Nature Climate Change期刊论文分享：减少难以减排的行业排放，以减少对二氧化碳去除的依赖

Abstract

为了实现温室气体净零目标，需要二氧化碳去除 （CDR） 技术来补偿难以减排的行业的残余排放。然而，对 CDR 技术的依赖涉及环境、技术和社会风险，特别是与造林和生物能源作物的土地需求增加有关。本文使用与 1.5 °C 目标一致的情景，表明需求和技术干预可以大大降低四个难以减排的部门（工业、农业、建筑和交通）的排放水平，并通过碳捕获和储存减少对使用生物能源的依赖。需求措施和以技术为导向的措施可以将碳捕获和封存使用的生物能源峰值限制在 0.5-2.2 GtCO2e 和 1.9–7.0 GtCO2e。鉴于饮食改变在农业残余排放物中占很大份额，因此在需求测量中起着关键作用。

Background

随着《巴黎协定》的通过，196个缔约方同意将全球平均温度的增幅控制在远低于工业化前水平2°C的水平，并继续努力将温度增幅限制在1.5°C。二氧化碳排放量需要在2050年左右达到净零。在过去的几年里，151个国家、265个人口在50万以上的城市以及全球2000家最大的公司中的1000多家设定了净零排放目标。这些目标通常包括所有温室气体，但有时只关注二氧化碳。净零目标的出现引发了关于如何实现净零目标的越来越多的争论，以及对依赖二氧化碳去除（CDR）技术的担忧。

在某些部门保持一定的残余排放水平，并通过其他部门的汇加以平衡，更容易实现净零排放。IPCC在第6次评估报告中评估的达到二氧化碳净零排放的情景，是通过允许每年平均11亿吨二氧化碳剩余排放量，通过其他地方的CDR措施加以补偿来实现的。残余温室气体排放主要包括能源密集型工业（钢铁、水泥和化学工业）、国际运输（空运和海运）和农业（牲畜、作物施肥和水稻种植）的非二氧化碳排放。在建筑行业，实现净零排放很困难，因为该行业涉及许多参与者，特定地点的条件以及缓慢的资本周转。因此，将这些行业称为难以削减（HtA）行业。

用于补偿残余排放的最重要的CDR措施是具有碳捕获和储存（BECCS）的生物能源、造林和再造林，以及在某些情景中直接的空气碳捕获和储存。由于大规模CDR更大幅度地减少HtA部门的排放。本文探索和评估了限制HtA行业剩余排放的需求和技术选择。首先讨论了全面减少HtA行业排放的障碍，以及可能有助于克服这些障碍的以需求和技术为导向的额外措施和政策。然后，为IMAGE综合评估框架建立了一套新的情景，其中包括支持高成本效益措施以减少HtA部门排放的额外政策。本文更深入地评估了通过专门针对这些具有挑战性的行业来限制BECCS的可行性。

Results

首先，讨论了“Reference 1.5 °C”情景的结果，然后简要讨论了减少HtA部门排放的潜在附加措施，然后介绍和讨论了这些措施对HtA部门排放和减少对CDR措施的依赖的影响。

在减缓气候变化方面，四个工业部门（重工业、国际运输、农业和建筑）面临着共同和具体的挑战。共同的挑战包括服务增长相对较快、现有技术减排措施的可得性有限以及缺乏公众支持。该行业和国际运输部门面临着额外的具体障碍，例如国际竞争市场、巨额前期成本和基础设施的长寿命。建筑和农业部门面临的具体挑战包括参与者的多样性和有限的资金手段，再加上具体的场地条件。在农业部门，可获得的减少措施有限是一个非常重要的挑战。这些部门的减排速度相对较慢，与发电、陆地运输和土地利用的减排相比，减排的程度有限。如图1所示，图1显示了“Reference 1.5 °C”情景的综合评估模型IMAGE。

图 1. “Reference 1.5 °C”情景中预计的全球温室气体排放量（左）和 2060 年各行业相对于 2020 年的减排量（右）

交通运输的排放量最初会增加，但在2035年之后，再次低于2020年的水平，到2060年相对于2020年减少86%。到2060年，工业部门和建筑部门分别达到90%和78%的减排目标。农业部门呈现缓慢下降趋势，到2060年将减少7%。然而，如果没有气候政策，该行业的排放量将迅速增加，因此，与2020年相比，排放量的缓慢下降意味着与正常情况相比，排放量将大幅减少。能源供应、工业和土地利用的负排放表明，BECCS和植树造林被大力应用于实现温室气体净零排放。与IPCC第六次评估报告中发布的主要情景相比，“Reference 1.5 °C”情景显示2060年的排放量减少幅度更大。IMAGE情景表明运输和工业方面的减排潜力更大。

为了评估需求和技术变化对HtA部门排放的影响，构建了三个新的情景，重点关注针对需求（“Demand 1.5 °C”）、技术（“Technology 1.5 °C”）、综合影响（“Combined 1.5 °C”）。综合影响情景只考虑了饮食的改变，对不同的ssp采用相同的措施。在三种情景下实施的措施，到2060年，在SSP2中，HtA部门的全球剩余排放量将减少到5.6至7.1亿吨二氧化碳当量，SSP1的范围为4.7-5.6亿吨二氧化碳当量，SSP3的范围为5.8-7.8亿吨二氧化碳当量（图2）。

图 2. HtA 行业的温室气体排放

假设的严格工业措施可以在Technology 1.5 °C和Demand 1.5 °C情景下有效减少排放。Technology 1.5 °C情景强制通过工业部门的直接电气化（例如，钢铁部门的氢直接还原铁）立即采用零碳技术，为过渡技术（CCS）进入市场（Technology 1.5 °C）留出了余地。大幅降低需求可以减少转型范围较低的部门（如熟料生产）的排放，或为更多样化的技术组合（如铁还原）提供空间。在熟料生产部门，生物燃料和CCS被用来补偿剩余的残余排放。在Technology 1.5 °C和Demand 1.5 °C情景中，残余工业正排放都降低了，2060年Technology 1.5 °C情景降低了16-40%，Demand 1.5 °C情景降低了33-50%（图3）。

图 3. 基于 SSP2 的情景中按行业划分的温室气体减排量随时间的变化

在航空、航运和农业部门，在Demand 1.5 °C情景中变化最大。在Technology 1.5 °C 情景中，燃料和技术替代品的开发和可用性的增加会导致排放减少速度更快，但到 2060 年不会减少更高的排放量。在农业部门，土地利用变化有很大的间接影响。Combined 1.5 °C情景的影响远低于Technology 1.5 °C和Demand 1.5 °C情景的影响之和。例如，在住宅领域，由于电气化和使用热泵等高效技术，Technology 1.5 °C情景导致能源使用效率大幅提高。在Demand 1.5 °C情景中，对（相对低效的）能源服务的需求减少会导致大幅下降。在Combined 1.5 °C情景中，由于效率大幅提高，减少需求的影响较小。对于农业，饮食改变和用人造肉代替肉类在很大程度上是重叠的，因此几乎没有看到任何额外的减少。对于航空和航运业，技术措施对排放的影响很小，航空和航运措施相结合并不会导致额外的减排。

在净零排放年，BECCS大幅降低，SSP3、SSP2和SSP1分别降低20%、74%和94%（图4）。在Demand 1.5 °C情景下，由于肉类需求的降低，可以在以前用于饲料和牧场的土地上大规模扩张森林。在SSP2下的Technology 1.5 °C情景中，BECCS的使用仅略微减少（8%），Demand 1.5 °C情景中向健康饮食的过渡更快，Technology 1.5 °C情景中更注重生物能源（例如，用于航空的生物燃料）（图5）。在SSP1假设下，在Technology 1.5 °C情景下，BECCS也会受到强烈限制，因为较低的人口增长率和饮食变化会释放出大量土地，这些土地可以用于重新造林。

图 4. 净零年的全球年度温室气体排放量。

图 5. 全球温室气体排放量、土地利用 CO2排放、生物能源使用和 BECCS。

Discussion

本文研究表明，虽然 HtA 行业面临重大挑战，但可以通过实施巨大的需求和技术干预来达到较低的排放水平，有时在建筑和工业的情况下接近零排放水平。需求侧措施可能会提高实现 1.5 °C 气候目标的技术可行性，并限制气候变化缓解政策的不利副作用。农业起着关键作用，但该部门的温室气体仍然很大。此外，由于额外的农业措施，用于放牧和饲料的农业用地减少，导致更多的造林潜力，大大减少了对 BECCS 的需求。虽然 CDR 仍然被认为对实现净零经济至关重要，但 CDR 的范围和时间在很大程度上取决于替代解决方案选项的代表性。本文中提出的措施都伴随着特定的挑战和成本。IPCC 表示，在可持续发展和公平的背景下设计和实施并植根于发展愿望的缓解措施将更容易被接受。本研究提供了成本效益途径的替代途径，虽然这些途径的成本效益可能较低，但实现可行性可能不会降低。然而，无论如何，在几十年内实现净零排放的挑战是巨大的，需要采取困难且代价高昂的措施。