漫漫脱碳路

气候变化已是不争的事实。问题是我们能否遏止气候变化？西门子开展的一项研究勾勒出通往《巴黎协定》目标的道路蓝图。

本世纪，人们的生活将发生怎样的转变？自动驾驶汽车能否驶上街头？癌症会不会被攻克？能不能在火星上建立殖民地？没有人知道答案。然而，就地球未来的气温而言，我们有一个明确的目标：2015年签订的《巴黎气候协定》要求国际社会（美国除外）必须将全球升温幅度限制在2摄氏度以内（以本世纪工业革命前的气温水平为基础）。我们还知道怎样才能实现这一目标：将温室气体，特别是二氧化碳（CO2）的排放量降至“零”。

但要实现这一目标，需要采取一整套脱碳措施。由于《巴黎协定》并未规定相应的举措，因此，各国政府及国际科研机构一直在研究和讨论，需要采取哪些措施才能实现这个气候目标。依托其环保业务组合，西门子一直在帮助电能供应及需求两方面的客户降低碳足迹。2017年底，西门子发布一份意见书，在广泛深入的计算机模拟的基础上，以德国《2050年气候行动计划》为例，介绍了一系列有助于迈向碳中和的全球经济措施。

高度灵活而又稳定的电网

在供应方面，全球发电主力仍然是矿物燃料，如煤炭、天然气和石油，后果就是将大量温室气体排放到大气中。据世界银行称，2014年矿物燃料发电占比为67%，其余则为核电和可再生能源发电。德国的情况比全球平均水平好一些。2017年，矿物燃料发电占比不到50%。德国政府的气候计划提出：到2050年，德国可再生能源发电占比将提高至80%，其中风电的贡献最大。但要实现这一目标，必须有明确的计划。

当然，可再生能源发电并网殊非易事，因为风电和太阳能发电都具有显著的波动性。因此，同其他国家一样，德国也需要一个高度灵活而又稳定的电网。它必须借助智能电能管理系统来满足高峰需求，并在电力供大于求时，按需利用其他解决方案，如热泵、蓄电技术或制氢系统等，帮助稳定电网。然而，这并不意味着可以直接关停常规电厂。在可再生能源发电不能保证基本发电量的情况下，必须依靠其他电厂来保证电网稳定。不过，配备如西门子提供的联合循环和单循环燃气轮机等设施的燃气电厂，可以取代燃煤电厂供应基本发电量，并可在日后随可再生能源发电占比不断提高，用作备用系统。得益于此，德国将在2050年之前或更早时候，退出煤电生产。简而言之，必须像扩大可再生能源发电那样，以同样坚定的决心来推进常规发电转型。

关键概念：部门联合

在需求方面，所有经济领域必须更加紧密地结合在一起。其中的关键概念是，通过电气化和利用电能转化合成燃料双管齐下，实现供热、交通和工业等部门的“部门联合”。

譬如，如今供热的主要途径仍然是燃烧矿物燃料。这种情况将会发生改变。虽然集中供热主要利用热泵结合太阳能集热系统实现电气化，但已出现朝着借助生物质、“电阻加热器”和热泵等混合系统实现工业和区域集中供热的电气化转型趋势。如果这一趋势延续下去，这些技术可以取代天然气，致力于实现最终的二氧化碳减排目标。显而易见，在采取这些措施的同时，还应改善楼宇保温隔热措施，以及部署楼宇自控系统。

交通领域在很大程度上已经实现电气化，这主要是在公共交通领域：铁路、地铁、火车，甚至越来越多的公共汽车。但汽车，特别是私家车，也需要转型——考虑到2017年仅德国的汽车保有量就高达4500万辆，而在全球范围内，截至2015年的数据为近9.5亿辆，这可不是个轻松的任务。西门子意见书指出，2030年之后，采用电能转化合成燃料的电动汽车将开始占到较大比例。

如果碳排放在所难免……

另一方面，理想情况下，货运应当从公路转移到铁路，如德国“Agora交通转型”（Agora Verkehrswende）倡议的专家所呼吁的，但迄今为止这一趋势尚未成型。不过，卡车也可以采用混合动力解决方案，如电池和采用氢燃料和电能转化合成燃料的发动机。不仅如此，西门子的电气化高速路电车高架线系统，也很可能带来极大的灵活性。除公路运输之外，空运和海运脱碳亦至关重要。譬如，飞机应当越来越多地使用混合动力电动推进系统和合成燃料；西门子的研究预计，到2030年，首架100座混合动力电动飞机将投入运营。

在工业部门，脱碳不仅涉及供热，还牵涉到生产新产品，如化工行业生产化肥、塑料或清洁剂，这些生产活动仍主要采用矿物燃料。如果不能完全杜绝排放二氧化碳，比如水泥生产就是这种情况，那么，应当借助碳捕集和封存（CCS）技术，将二氧化碳分离出来并加以封存。CCS可以帮助实现90%以上的二氧化碳减排率。

这样看来，在全球经济的各个领域推进电气化转型应是大幅降低温室气体排放量的最佳途径。但是，如果不在减排的同时提高能效，《巴黎协定》的宏伟目标将无法实现。高能效电力驱动系统、热泵、楼宇自控系统、火车等等，以及发电本身，都是如此。譬如，在适用情况下，工业部门都应当使用热电联产（CHP）方式。正如2017年5月《科学》杂志刊登的一篇文章所突出强调的，到2030年，仅提高能效就可将温室气体排放量减少高达50%。

现在，这些创新技术能否创造一个气候变化得到控制的美丽新世界？到2100年，全球升温幅度能否真的控制在2摄氏度以内？尽管这些措施在技术上和经济上是切实可行的，但谁都不能打包票。正如西门子建议书及其他研究所强调的，这些举措的实施离不开国家及国际社会的政治意愿。譬如，德国政府必须构建适当的政治框架，以便确保实现加速淘汰燃煤发电。为促进实现这一目标，德国也需要扶持新的电力市场，为可再生能源发电和低排放技术投资给予优惠，或者引入二氧化碳排放最低限价。