比尔盖茨新书《气候经济与人类未来》精读版​
2021-04-03 13:31:59
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作者:夏虫飞   来源:混沌巡洋舰

本书前言部分的标题叫做《从510亿到0》。510亿指的是目前全人类每年向大气中排放的温室气体的总吨数。这个数字包括二氧化碳和其他各类温室气体,除二氧化碳之外的温室气体,是按照其温室效应的强弱折算成二氧化碳计算的,并且是一个比较粗略的年平均值。0指的是碳中和这一目标。

盖茨指出我们做出这样的转变将是困难的,这种困难在于目前人类的各种生产、生活活动都伴随着温室气体的排放,如果要实现碳中和,日常生活的方方面面都必须有所改变。尤其是很多发展中国家还在努力地实现现代化,伴随着对能源、建材、食品等等日益增长的需求,而发达国家当然也不愿意让生活水平倒退。提高生活水平的需求和降低温室气体排放(乃至碳中和)之间的矛盾是需要解决的根本问题。关于这个问题的两个事实:

1. 照明用电在撒哈拉以南非洲和南亚的一些地区还没有解决,或是直到最近才解决。

2. 每个国家的人均能源消费和人均收入水平二者是正相关的。

盖茨接着简单解释了一下为什么必须以“0”,即碳中和为目标,他是如何一步步加深了这方面的认识。盖茨作为一个计算机科学家,起初对于气候问题并不了解。在与一些环境科学家的交流过程中,他才逐渐意识到,除非我们停止向大气中排放温室气体,否则气温将持续升高,并最终导致灾难性后果。

为了实现零排放,盖茨认为一方面需要进一步投放光伏、风电这些已有的技术,另一方面还需要实现多方面的技术突破。他在这个章节中还介绍了自己在投资、宣传等方面做出的一些努力和挫折。

第一章《为什么是0》

比尔盖茨在这一部分解释了我们为什么必须以净零排放,即碳中和为目标。

"原因很简单,温室气体有保温作用,导致地表平均气温升高。温室气体越多,温度就升高得越多。并且一旦温室气体进入大气中,就会存在很长时间。比如,今天排放的二氧化碳,在10000年后还会剩下五分之一在大气当中,这样一个概念。“ 如果气温持续升高,最终必然导致气候灾难。

为了避免歧义,盖茨对“0”这个数的含义进行了解释。这个0指的是每年温室气体的排放量与吸收量(主要是植物的吸收)基本抵消。在18世纪中叶工业革命还没有出现之前,温室气体基本上处在这种状态下。之后我们开始大量燃烧化石燃料,使得温室气体的排放量远远超出了吸收量。将来如果实现了净零排放,也不代表完全不燃烧化石燃料,不做其他排放温室气体的活动,而是要保证把所有这些排放出来的温室气体完全吸收。而净零这个目标也不是说“100%的减排”是好的,而“99%的减排”就是灾难性的,而是说像“50%减排”这样目标是肯定不够的,因为这无法让气温停止上升,只能延缓气候灾难而不能避免气候灾难。

盖茨在前言部分还举了一个形象的例子,说向大气中排碳就像往浴缸里放水,减少排碳就像是关小水龙头,只要没有实现碳中和,大气中的温室气体还是会不断增加并导致气候继续变暖,就像水龙头虽然关小了但是没有拧紧,最后浴缸里的水还是会灌满溢出来。这里说的实现净零排放就是不仅要关小水龙头,还要拔掉下水塞子。

盖茨接着进一步讨论了关于气候变化的一些科学事实。“一点点就是很多“指的是,一两度的气温升高就足以导致很多麻烦。在上一个冰期时代,气温只比现在低6度;在恐龙时代,气温大约比现在高4度,而那个时候,还有鳄鱼生活在极圈之内。并且”平均温度“这个概念体现不出气温的空间分布和时间波动。当平均气温上升一度的时候,有些地区可能已经上升了两度,而这些地区可能正是人口密集的地区。

不太大的温度升高就会对就会对动植物造成较大的影响。两度的气温升高能够导致脊椎动物的地理分布变化8%,植被变化16%,昆虫变化18%。气温升高对农林牧副渔影响都比较大。

非线性:2摄氏度的气温升高比起1.5摄氏度的气温升高可能要糟糕100%而不是33%。

除了二氧化碳之外还有其他温室气体,如氮氧化物和甲烷。(具有偶极矩的气体分子都具有不同程度的温室效应)甲烷的温室效应大约是二氧化碳的120倍,但是存留时间比二氧化碳要短。为了简便,大家通常用“二氧化碳等效量”来刻画温室气体的量,在换算的时候既考虑短时的影响也考虑长期的影响。

二氧化碳的排放量和气温上升的相关性

科学家已知地球在暖化其后果包括:

每年将会有更多的极端高温天气

海平面会上升

较具破坏性的热带风暴会更加频繁

科学家不知道的:

灾难将在什么时候到来?30年还是50年?

某一次特定的气象灾害是否是由于气候变化导致的?

极端天气、气象灾害彼此会不会相互作用导致更为严重的后果?

已知存在的连锁反应:

更强烈的风暴->水分分布不均->洪涝、干旱

极端高温天气->更多的林火

面对未来可能出现的灾难,我们能做的或者是去适应,或者是想办法避免或者缓解这种情况。这是这本书后面要着重讲的。

第二章《0很困难》

盖茨在这部分讨论了他认为实现碳中和最大的一些困难。

“化石燃料就像水”

两条小鱼在水里游泳,突然碰到一条从对面游来的老鱼向他们点头问好:“早啊,小伙子们,水里怎么样?”小鱼继续往前游了一会儿,其中一条终于忍不住了,他望着另一条,问道:“水是个什么玩意?” -- 大卫.福斯特.华莱士

化石燃料,和其他温室气体的来源,对于人类来说已经像水对于鱼那样透明,没有存在感。当你吃早饭,用来做面包的粮食,需要肥料,而肥料在生产过程中会产生温室气体。用来收割粮食的拖拉机是用钢铁做的,炼钢需要燃烧化石燃料,本身这个过程也会释放温室气体,然后拖拉机要运转还需要柴油。如果你还来一片牛肉的话,养牛会释放温室气体(牛放屁打嗝含有甲烷)。你穿衣服,衣服是棉花做的,棉花生产也用肥料,也要收割。如果是涤纶的,那么原料更是直接来自石油化工。就连卫生纸也是通过砍树得来的,树砍掉最终会释放二氧化碳。

类似上面这些例子盖茨还举了很多,涉及到衣食住行的方方面面。化石燃料无处不在,以石油为例,全世界每天消耗40亿加仑。不管是什么东西,如果每天的使用量是这个量级的,那么肯定不可能一下子就放弃不用。

化石燃料还极其廉价。一杯原油比一杯饮料还要便宜。化石燃料储量丰富,容易运输,相关基础设施成熟,并且它们的价格并没有反映它们对环境的破坏。因此当我们考虑用清洁的,零碳的能源来代替化石燃料的时候,一个关键问题就是要设法让这种新的能源和化石能源一样廉价,或者接近。

在世界各地,人们都在努力提高生活水平,过上更健康、富裕的生活。汽车、道路、建筑、电冰箱、计算机、空调,这些需求都在增长,相应的能源需求也随之增长。一方面人均的能源需求将会增加,另一方面人口数量也在增加,在本世纪末将会达到100亿,并且新增的主要是城市人口。城市建设速度也是惊人的。在未来40年里,在发展中国家每个月都会建设相当于一个纽约的城市规模。这都是好事情,因为这改善了人民的生活水平,但对于环境保护来说是坏事情。想一想,现在是全世界最富有的16%的人贡献了40%的碳排放,将来如果更多的人像那16%的人一样生活会怎样?全球能源需求到2050年将提高50%。

如果因为发达国家排放了太多温室气体而去阻止欠发达国家的发展,这将是不道德的,也是不切实际的。因此我们需要让低收入国家的人民过上更好的生活,同时又不让环境继续恶化。

历史上,人类也曾经从一种能源转向另一种能源,但是这种过程总是需要几十年上百年。最早的能源是人力、畜力,还有木柴。直到1890年代,化石燃料贡献的比例还不到一半。而在撒哈拉以南非洲和亚洲一些地区,这种最初的能源过渡至今尚未发生。我们从1860年代开始商业化生产石油,到半个世纪之后,石油只占10%。天然气也类似,在1900年,它占1%,用了70年达到20%。核能要快一些,从0到10%用了27年。

伴随着能源的过渡,交通工具也要重新设计。内燃机出现于1880年代,到半数城市家庭拥有汽车,美国用了40年,欧洲用了70~80年。

此外,我们今天所需要的能源过渡,其动机与之前的能源过渡有本质不同。之前的能源过渡是因为新的能源形式比旧的能源更廉价、更强大。而今天的新能源自身比较缺乏这种动力。

能源技术不是计算机芯片

相较于电子半导体技术,能源技术的发展周期要缓慢得多。1908年的福特T型车每加仑汽油可行驶21英里,而今天较好的水平大概是每加仑汽油可行驶58英里,提高了不到3倍而已。光伏技术,1970年时候转化效率在15%,现在是25%,算是提高不少了,但是无法与摩尔定律相比。同时,由于能源技术庞大的规模,也使得更新换代的速度不可能太快。在政策方面,能源方面的条文限制也比较多,不像电子产业那么自由。在安全方面,能源技术能容忍的错误也比较小(考虑核电站的问题)。

政策和大众认知的滞后

各国的环保相关的政策、法律大多并没有考虑气候变化,而是主要针对其他问题的。如果不改变这些政策,而试图直接将其应用于温室气体的减排,效果将是微乎其微的。(这个问题盖茨主要是就美国的情况谈的,此处省略)

在对于气候变化的认知方面,尽管有97%的科学家认同“由于人类的活动,气候在发生变化”,依然有相当一部分人不认同这个科学界的共识。这部分人不一定很多,但是掌握着很大的话语权。还有一部分人,他们承认气候变化的事实,但是不赞成下大力气去解决这个问题。比如有些人说:是的,确实在发生气候变化,但是相比起来,我们应该优先解决卫生、教育等等更重要的问题。

盖茨对此的回答是:如果我们不尽快实现碳0排放,大多数人的有生之年内就会发生糟糕的事情,下一代人则会经历非常糟糕的事情。即便气候变化不至于威胁到全人类的存亡,还是会影响到绝大多数人的生活质量,尤其是会让现在最穷的那些人更加贫穷。情况会持续恶化,直到我们停止向大气中排放温室气体。因此碳中和这件事情的优先级应该与卫生、教育相当。还有些人说:是的,气候变化是真实的,结果是糟糕的,但是我们已经有足够的办法解决这个问题了,我们有光伏,我们有风电,潮汐发电和其他技术手段,等到情况真的迫切的时候我们去投入这些技术就好了。盖茨说:将在第四到第八章回答这些人,简而言之,我们确实有一些技术手段,但是还远远不够。

总之,实现碳中和这件事情规模前所未有的大,时间前所未有的紧迫,需要科学和工程方面大量突破性的发展。需要在全社会达成前所未有共识,还需要配套的政策予以支持。需要整个能源系统的彻底改变,同时又满足现有的全部需求。所以这很难,但是盖茨让我们不要失去信心,我们能够做到。

第三章 《如何就气候问题展开有意义的对话》

前面说过了,目前全人类每年向大气中排放的温室气体为510亿吨。这样的一个庞大的总数就决定了,在涉及气候问题的谈话中,我们会经常遇到一些让我们难以把握的庞大数字。对于经常要考虑要不要投资某一个气候相关的项目的比尔盖茨来说,他需要一个思维框架来帮助自己不被这些数字所迷惑。这里,盖茨说他总是会提出五个问题:

我们讨论的这个问题占510亿吨中的多少?

比如,欧洲一个排放贸易项目每年在航空领域减少1700万吨的温室气体排放,这看起来像是一个很大的数字,但是如果除以510亿吨的话,大约是0.03%。那么这个贡献大不大呢?盖茨说这还取决于这个项目的发展趋势,是会减排越来越多,还是一直保持1700万吨?有时候像这种问题的答案就不太明显。

在重点新能源领域,盖茨说他只投资那些每年能带来5亿吨以上减排的新技术(假设进展顺利的情况下),差不多占总排放量的1%。如果在理论上一个技术永远解决不到1%的温室气体的话,则盖茨认为不应该为这个技术投入他们有限的资源。

你们的水泥从哪来?

当讨论一个针对气候变化的复杂计划的时候,我们需要考虑人类活动产生温室气体的方方面面。有时候我们的注意力会集中在一小部分上,比如电力、汽车,但是实际上汽车产生的温室气体只占所有交通运输排放量的不到一半,交通占总排放量的16%。而仅仅生产钢铁和水泥产生的温室气体就占到总排放量的10%。“你们的水泥从哪里来?”这个问题其实实在说,不要只注意到电力和汽车,还要考虑其他因素。

人类活动产生的温室气体可以分为以下几个方面:

* 生产制造(水泥、钢材、塑料): 31%

* 电力:27%

* 农业、畜牧业:19%

* 交通:16%

* 取暖和制冷:7%

这个分法并不是唯一标准,但是非常有用。值得注意的是,电力这一部分虽然只占27%,但是相关的技术方案却是最多的,并且电力渗透在其他方面当中。如果我们实现了清洁的电能,我们就可以考虑用电力去代替一些目前采用化石燃料作为能源的领域,比如电动车,电加热,电制冷,以及作为生产用的能源。仅仅靠电力技术并不能实现碳0排放,但是确实是很重要的一方面。

我们在讨论多大的功率?

在讨论电力的时候常常会遇到关于功率的数字。比如某个发电厂装机量500兆瓦,这500兆瓦是多少?记住一些典型的数字有助于我们的理解。

1吉瓦 = 1000兆瓦 = 1000000千瓦 = 1000000000瓦

* 一个灯泡:40瓦

* 一个吹风机:1500瓦

* 一个普通发电站:几百兆瓦

* 三峡水电站:22吉瓦

* 一个普通美国家庭:1千瓦

* 一个小镇:1兆瓦

* 一个中等城市:1吉瓦

* 全美国:1000吉瓦

* 全世界:5000吉瓦

这样当我们看到“千瓦”这个单位的时候可以想象一户人家,看到“吉瓦”的时候,想象一个城市,几百吉瓦的话,想象一个较大的国家。

你需要多大的空间?

一些能源需要的空间远大于其他能源,有时候这一点很重要。这个时候需要考虑功率密度的概念,即单位面积的发电功率(瓦特/平方米)。

* 化石燃料:500 - 10000

* 核能:500 - 1000

* 太阳能:5-20

* 水电:5-50

* 风电:1-2

* 木柴:<1

这里值得注意的是太阳能的功率密度比风电高不少。

成本有多高?

之所以现在我们的温室气体排放这么高,是因为化石燃料非常便宜,是所有技术选项中最便宜的,这意味着在我们过渡到清洁能源的过程中会增加一定的成本。这个增加的成本盖茨称之为“绿色溢价(Green Premiums)"。在各种对话中,盖茨总是会把“绿色溢价”记在心上。比如,每加仑航空燃油的价格是2.22美元,生物燃油每加仑5.35美元,则这里的绿色溢价为每加仑3.13美元,140%+。在极少数情况下,绿色溢价也肯能是负的,即新能源更便宜,但是由于政策等原因未能全面普及。

在衡量一个项目的时候,很重要的一点就是考虑其绿色溢价是否能被大家所接受。同时,一个技术的绿色溢价也代表了这个领域的成熟程度:哪些技术是我们应该着手布署的,哪些技术还需要决定性的突破。

问:当我们有多个零碳的选项时应该选择哪一个?答:选择绿色溢价低的那个。

问:我们在哪些方面需要加大研发投入?答:在绿色溢价高的那些领域。这些领域同时也存在着巨大的潜在市场。

当有更新的技术出现时,我们也可以根据这个技术把绿色溢价降低了多少来衡量这项技术的重要程度。

在该书之后的章节,第四到第九章,从电力、生产制造、农业畜牧业、交通、取暖制冷这个几个方面介绍我们已经有的技术工具和需要实现的技术突破。 第十和第十一章论述政府部门应当采取的步骤。第十二章谈一谈个人能做的事情。

应对全球变暖,是全球人类共同行动的挑战,是短期利益与长期福祉之间的巨大冲突。盖茨的这份宣言本身也因此成为一对矛盾体,恰恰由于他对全球变暖问题剖析地细致入微,就更凸显他所提倡的宏伟目标有多么堂吉诃德式。

 
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