□魏一鳴 王 愷
能源科技創新是應對氣候變化的關鍵途徑
全球氣候變化是21世紀人類面臨的最復雜的挑戰之一。氣候變化的影響是大尺度、全方位、多層次的，氣候變化對自然、生態與環境，乃至人類社會的生存與發展產生重要影響，相對于發達國家，發展中國家受到的影響更大。
全球氣候變暖除了自然因素外，更大程度上是人類活動造成的，這一觀點已經得到越來越多的科學研究結果的支持。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的第三次評估報告認為，全球變暖有66%的可能是人類活動造成的，而第四次評估報告將這一可能性提高到了90%。地球表面溫度與大氣中二氧化碳濃度呈現顯著的相關性。IPCC（2007）的統計數據表明，由于工業革命以后大量化石能源的利用，使得人類生產、生活等活動導致的溫室氣體排放約占全球溫室氣體排放總量的90%以上，其中五個主要的溫室氣體排放部門（能源供應業、工業、林業、農業和交通運輸業）中多數是化石能源相對集中的部門。世界資源研究所（WRI）指出，二氧化碳占全部溫室氣體排放的77%；全部溫室氣體中，61.4%來自能源使用。因此，化石能源的開采與利用是溫室氣體的最主要來源。要應對氣候變化帶來的挑戰，必須從能源問題入手。
從歷史累計排放量來看，中國僅占工業革命以來全部排放量的8.2%，發達國家對溫室效應負有主要責任。中國的人均碳排放量仍然低于世界平均水平，2004年，美國、俄羅斯、日本的人均碳排放分別是中國的5.34倍、2.75倍和2.56倍。中國面臨著國際上越來越大的承擔減排義務的壓力。而中國將在未來較長一段時間內以煤為主的能源消費結構不會改變，煤炭等高排放能源將繼續占據主導能源地位，這愈發需要能源科技創新來應對中國的二氧化碳減排、節能降耗問題。
應對氣候變化是涉及社會（Society）—能源（Energy）—經濟（Economy）—環境（Environment）—科技（Technology）所組成的復雜系統（簡稱SE3T）。科學技術與其他四個方面相互影響，在整個系統當中發揮著重要作用，是解決氣候變化問題的重要因素。科技（Technology）通過提高能源利用效率，發展低排放的替代能源對能源（Energy）產生影響，同時，科技有助于維護和改善環境（Environment）、向社會（Society）提供知識儲備、向經濟（Economy）提供先進科技；另一方面，能源、環境與社會均對科技發展提出迫切需求。
應對氣候變化能源科技創新的若干趨勢
應對氣候變化問題是當前的熱點與前沿研究領域之一，發達國家相繼投入巨額資金開展應對氣候變化的科學與技術研究，占據了氣候變化科技領域的領先地位。國際社會應對氣候變化科技創新有以下4個趨勢：
1. 發達國家在能源科技上的預算投入逐年遞增
上世紀90年代中期以來，IEA國家（International Energy Agency，國際能源機構成員國家）越來越重視能源科技的投資。其政府的研發預算從1997年的91.69億美元，上升至2007年的120.48億美元（2007年美元不變價）。IEA國家對能源效率高度重視，提高能源效率的投資所占總投資比重從1974年的3.92%，上升到2007年的13.05%。核能在IEA國家政府總投資的比重逐步減小，從1974年的74.86%下降到2007年的37.96%。2002年以來，IEA國家在氫能和燃料電池上的投資大幅度增加，從2002年的3200萬美元，迅速增長到2007年的8.47億美元（2007年美元不變價），6年間增加了26倍之多。重視能源效率提高，發展低排放的新能源，是IEA國家能源科技創新的一大趨勢。
2. 二氧化碳捕集與儲存技術越來越受到重視
二氧化碳捕集與儲存技術（CCS）技術從大型穩定排放源中捕集二氧化碳，并將其封存到地層深處，以避免二氧化碳泄露到大氣中去。從長期減排效果來看（到2100年），CCS技術和節能與能效、可再生能源、非二氧化碳能源一起，將發揮重要作用。2008年G8峰會上，發達國家保證到2010年將支持投放20個大規模的CCS示范項目，同時考慮到不同國家情況的多樣性，將會在2020年前開始進行CCS的推廣。2007年，經濟合作與發展組織（OECD）國家在CCS技術上的研發投入比2004年增長了53%。美國在2004～2007年期間對CCS的投入達2.54億美元。美國、法國、加拿大、挪威在CCS技術方面投入大額資金，有望在未來的科技競爭中處在領先位置。
3. 各國紛紛出臺氣候變化科研計劃
目前，有很多跨國家有影響力的國際研究合作計劃。例如由國際科學理事會（ICSU）、世界氣象組織（WMO）、聯合國教科文組織政府間海洋委員會（IOC）聯合資助的世界氣候研究計劃（WCRP），中國科學家發起和運行的季風亞洲區域集成研究計劃（MAIRS）等。這些項目促進了學術界對氣候變化科技問題的認識，推動了氣候變化領域的科技創新。
另外，發達國家也出臺了各自的應對氣候變化科技規劃。
2002年，美國政府能源部、環保局等相關部門在“美國全球變化研究計劃”和CCRI的基礎上聯合發起了“美國氣候變化科學計劃”（CCSP）以統一協調美國的全球變化科學研究行動，從而建立了以CCSP為主的美國全球變化科學研究框架。在奧巴馬提出的總計1019億美元的經濟振興法案中，對能源行業投入451億美元，是獲得資金最多的行業；美國能源部獲得30億美元的研發資金，是獲得研究資金最多的政府部門。在美國的能源投入中，能源效率提高和燃料電池開發占了很大份額。
歐盟框架計劃（Framework Program，FP）第7個研究與技術開發框架計劃（2007～2013年），總預算為50.5億歐元。環境（包括氣候變化）是FP7十大優先研究領域之一，預算為18億歐元。2007年3月，歐盟領導人通過歐盟能源行動綱領。綱領旨在建立具有競爭力的、可持續發展的、安全的能源系統，并在2020年實現以下目標：大幅提高設備的能源效率，降低能源消費20%；提高可再生能源比例，由2007年的7%提高到20%；把生物燃料在汽油和柴油中的比例，由2007年的1%提高到10%；采取政策措施確保碳捕獲與封存技術推廣中的環境安全性，在新的化石燃料電廠部署CCS技術，到2015年在歐洲建設12家大型示范電廠。
這一系列應對氣候變化的科研規劃，顯示了發達國家對氣候變化科學研究的重視，彰顯科技在氣候變化領域的重要作用。
4. 學術界對氣候變化關注度越來越高
學術界對氣候變化領域愈來愈關注，美國、英國與德國是科研成果最豐富的國家，顯示了其科技研究實力。2003～2007年，氣候變化科學研究領域共發表論文15146篇；發文量表現出穩定的增長趨勢，年均增速達16.72%。氣候變化科學研究的特點是：以地球科學為核心，跨自然科學和社會科學的多學科協同發展。能源問題是學術界在氣候變化方面的研究熱點，從應對氣候變化的能源科技到能源政策，都有越來越多的學者予以關注。
能源科技創新值得關注的幾個問題
我國應對氣候變化的能源科技創新，應重點考慮以下幾個問題：
1. 著手長遠，進行前瞻性能源科技創新長遠規劃
氣候變化時間尺度長的特征，使得對科學技術進行長遠規劃尤為重要。從科技創新自身的規律來講，科學技術從無形技術（知識）到有形技術（工廠、設備）的轉換有較長的周期，要面對技術創新到全面推廣的滯后期、資本周轉率的滯后期和基礎設施建設的滯后期。另外，科技隊伍自身的建設也有其內在的發展規律。因此，國家在進行應對氣候變化科技發展規劃時應當著手長遠，高屋建瓴。從更長遠的角度，煤炭石油等固體液體化石能源在能源消費中的比重會逐步降低，新能源所占比重將逐步提高，新能源的推廣與利用需要進行大量的技術革新；這一未來的能源轉換革命，對中國的科技研究提出了嚴峻挑戰。
2. 集中科研力量改善能效，降低中國二氧化碳排放強度
20世紀80年代以來，中國能源強度和碳排放強度整體呈現下降趨勢，但仍高于世界主要國家。提高能源效率可以有效地降低溫室氣體排放，根據IEA的分析，至2050年，終端使用效率提高在不同的減排情境下可以貢獻總減排量的約36%～44%。2003年中國大陸每千瓦時電力和熱力的碳排放為771克二氧化碳，高于全球和OECD國家平均水平，位居全球第22位。從部門的角度，中國化學制品業、非金屬礦物制品業、初級金屬業以及金屬制品業的碳排放強度是美國的5倍之上，迫切需要改進技術水平，縮小與發達國家之間的差距。通過降低排放強度，將會產生明顯的減排效果，有巨大的減排潛力。
3. 加大新能源和可再生能源的研發投資，大力扶持中國低碳能源發展
從投資比重來看，1990年以來，中國能源投資占總投資的比重呈下降趨勢（從1990年的29.01%下降至2003年的13.28%）。從投資結構來看，中國對高碳排放的煤炭、石油天然氣投資比重遠高于IEA國家。相較之下，IEA國家的核能比重一直在40%之上。1985～2004年，美國對可再生能源的投資占其全部投資的16%。因此，中國應當適當調整投資結構，加大對低碳能源的投資力度，保證資金支持，扶持低碳能源發展。
4. 有所側重，關注固體化石能源的減排科技創新
固體化石燃料是中國最大的二氧化碳排放來源，1950年以來其二氧化碳排放比例一直占中國總排放的70%以上。該領域排放量高，減排潛力大，應對其減排科技予以重點關注。除了現有技術的更新與改進，從應對氣候變化的角度，應當對氣候變化相關的關鍵技術進行超前科技儲備，包括CCS化石燃料發電、煤炭—IGCC（整體煤氣聯合循環發電）系統、煤炭—USCSC（超臨界發電）等。
5. 完善引導低碳經濟的政策法規，實現和諧發展
應制定符合中國國情的應對氣候變化能源科技創新戰略。以科學發展觀為指導，以建設人與自然和諧相處的環境友好型社會作為中國氣候變化領域科技發展戰略的最終目標。在制定政策法規時，應把握以下三個原則：
一是綜合治理的原則。應對氣候變化從根本上是為了中國的可持續發展，應當兼顧各種不同的利益與矛盾；二是自主創新的原則。以建立一系列擁有自主知識產權的減緩與適應技術為目標；三是重點突破的原則。選擇具有一定基礎和優勢、對溫室效應影響最大的關鍵領域，超前部署前沿技術和基礎研究，集中力量、重點突破。
氣候變化既是環境問題，也是發展問題，但歸根到底是發展問題。應對和解決氣候變化問題的關鍵是科學技術進步。認識氣候變化規律、識別氣候變化的影響、開發適應和減緩氣候變化的技術、制定妥善應對氣候變化的政策措施等，都需要氣候變化科技工作的有力支撐。為應對氣候變化提供科學的理論，方法與技術方面的知識儲備是一項長期且緊迫的任務。
（作者單位：偉德國際1946bv官網管理與經濟學院/偉德國際1946bv官網能源與環境政策研究中心/中國科學院科技政策與管理科學研究所）
《科學時報》 (2009-11-10 A3 觀察)
