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近期，英國皇家學會發(fā)布一系列簡報，提出了加快實現(xiàn)溫室氣體凈零排放、提高應對氣候變化能力的12個科學技術(shù)問題[1]。該項工作組織協(xié)調(diào)了20多個國家的120多位不同學科專家參與，針對12個技術(shù)領(lǐng)域概述了到2050年實現(xiàn)凈零排放的研發(fā)部署優(yōu)先事項，為政府決策提供參考。詳情如下：

1、下一代氣候模型

建立地球氣候模擬系統(tǒng)是過去半個世紀的偉大科學成就之一。最近的研究表明，新一代高分辨率模型可以顯著提高氣候緩解和適應相關(guān)信息的質(zhì)量，涵蓋從全球和區(qū)域氣候影響到極端天氣和嚴重的氣候變化風險。應通過開展國際合作，建立一個基于百億億次計算和數(shù)據(jù)設施的國際下一代氣候建模中心，實現(xiàn)分辨率和計算能力的跨越式發(fā)展，充分了解公里范圍內(nèi)的氣候變化對全球的影響，以支持凈零技術(shù)路線圖和氣候適應方面的投資。通過與該設施建立合作伙伴關(guān)系和開展協(xié)作，世界各地的國家氣候建模和服務將達到新的水平。為確保最新預測結(jié)果的采納和使用，該設施還可以包含專用的運營數(shù)據(jù)服務，采用數(shù)據(jù)分析和信息科學領(lǐng)域的最新數(shù)字技術(shù)，例如人工智能、機器學習和先進可視化等?？赏ㄟ^“孵化器”推動可持續(xù)發(fā)展，激發(fā)下一代建模的新想法，通過“開放數(shù)據(jù)實驗室”在基于數(shù)據(jù)云和應用程序編程接口的前沿數(shù)字解決方案方面推動公私合作，培訓氣候模型信息的開發(fā)人員和用戶。

2、碳循環(huán)

當前，人類已經(jīng)對地球碳循環(huán)有較多了解，例如陸地和海洋作為碳匯吸收了超過半數(shù)的人類活動碳排放，但無法保證如此大量的吸收會持續(xù)下去。因此，需進一步深入了解，碳匯是否能在歷史水平上繼續(xù)封存二氧化碳（CO2）。碳匯的未來將取決于大氣中的CO2水平及其上升或下降的速度、氣候變化的影響以及可能的直接人類干預。保護碳匯，尤其是森林，對于維持其功能至關(guān)重要。預計在高碳排放的未來，氣候變化將產(chǎn)生最大和最不確定的影響。通過人為干預增強自然碳匯對于實現(xiàn)凈零排放至關(guān)重要，包括可持續(xù)造林、重新造林、農(nóng)業(yè)土壤管理和泥炭地恢復。提高對碳循環(huán)理解的研究應包括：通過現(xiàn)場和衛(wèi)星數(shù)據(jù)對大氣、陸地和海洋進行連續(xù)觀測監(jiān)測；更好地了解碳匯的潛在不穩(wěn)定性，以及開發(fā)更全面表征碳循環(huán)復雜性的模型。

3、數(shù)字技術(shù)

基于大量數(shù)據(jù)，計算科學有可能創(chuàng)建“數(shù)字孿生”，模擬和優(yōu)化多個經(jīng)濟部門，到2030年顯著減少碳排放。數(shù)字技術(shù)可以通過在全球經(jīng)濟中實現(xiàn)減排并限制計算本身造成的排放，在低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。特別是，有機會將政府、學術(shù)界、工業(yè)界等聯(lián)合起來，創(chuàng)建一個“數(shù)字孿生地球”或“地球運行控制回路”，并將真實世界運行數(shù)據(jù)反饋回模型中迭代更新，通過模擬、優(yōu)化和改變經(jīng)濟活動，以最大限度地減少排放和提高效率。“凈零計算”可以在全球、區(qū)域和國家凈零戰(zhàn)略中發(fā)揮重要作用。數(shù)字技術(shù)部門的用電量和碳足跡，包括隱含排放量，應與其收益成正比。在數(shù)據(jù)標準、質(zhì)量和監(jiān)管方面加強全球協(xié)調(diào)將能夠?qū)崿F(xiàn)可靠地收集、共享和使用相關(guān)數(shù)據(jù)，從而更好地量化溫室氣體排放，并支持減少排放的應用。同時，可以在城市、區(qū)域、國家乃至全球?qū)用鎰?chuàng)建自然和經(jīng)濟系統(tǒng)的“數(shù)字孿生”，以最大限度地減少排放，提供決策信息并促進可持續(xù)發(fā)展，還可有助于政府探索“假設”情景和干預措施的影響。全球協(xié)作對于為凈零系統(tǒng)的計算和數(shù)據(jù)基礎設施建立可信賴的治理框架至關(guān)重要。科技行業(yè)應以身作則，科技公司應公開報告其能源使用情況以及直接和間接排放量，并優(yōu)化可再生能源的使用。需改進全球研究和創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)以支持相關(guān)技術(shù)進步，并利用由政府推動的免費或低成本“數(shù)字共享”平臺。

4、未來電池儲能解決方案

未來凈零世界中，低碳交通和穩(wěn)定的電力供應需要更強大、更持久、更快充電的電池?？沙掷m(xù)的未來電池還需要使用儲量豐富的材料和零碳制造工藝。電池是存儲可再生電力的最有效方式，但目前技術(shù)進展尚不適用于大規(guī)模儲能。鋰離子電池是短期內(nèi)最可行的電池儲能技術(shù)，相關(guān)研究重點是提高能量密度、降低成本、延長壽命、提高充電安全性和速度，以及電池的回收和再利用。長遠來看，研究人員正在探索使用其他材料和技術(shù)的下一代電池，以實現(xiàn)更廣泛、經(jīng)濟的電氣化。國際合作與協(xié)調(diào)應側(cè)重于識別和試驗新的資源豐富的材料，以降低成本、擴大電池使用并最大限度地減少電池生產(chǎn)對環(huán)境的影響。如果足夠重視，未來將開發(fā)出成本更低、能量密度更高的全新電池。

5、低碳供熱和制冷

供熱和制冷占能源相關(guān)碳排放量的40%，住宅、商業(yè)和工業(yè)環(huán)境中的低碳供熱和制冷技術(shù)處于不同發(fā)展階段，部署進展緩慢。需通過提高能效、應用清潔技術(shù)替代化石燃料供熱和制冷，以及在熱能儲存和運輸方面進行創(chuàng)新來減少排放。不同國家需要一系列方法來減少供熱和制冷碳排放，但還有更大的國際合作和網(wǎng)絡互聯(lián)的空間。通過改進隔熱、熱反射和其他方式，以降低建筑物供熱和制冷能耗，是任何脫碳計劃的首要目標。與化石能源相關(guān)技術(shù)相比，許多低碳供熱和制冷技術(shù)還處于起步階段，需要大量的示范和部署來測試其成本效益。低碳供熱和制冷的研究、開發(fā)和部署關(guān)鍵領(lǐng)域包括：熱泵、電加熱器、區(qū)域系統(tǒng)、可再生能源供熱和氫氣。

6、通過氫和氨應對凈零挑戰(zhàn)

氫和氨在凈零經(jīng)濟中具有重要的潛在作用，這兩種燃料都是多功能的，能夠以多種方式生產(chǎn)和使用，且能夠由可再生能源生產(chǎn)并應用于難以脫碳的領(lǐng)域，如重型運輸、工業(yè)和供熱，并可作為能源存儲和運輸?shù)慕橘|(zhì)。目前，氫和氨已經(jīng)廣泛用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)，但其生產(chǎn)具有較高的溫室氣體足跡。通過對現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)的脫碳，可以顯著減少溫室氣體排放。兩種燃料都面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)，包括生產(chǎn)、儲存和使用方面，特別是實現(xiàn)凈零生命周期排放的成本問題。需要進一步的研究、開發(fā)、示范和部署，以確定氫和氨在實踐中可以產(chǎn)生重大影響的領(lǐng)域。在重工業(yè)和重型車輛、鐵路和航運以及儲能等行業(yè)，應優(yōu)先示范氫和氨，其具有較大潛力成為經(jīng)濟高效的低碳替代品。通過工業(yè)合作伙伴集群進行大規(guī)模示范最具成本效益，此類方式通常適用于港口地區(qū)，尤其是與海上風電的集成。國際合作，包括基礎設施合作，有助于在當前試點項目的基礎上擴大部署，而且應與研究相結(jié)合以推動進一步的創(chuàng)新。

7、碳捕集與封存（CCS）

CCS對于在使用化石燃料或以任何方式釋放碳的經(jīng)濟體中實現(xiàn)凈零排放至關(guān)重要。研究表明，大多數(shù)可能的凈零排放路線都需要CCS來實現(xiàn)。CCS是電力和工業(yè)部門脫碳的成熟技術(shù)選擇。對于重工業(yè)等難以脫碳的領(lǐng)域，CCS可能是降低碳排放的最后一道防線。CCS已經(jīng)過全球工業(yè)規(guī)模驗證，是一種可靠、安全且可審核的碳封存方法，至少可封存10 000年。但目前CCS建設速度太慢，無法滿足所需規(guī)模。全球碳捕集能力約為4000萬噸CO2/年，其中只有25%被地質(zhì)封存以緩解氣候變化，需要加快部署來加速降低成本和擴大技術(shù)規(guī)模。隨著CCS部署經(jīng)驗的積累，建立具備多個碳捕集站點的集群，通過共享管道或運輸將CO2輸送到共享封存地，是一種共享和降低單位成本的方法。目前正在建設和規(guī)劃此類CCS項目。對新型捕集技術(shù)的研究有望在未來降低成本，但可能需要幾十年才能商業(yè)化。CO2去除技術(shù)，包括負排放技術(shù)，如帶有碳封存的直接空氣碳捕集（DACCS），有助于在本世紀中葉實現(xiàn)廣泛認可的凈零排放目標。個別國家或團體可以通過補貼或?qū)嵤┨级愐怨膭頒CS技術(shù)發(fā)展。另外，為了可靠地封存足夠的碳，可能需要碳供應商承擔封存義務。

8、氣候彈性和適應性

即使全球溫升被限制在1.5℃以內(nèi)，人類生計和基礎設施也會越來越多地受到氣候變化和極端天氣的影響，這可能導致數(shù)百萬人流離失所。氣候適應相關(guān)成本會隨氣溫升高而增加，因此應投資于氣候適應性，通過更好的預測、適應氣候變化的基礎設施和基于自然的解決方案增強氣候適應性。應通過科學研究和專業(yè)知識，在未來20年支持建設預計94萬億美元的基礎設施以抵御氣候變化，投資于能夠最可靠降低氣候風險的領(lǐng)域。基于自然的解決方案（保護、恢復和可持續(xù)管理生態(tài)系統(tǒng)）可以保護社區(qū)和基礎設施免受氣候變化影響，增強人類適應進一步變化的能力，并有助于減緩氣候變化。下一代氣候和天氣模型將提供當?shù)貧夂蛴绊懴嚓P(guān)的詳細信息，有助于改進早期預警系統(tǒng)，并可納入備災和長期適應工作。對現(xiàn)場觀測平臺的投資有助于改善預報初始條件，并為預報和模型預測提供“地面實況”。下一代模型和跨學科研究也可以在估計跨尺度適應成本（目前尚未準確量化）以及評估替代適應策略的功效方面發(fā)揮重要作用。根據(jù)聯(lián)合國的分析，氣候融資總額的50%應該用于增強氣候彈性和適應全球變暖的影響。

9、氣候變化與土地

以可持續(xù)的方式保護、恢復和管理土地有助于實現(xiàn)凈零排放目標以及適應氣候變化的影響。到2050年，將全球溫升控制在1.5-2℃所需的凈減排量，陸地可以占到20%-30%，但只有與化石燃料的快速和深度減排相結(jié)合才能有效。陸地減排的優(yōu)先事項是保護現(xiàn)有的富含碳的生態(tài)系統(tǒng)、恢復退化的生態(tài)系統(tǒng)以及改善農(nóng)業(yè)和林業(yè)管理。有效的陸地氣候緩解和適應方案將涉及當?shù)厣鐓^(qū)，并有助于實現(xiàn)多個聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標。研究表明，健康、富含植物的飲食和減少食物浪費將減輕產(chǎn)糧土地的壓力，為解決氣候變化和增強生物多樣性提供空間。更清晰的監(jiān)測和標準表明，基于陸地的減排方案正在實現(xiàn)真正的溫室氣體減排，應鼓勵政府、企業(yè)和其他方提供資金。進一步的研究將確定基于陸地的減排方案良好做法和績效指標，包括考慮對當?shù)厝嗣窈蜕鐓^(qū)的益處。

10、彈性糧食生產(chǎn)

全球糧食系統(tǒng)約占人類活動溫室氣體排放量的1/3。因此，需在實現(xiàn)糧食安全、增強抵御氣候變化影響的同時減少排放，在飲食改變、可持續(xù)農(nóng)業(yè)實踐和食品生物技術(shù)創(chuàng)新方面開展活動。決策者、農(nóng)業(yè)社區(qū)和科學家有機會共同努力消除饑餓，并在凈零排放背景下實現(xiàn)糧食安全和營養(yǎng)，包括減少糧食系統(tǒng)排放、提高其復原力和保護生物多樣性。研究表明，氣候影響與糧食生產(chǎn)和消費之間存在關(guān)聯(lián)，糧食、農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖應遵循戰(zhàn)略系統(tǒng)方法，這將有助于實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標。鑒于糧食系統(tǒng)對環(huán)境的多方面影響，決策者必須解決飲食問題及其對氣候的影響，同時考慮經(jīng)濟和社會因素。需要研究和開發(fā)支持可持續(xù)、創(chuàng)新、氣候智能型的全球糧食生產(chǎn)系統(tǒng)，關(guān)鍵領(lǐng)域包括農(nóng)林業(yè)的最佳實踐，減少腸道發(fā)酵的措施，以及開發(fā)可持續(xù)提高產(chǎn)量的新作物品種。在氣候變化時期，生物技術(shù)在提高質(zhì)量和產(chǎn)量，以及對抗病蟲害、高溫和干旱方面取得了特別快速的進展。要實現(xiàn)具有低溫室氣體排放的彈性糧食系統(tǒng)，需要充分運用科學技術(shù)，從基礎研究和開發(fā)到技術(shù)和農(nóng)業(yè)實踐的示范和部署，并與農(nóng)業(yè)部門密切合作。

11、氣候變化與健康

氣候變化直接和間接影響人類健康，影響程度將隨著時間的推移而增加，嚴重程度將取決于為緩解和適應氣候變化而采取的行動。氣候變化的驅(qū)動因素，例如化石燃料燃燒，也會對人類健康產(chǎn)生負面影響。因此，為緩解和適應氣候變化而采取的行動將通過多種途徑在近期和長期內(nèi)有益于人類健康。促進更廣泛地采用更可持續(xù)和可負擔的食物并減少浪費，可以改善人類健康并保護自然環(huán)境。清潔可再生能源替代化石燃料、零排放汽車等措施可減少空氣污染以保護人類健康。緩解和適應氣候變化的“基于自然的解決方案”也可以對身心健康產(chǎn)生多種益處。面對氣候變化，還需要有效的適應和復原策略來盡可能保護健康，包括能夠更好地應對極端事件和疾病爆發(fā)的監(jiān)測、預警系統(tǒng)以及衛(wèi)生系統(tǒng)。

12、政策選擇和經(jīng)濟前景

政策和經(jīng)濟工具在凈零技術(shù)部署方面發(fā)揮著重要作用。國際社會正處于一個獨特的時刻，從新冠疫情中復蘇為應對氣候變化和實現(xiàn)凈零排放提供了機會。應對氣候變化挑戰(zhàn)需要世界經(jīng)濟迅速和協(xié)調(diào)一致的轉(zhuǎn)型，隨著越來越多國家做出凈零承諾，需采取措施將承諾轉(zhuǎn)化為具體行動計劃。在個別國家，可以通過確定“敏感干預點”來實現(xiàn)減排。通過部署諸如邊境碳調(diào)節(jié)等機制，在已采取積極脫碳政策的國家和尚未采取措施的國家之間創(chuàng)造公平競爭環(huán)境，可以實現(xiàn)更大程度的行動協(xié)調(diào)?？鐚W科研究有助于為應對氣候變化和其他相關(guān)挑戰(zhàn)所需的社會和環(huán)境轉(zhuǎn)型提供信息。