2005年11月底，世界各國齊聚剛受創(chuàng)的巴黎，一同敲定減緩全球氣候變暖的承諾。任何一個長遠的解決方案都需要為全球能源系統(tǒng)“脫碳”——即過渡到極少使用或者不用化石燃料的能源。

 

這樣轉型過程速度能有多快？我們又可以做些什么來加快這種過渡？回顧其他基礎設施的歷史也許可以為我們提供一些線索。

 

能源基礎設施

 

“脫碳”是人類有史以來遇到的最大的有關基礎設施的問題。這個問題不僅關系到能源生產(chǎn)，還涉及到交通、照明、供熱、制冷、烹飪以及其他基本的系統(tǒng)和服務。世界上化石燃料基礎設施不但包括油氣井、煤礦、巨型油輪、油氣管道和煉油廠，還包括了數(shù)百萬的移動電話、加油站、油罐車、儲氣庫、發(fā)電站、礦車、供暖系統(tǒng)、爐灶和烤箱。

 

對美國來說，所有這些基礎設施的總價值大約是10萬億美元，約占國內(nèi)生產(chǎn)總值的三分之二。規(guī)模如此巨大，造價如此昂貴，是不可能在一年或者幾年內(nèi)完全完成更新的。這個過程將會花上幾十年。

 

然而好消息是，事實上所有的基礎設施的使用壽命都是有限的。2010年的一項研究提出問題：“如果不對現(xiàn)有的能源基礎設施進行更新，而是等到它們使用壽命自然終結，又會是怎么樣的情況？”

 

答案令人吃驚：如果把每個壽命到了的燃煤電站都更換成太陽能、風能或者水能電站，每一輛報廢的汽車用電動車代替，依此類推，我們能恰好保持不跨過行星安全線。

 

根據(jù)該項研究，如果繼續(xù)使用現(xiàn)存的基礎設施直至其壽命到期，并不會加快讓全球升溫2攝氏度（這一溫度被許多科學家認為是可接受的氣候變化的上限）的進程。

 

當然，問題是我們并未開始行動。相反，我們在更多同樣的基礎設施來替換那些到期的，而且還在開掘更多的礦井，建造更多建筑時。但這種現(xiàn)狀是可以改變的。

 

從起飛到增建：30~100年的時間線

 

本人還有基礎設施歷史學家觀察到了一個典型的模式。一個緩慢創(chuàng)新的階段后會出現(xiàn)一個“起飛”階段，在此期間，新的技術系統(tǒng)迅速建立起來并被整個領域采用，直到基礎設施穩(wěn)定在“增建”階段。

 

這個時間模式在不同基礎設施的發(fā)展過程中驚人地類似。在美國，運河、鐵路、電報、輸油管道和鋪設道路的起飛階段持續(xù)了30~100年。而廣播、電話、電視和網(wǎng)絡的起飛階段則可以持續(xù)30~50年。

 

基礎設施的歷史暗示可再生電力生產(chǎn)的“起飛”階段已經(jīng)開始，并且進展十分迅速，尤其是當政府支持這一目標的時候。

 

目前，太陽能和風能電站的建設速度比采用其他能源的電站都要快，2009-2014年間，它們在全球的年增長率分別為50%和18%。這些能源都可以利用現(xiàn)有的基礎設施，將電力注入到電網(wǎng)中（盡管管理人員需要用負載均衡技術來處理這類能源不穩(wěn)定的發(fā)電功率）。但是風能和太陽能同樣可以給獨戶、農(nóng)場和偏遠地區(qū)提供“離網(wǎng)”電力，因為這些能源具備獨特的靈活性。

 

 一些國家，尤其是德國和中國，已經(jīng)做出了使用可再生能源的承諾。

 

德國目前使用的電力有25%是來自可再生能源，使全國的總碳排放量減少了25%（與1990年相比）。中國目前的太陽能發(fā)電量已經(jīng)是世界上第一，2014年裝機容量超過了3000萬千瓦，在2015年底達到4300萬千瓦的目標。在2010年和2015年之間，澳大利亞太陽能光伏的發(fā)電能力從13萬千瓦增長到了470萬千瓦，年增長率達到96%。

 

與其他輔助的技術，例如電動車、高效LED（發(fā)光二極管）照明、地熱采暖和制冷相結合，上述轉變可能讓我們更接近碳平衡的目標。

 

基礎設施30~100年的發(fā)展過程是否可以加速？一些指標表明了答案是肯定的。

 

首先，對于電力系統(tǒng)來說，只有能源需要更新；電網(wǎng)——電線桿、電線和其他傳輸電力的裝置——需要改變管理方式，但并不用從頭開始重建。其次，欠發(fā)達國家可能通過利用可再生能源技術來“躍過”整個舊基礎設施的階段。

 

類似的事情在不久前曾經(jīng)發(fā)生過。比方說，自2000年以后，移動電話網(wǎng)絡已經(jīng)在大部分發(fā)展中國家普及——這些國家沒有鋪設緩慢、昂貴且脆弱的固定通信線路，其中一些將永遠不會在主要城市外鋪設這類線路。

 

在電力領域，與此類似的是用太陽能電池板和小型風機為建筑物、農(nóng)村、臨時安置點等輸送電力，這些設施可以在任何地方安裝且不需要長距離的輸電線。這在發(fā)展中國家也已經(jīng)被廣泛地應用。

 

然而在發(fā)達國家，過渡到使用可再生能源的階段可能要花更長久的時間。因為在這些地方，不僅僅是設備，還有專業(yè)技術、教育、金融、法律、生活方式和其他社會文化制度都支持并依賴基于化石燃料的能源基礎設施。所有的這些都得適應改變。

 

某些產(chǎn)業(yè)——特別是大型的煤礦、石油和天然氣工業(yè)——在這個轉變中會失去很多東西。這些歷史性的承諾會遭遇強大的政治阻力，就如同我們今天在美國所見到的一般。

 

棘手問題頗多，包括來自化石燃料的競爭

 

能源基礎設施的問題當然不是僅有的挑戰(zhàn)。實際上，脫碳的過程也會遭遇許多艱巨的技術難題。

 

為老建筑增加隔熱層、提高燃油經(jīng)濟性和安裝更多的高效電氣裝置是目前效益最高的減少碳排放量的方式，但是這些方式已經(jīng)無法激發(fā)人們的熱情，因此很難宣傳推廣。

 

現(xiàn)在以及可預見的未來，還沒有哪種能源是真正“零碳”的，開采原材料和運輸成品時仍在使用化石燃料驅動的設備用，這些成品包括太陽能電池板或者是風力渦輪機等可再生能源系統(tǒng)。

 

電力是非常靈活的能源形式，但是如何儲存它仍然是個懸而未決的難題；當今最好的電池技術需要鋰這個相對稀有的元素。盡管相關的研究很多，電池仍然昂貴且沉重，充電過程也很耗時。

稀土元素非常稀有，目前僅有少數(shù)幾個地方出產(chǎn)，而它們對于風力發(fā)電機和其他可再生能源技術非常重要，這不可避免地給未來的供應帶來了隱憂。

 

最后，在許多場合下，燃燒石油、煤和天然氣還是會成為最簡易和便宜的供電方式。

 

舉個例子，大部分的運輸方式比如跨大陸船運、空運和長途貨運都很難改為利用可再生能源。生物燃料可以幫助減少這些運輸方式的碳排放量，但是栽培用于生物燃料的植物會與糧食作物或野生環(huán)境爭奪土地。

 

原則上來看，完全使用可再生資源來滿足全世界能源需求的最終目標仍然是可實現(xiàn)的。最近的一項重要研究發(fā)現(xiàn)所有的能源需求可以毫無困難地通過風能、水能和太陽能來滿足，只要銷售價格不比現(xiàn)在的能源系統(tǒng)高。

 

基礎設施也是一種社會責任

 

加速脫碳的過程不可能簡單地通過技術的革新來實現(xiàn)，因為基礎設施并不只是技術系統(tǒng)。它們代表了由相輔相成的金融、社會和政治形成的復雜網(wǎng)絡，而每一個組成部分又都有悠久的歷史和忠實的支持者。由于這個原因，重大的變化會造成實質性的文化轉變和政治斗爭。

 

從文化方面來看，可能激發(fā)變革加速的口號是“能源民主”：這個概念可以解釋成人們可以并且應當在家里或者其他地方，小規(guī)模地生產(chǎn)他們自己的能源。

 

新的建筑技術和太陽能電池板的低廉價格已經(jīng)為我們帶來了在普通人經(jīng)濟能力所能承受范圍內(nèi)的“零耗能”房屋（房屋自身生產(chǎn)的能量與居民消耗的能量近乎一致）。這些房屋是德國野心勃勃的能量轉型計劃的一部分，或者，更具體地說是它遠離化石燃料的能源轉型計劃的一部分。

 

從基礎設施的歷史看，在新技術從大公司和政府機構擴散到個人和中小型企業(yè)時，起飛階段的進程通常會加速。20世紀早期的電力和20世紀90年代的互聯(lián)網(wǎng)就是典型的例子。

 

在澳大利亞昆士蘭，現(xiàn)在有超過20%的家庭在自己發(fā)電。這個例子說明了一種可能性，那就是屋頂太陽能在成為新的社會規(guī)范時要躍過的“臨界點”已經(jīng)在一些地方達到了。實際上，最近的一個研究發(fā)現(xiàn)，判斷屋主是否會將太陽能發(fā)電板安裝到房屋里的最佳依據(jù)是他的鄰居是否已經(jīng)裝了太陽能電池板。

 

難題重重

 

許多不同的政策手段可以幫助減少能源消耗，并增加可再生能源在能源結構上的比重。

 

可以被調整建筑法規(guī)，要求每一戶人家都使用屋頂太陽能發(fā)電，或將標準上調到LEED（美國能源與環(huán)境設計先鋒獎）“綠色建筑”的標準。逐漸增加煙塵排放稅或者限制排放上限（已經(jīng)存在于一些國家當中）將會在激勵創(chuàng)新的同時，減少化石燃料的消耗和促進可再生能源的使用。

 

在美國，從政治角度看，至少取消對化石燃料的補貼要比征收碳排放稅更易于減排，而兩者成本卻是相近的。

 

奧巴馬政府的清潔能源計劃要求燃煤發(fā)電廠減少碳排放量，這是一種合適的政策。這個計劃是逐步提進的，給了電力公司足夠時間來進行調整，也給仍不成熟的碳捕獲和存儲系統(tǒng)時間來發(fā)展。美國環(huán)境保護局估計，在應對氣候變化上，這項計劃將產(chǎn)生200億美元的效益，在國民健康上的收益折合140~340億美元，同時可以減少開支。

 

因為溫室氣體的來源有很多，如農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、制冷劑和森林砍伐（這里僅舉幾例），對于全球經(jīng)濟來說，脫碳比過渡到可再生能源要做更多的工作。

 

本文僅強調了這個巨大難題中的一個方面，但是對基礎設施前景的展望可以幫助我們思考這些問題。

 

基礎設施的歷史告訴我們，脫碳的進程并不會如我們所愿地那么迅速。但是與此同時也告訴我們有許多方式可以加速這個進程，而且當?shù)诌_臨界時刻時，這個進程會變得非?？臁＃ǚg：季韜 審校：輔平萍）

 

作者介紹：

保羅·N·愛德華茲（Paul N Edwards）是密歇根大學信息學和歷史學教授。

 

原文鏈接：

http://theconversation.com/how-fast-can-we-transition-to-a-low-carbon-energy-system-51018