度論述了技術(shù)、政策和市場相互協(xié)同的重要性。

蓋茨特別強(qiáng)調(diào)，“若在2030年之前以錯誤的方式減少排放，那么它很有可能會阻礙我們實(shí)現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)”。為什么？“因?yàn)樵?030年前減少排放和在2050年前實(shí)現(xiàn)零排放是截然不同的兩件事，這實(shí)際上是兩條不同的路徑，有著不同的成功衡量標(biāo)準(zhǔn)，所以我們必須在它們之間做出選擇?！?/p>

蓋茨以天然氣為例進(jìn)行了說明。如果在2030年前減少一定量的碳排放是衡量成功的唯一標(biāo)準(zhǔn)，則燃?xì)怆姀S取代燃煤電廠就會有相當(dāng)大的誘惑，畢竟這會顯著減少溫室氣體排放。但天然氣發(fā)電對2050年實(shí)現(xiàn)凈零目標(biāo)于事無補(bǔ)，因?yàn)樘烊粴庖彩腔茉?，而且大?030年前新建的燃?xì)怆姀S，到2050年仍處于運(yùn)營狀態(tài)，甚至很多連成本尚未回收，難以被取代。

不得不承認(rèn)，蓋茨以上的分析在理。但是，就技術(shù)獲得性與成本低廉方面，發(fā)展天然氣和燃?xì)獍l(fā)電依然是個(gè)不錯的選擇，尤其對于像中國這樣的發(fā)展中大國而言。因?yàn)橐徊降轿坏慕?jīng)濟(jì)代價(jià)、政治代價(jià)和社會代價(jià)均十分巨大。

以上是筆者通過通讀該書歸納的蓋茨先生的十個(gè)洞見，可能掛一漏萬，不免有偏頗之處。要想全面了解蓋茨先生的想法，最好的方式還是買一本來讀讀。

總之，氣候變化與環(huán)境問題是人類未來數(shù)十年面臨的最大挑戰(zhàn)之一。我們需要迎難而上，需要把工作重點(diǎn)放到難啃的骨頭上：電力存儲、清潔燃料、清潔水泥、清潔鋼鐵和清潔肥料等。這就需要一種不同的政策制定方法，除了部署現(xiàn)有的工具，還要加大關(guān)鍵領(lǐng)域的研發(fā)力度，深入開展技術(shù)攻關(guān)和成果轉(zhuǎn)化。正如蓋茨所說：“要想在2050年之前實(shí)現(xiàn)零排放目標(biāo)，需要在2030年之前確定政策和市場結(jié)構(gòu)?！?/p>

另外，在解決氣候變化和實(shí)現(xiàn)“碳中和”問題上，必須踐行“共同但有區(qū)別的責(zé)任”原則，即發(fā)達(dá)國家先行、新興國家緊隨其后、廣大發(fā)展中國家跟上。發(fā)達(dá)國家“一視同仁”地要求發(fā)展中國家在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)“凈零”，是不科學(xué)、也是不公平的。正如蓋茨先生在本書的末尾強(qiáng)調(diào)的：“富裕國家在2050年之前實(shí)現(xiàn)零排放，中等收入國家在2050年之后盡快實(shí)現(xiàn)零排放。”