文献简介
篇名：Targeting net-zero emissions while advancing other sustainable development goals in China
发表时间：2024年
期刊：Nature Sustainability
作者信息：第一作者为来自清华大学能源环境经济研究所的张枢助理研究员
原文来源：https://doi.org/10.1038/s41893-024-01400-z
推荐理由
全球应对气候变化的净零排放转型使得能—粮—水—空气质量系统的相互联系日益紧密。实现净零目标的同时应对其他环境挑战以实现可持续发展是各方的政策追求。在此，该研究开发了一个多模型连接的综合评估框架，以探索和量化中国在实现碳中和目标过程中，对环境相关可持续发展目标的协同效益和潜在权衡。研究发现中国正在朝着许多可持续发展目标迈进，但仍然不够。净零转型带来了实质性的可持续性改善，特别是在能源和水系统方面。然而，单靠共同效益并不能确保可持续的能—粮—水—空气质量系统。此外，随着可变可再生能源和生物能源的扩张，不协调的政策可能会加剧对能源安全和粮食安全的威胁。该研究敦促实施务实措施，增加需求管理的激励措施，提高粮食系统效率，推广先进的灌溉技术，进一步加强空气污染物控制措施。
主要内容
该研究建立了一套多模型集成框架，实现了国家级能源模型China TIMES 2.0、省区级能源模型China-TIMES-30PE与土地利用模型GLOBIOM-G4M、水资源管理模型CWatM、空气质量模型GAINS-Asia的连接，综合考虑了气候和能源政策、可持续发展措施和气候反馈，探究了与环境相关的可持续发展目标的路径。
实现净零排放的减缓途径。图1总结了能—粮—水—空气质量净零转型的相关指标。在长期社会经济发展目标的驱动下，预计中国经济将保持增长，到2035年人均GDP将超过22500美元，到2050年工业增加值占GDP的比重将保持在30%以上（图1a）。在新冠疫情之后，中国的FFICO2排放量结束波动并继续上升，预计将在2025年左右达到峰值，约为11GtCO2。达到峰值后，基于到2060年实现二氧化碳净零排放和到2070年实现温室气体净零排放的情景假设，CN60和CN60—SDG情景具有相似的减排路径（图1b、c）。实现净零目标需要广泛使用碳捕获和储存（CCS）和CDR技术。2060年，CCS技术需要捕获1.5GtCO2，其中1.1GtCO2来自CDR技术。通过直接空气捕获和储存（DACS）最多可封存1.5亿吨二氧化碳，而用于发电和制氢的生物能源与CCS（BECCS）将贡献大部分负排放（图1d）。加速能源系统脱碳需要近期的产业升级和能源效率提高。模型结果显示，中国需要在2035年前将能源强度减半（图1e）。虽然可再生能源发展势头强劲，但作为能源保留的基石，煤炭将在2035年之前占据一次能源的主导地位。到2060年，可再生能源可能占一次能源供应的约66%（图1f）。终端使用部门的燃料替代将推动电力使用量的增加，使电力在最终能源中的份额从2020年的25%增加到2060年的59%（图1g）。CN60—SDG情景结合了更好的负载平衡和车辆到电网等需求管理措施，将导致日内电价比CN60情景更平稳（图1h）。
土地系统提质增效确保粮食安全。土地利用系统与基于自然的解决方案（森林碳汇）和基于技术的解决方案（BECCS）的碳中和转型方案密切相关。研究发现，2050年以前，农林剩余基本能够满足生物质能需求，2050年以后，能源作物大规模种植，到2100年，能源作物种植面积约占全国土地面积3%。对生物质的需求将在2060年后对粮食系统造成压力，产生粮食安全与碳减排之间的权衡。通过减少食物浪费和降低膳食中动物性食物能量占比，能够在保持能量摄入充足的情况下弱化碳中和转型对粮食安全的冲击。在CN60情景下，预计2030年和2060年将比2020年增加2.9%和10.6%（图2a）。从图2d可以看出，在所有情景下，作物供需之间的差异不会随时间发生很大变化，预计作物供应足以满足粮食需求。由于饮食结构的改变，CN60—SDG情景将导致牲畜需求下降，从而导致饲料需求下降。
供水压力有所缓解但仍紧张。中国长期面临水资源时空分布不均、水资源利用效率低下、水污染严重等问题。通过推动气候行动和水管理政策，中国的水资源供应挑战将趋于缓解。近年来，中国的年供水量约为600km3。密集的经济增长将导致取水量在2025年左右达到峰值（比现在增加0.5%），并在2030年之前保持高位，但此后，由于灌溉效率的提高和能源向净零过渡，取水量将呈现明显的下降趋势（图3）。农业和电力部门是中国最大的用水部门，推行高效灌溉、减少食物浪费、调节膳食结构将显著减少灌溉水需求。到2060年，碳中和使得能源系统取水量较2019年下降38%，主要源于火电退役和空冷机组比例增加带来的冷却取水减少。碳中和转型使得地下水超采问题得以解决，可持续发展情景，地下水超采问题提前5年得到解决。
图3 特有物种丰富度与耕地扩展和集约化潜力的空间关系
对于耕地使用者，集约化压力更明显（显著热点覆盖8%的陆地生态系统）；对于森林或自然栖息地专家，影响相对较小（4%）（图4），但热点模式大致相同。低农业潜力与低特有性丰富度区域（冷点）两种情景下，冷点大多位于非耕地、沙漠或冰雪覆盖的土地，以及北美和西欧的工业化农业地区。其他具有高农业潜力的地区要么不显著，要么位于生物多样性相对较低的区域。
实现净零排放和可持续发展的成本与效益。图5a表明，追求净零排放目标时，二氧化碳边际减排成本可能会大幅增加。支持能—粮—水—空气质量系统可持续发展的措施只会对转型负担产生轻微影响，导致增幅不到10%。可再生能源的普及预计将降低边际电力成本，同时增加存储需求，从而导致不同时期的差异化价格（图5b）。图5c显示了生物质和食品价格的变化。可持续性措施将稳定食品价格，并防止2060年食品价格指数比2020年上涨10%以上。研究结果表明。近期的协同作用集中在发展中省份，而到2050年，发达省份和人口稠密地区的协同作用将显著增加（图5e）。南方省份短期成本效益比较好，经济发达地区2035年以后成本效益比明显提高（图5f）。
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校对：向云娜
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