溫室氣體和空氣汙染物協同治理研究展望

2020-12-24 全國能源信息平臺

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摘要:溫室氣體和空氣汙染物的協同治理是一種雙贏的策略。自協同效應的概念提出以來,大量研究對溫室氣體和大氣汙染之間的協同減排技術、措施、潛力等方面進行了評估。本研究回顧了協同治理理論的發展歷程、典型案例以及重要的政策實踐,在此基礎上討論了當前研究與實踐的特點,並對未來研究提出了建議。典型案例涉及能源、交通、工業和居民部門,政策實踐討論了溫室氣體和空氣汙染協同治理政策的主要類型及其實施情況。從損失評估、協同機理、高精度排放清單及模擬等角度對未來促進協同治理的研究提出了方向建議。

引言

我國當前面臨的打贏藍天保衛戰、實現綠色低碳發展的重要任務,需要同時做好大氣汙染防治和溫室氣體減排工作。在《大氣汙染防治行動計劃》的推動下,我國空氣品質明顯好轉,但由於產業結構偏重、能源結構偏煤、運輸結構偏油等問題沒有得到根本解決,臭氧、硝酸鹽、銨鹽和黑碳等大氣汙染的防治任務仍然艱巨。在溫室氣體減排方面,2005年中國超過美國成為全球溫室氣體排放量最大的國家,2013年中國人均碳排放達到了7.2噸,超過了歐盟的6.8噸。2015年6月,中國為推動《巴黎協定》達成,提出了「到2030年,單位國內生產總值(GDP)二氧化碳排放比2005年下降60%~65%」「二氧化碳排放在2030年左右達到峰值並爭取儘早達峰」等應對氣候變化的國家自主貢獻目標。但我國能源消耗型工業佔比較高,城鎮化過程仍在持續推進,預計短期內仍有大量的能源消耗需求。同時,產業升級、非化石能源體系的建立和推廣等過程耗時長、成本高。在此背景下,中國控制溫室氣體排放的壓力較大。

在嚴峻的現實需求和積極的宏觀政策號召下,深入探討我國溫室氣體和空氣汙染物的協同治理問題具有重要的意義。首先,協同治理有利於降低大氣汙染防治和溫室氣體減排的總成本。從長遠來看,要實現溫室氣體排放達峰的目標,必然要進行產業結構的深度調整和升級。而短期內由於大氣汙染物的排放控制靶向更明確,管控更嚴格,如果不考慮協同作用,企業會傾向於選擇採用短期內效果更顯著的末端處置設備。相比於協同情景下實現路徑的一次全局優化,無協同情景下的二次決策很可能會帶來成本浪費,甚至增加治理費用,例如,燃煤電廠的末端脫硫措施將增加CO2排放,燃煤電廠的碳捕集與封存技術(CCS)也將因其自身的電力消耗而引起大氣汙染物排放的增加。其次,進行協同治理有利於避免高碳鎖定效應。以一次能源消耗和高耗能行業引領的工業發展路徑在促進我國經濟騰飛的同時,也造成了我國工業行業排汙比重高的現狀。單獨的汙染排放管控,有可能將解決方案鎖定在相對高效的末端治理技術上,從而削弱低碳轉型的動力,產生進一步的高碳鎖定。

1 溫室氣體和空氣汙染物協同治理概念的起源及發展

20世紀90年代已經有相關學者對溫室氣體和空氣汙染物的協同治理進行了初步研究。Ayres和Walter論述了溫室氣體減排的成本和效益,指出了其間接效益包括空氣汙染物的減少及其產生的相關健康效應。Messner探討了減排二氧化碳和二氧化硫的協同效應和相關政策衝突。關於協同效應(co-benefits)的定義源於2001年IPCC的第三次評估報告:「協同效應是指由於各種原因而同時實施的政策所帶來的效益,它包括了氣候變化的減緩,並且承認很多溫室氣體減緩政策也有其他甚至同等重要的目標,如空氣汙染物的減少」。IPCC第三次評估報告還將協同效應(co-benefits)的概念和在IPCC第二次評估報告中出現的副效應(ancillary benefits)進行了區分。協同效應是指在政策設計中被明確提及的目標,而副效應是指隨著主要政策附加出現的一些其他效應。

隨後的IPCC第四次評估報告和IPCC第五次評估報告對溫室氣體和空氣汙染物的協同治理政策進行了更深入的探討。IPCC第四次報告進一步指出協同效應的概念通常也指「無後悔」政策,這是由於很多項目和行業的減排成本研究已經識別出了溫室氣體減排政策具有潛在的負成本,即實施這些政策所帶來的協同效益會大於其實施成本,因而這些具有負成本的減排政策通常被稱為「無後悔」政策。相關研究顯示,溫室氣體減排政策所帶來的空氣汙染減緩協同效應不僅可以改善人體健康狀況,而且也會對農業生產和自然生態系統產生影響,這種近期可見的效益為「無後悔」溫室氣體減排政策的實施奠定了基礎。IPCC第五次評估報告將協同效應區分為了積極的協同效應和消極的協同效應(不利的副作用)。該報告探索了溫室氣體減排路徑的技術、經濟和制度需求以及相關的潛在積極協同效應或不利的副作用。2018年發布的《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》則將協同效應的概念進一步聚焦在積極影響上:「協同效應是指實現某一目標的政策或措施對其他目標可能產生的積極影響,從而增加社會或環境的總效益」。協同效應的評估往往會受到不確定性因素的影響,並取決於當地具體的外部環境和政策實施條件。

2 終端部門協同治理的主要路徑

很多研究往往以孤立的視角單獨聚焦全球氣候變化或者局地空氣汙染問題,但是這兩類不同的環境問題卻緊密相關,大多都是由相同的能源生產或消費模式所驅動,因而亟須設計相關政策對溫室氣體和空氣汙染物進行協同控制。溫室氣體和空氣汙染物協同治理的影響是雙向的,一方面,溫室氣體減緩政策可以產生空氣汙染物減排的協同效應,另一方面,減排空氣汙染物的政策也會產生減排溫室氣體的協同效應。此外,也有整合了氣候變化與空氣汙染物的綜合性政策同時考察溫室氣體和空氣汙染物協同減排效果的研究。目前國內外很多的研究文獻都在定量地評估減排溫室氣體或空氣汙染物所產生協同效應的大小。從部門層面上來看,溫室氣體和空氣汙染協同治理的主要部門包括能源部門、交通部門、工業部門和居民部門。

能源部門是對溫室氣體排放和局地空氣汙染貢獻都較大的一個行業,化石能源的燃燒同時驅動了這兩種環境問題的排放。在能源部門治理這兩種環境排放行為的減排政策通常也是單獨實施,例如,針對煤炭發電廠的碳捕集與碳封存(CCS)技術,但它僅會減少CO2的排放,卻不能減少空氣汙染物的排放;而常規大氣汙染物(NOx、SO2、PM)通常採用末端治理技術進行治理,但此技術並不會減少溫室氣體的排放。能源部門協同治理的實現措施主要集中在發電效率的提升和發電結構的優化。發電效率的提升主要是通過淘汰小型低效的火電機組,新建大機組以持續降低發電煤耗;發電結構的優化主要通過提高可再生能源的發電比例,並降低煤炭發電的佔比。發電產生的大氣排放的影響取決於發電廠的空間分布和電力調度決策,對低碳電力空氣品質影響的評估必須考慮到相關排放的空間異質性變化。低碳電力政策所產生健康效應的貨幣化價值可以抵消掉很大一部分氣候政策的實施成本,有些能源政策的健康效益值甚至還會超過溫室氣體的減排成本。

交通部門是許多區域空氣汙染的主要來源之一,並且全球交通部門的二氧化碳排放量估計約佔25%。雖然交通部門也存在同時解決兩類環境問題的措施,但是很多國家往往更強調解決其中的一種環境問題,而不是致力於探尋雙贏的解決方案。因此,很有必要加強對交通部門溫室氣體和大氣汙染物協同治理的認識。交通部門主要包括公路、鐵路、水運和航空等交通方式,其協同減排溫室氣體和空氣汙染物的措施包括:能效的提升、交通出行模式的轉變、建設緊湊的城市形態和完善的交通基礎設施等。交通部門溫室氣體和大氣汙染物的協同治理特性不僅被全球層面的研究所證實,也被應用於首爾、波哥大、倫敦和墨西哥城等城市層面的研究中,並考察了交通部門大氣減排的多重環境效益和社會效益。

工業部門包括化工、鋼鐵、水泥、鋁、紙張的生產以及礦物開採等行業。目前工業部門的大氣減排措施主要包括通過新工藝和技術提高能源效率、降低碳強度、減少產品需求、提高物料利用率和回收率等。全球很多大規模的工業生產都依賴於發展中國家的能源密集型產業,而發展中國家的汙染減排技術相對落後,存在較大的改進空間。例如,Thambiran等評估了南非德班工業部門的溫室氣體和空氣汙染物協同治理政策,研究發現,當煉油廠從使用重燃料油轉向使用煉廠氣和富含甲烷的天然氣時,可以最大程度地實現兩類環境問題的協同減排。水泥行業也是顆粒物和二氧化碳排放的主要汙染源,中國各省份水泥行業不同碳減排技術產生的空氣品質協同效應具有很大差異性,在人口密度較高的地區和較為富裕的省份,空氣品質的協同效益較為顯著。將空氣品質協同效應考慮在內,會大大降低碳減排的社會成本,因此,區域協同效益的識別是優化溫室氣體減排政策設計的關鍵。

居民部門包括供暖、照明、烹飪、空調、製冷和其他電器的使用等。居民部門的大氣排放主要來源於電力和能源的消耗,特別是發展中國家家庭使用的燃燒效率低下的傳統固體燃料和生物質燃料等。一些減緩氣候變化的措施,如改進爐灶,改用更清潔的燃料,改用更高效、更安全的照明技術等,不僅可以解決氣候變化問題,而且可以緩解因室內空氣汙染造成的健康問題。通過燃料替代解決廣大農村地區的散煤使用是中國居民部門實現環境與氣候協同治理的關鍵。Wilkinson等人指出,在印度全國實施促進現代低排放爐灶技術的計劃,可以帶來顯著的健康效益。Jamison等人評估了在世界不同地區實施的旨在減少使用固體燃料做飯或取暖造成的室內空氣汙染等特定幹預措施的實施成本及其健康效益,研究結果表明,只要能夠大幅減少在室內空氣汙染中的暴露,這些幹預措施就具有成本有效性。雖然目前許多國家和地區正在實施一系列能源創新項目,但特別需要集中精力實現發展中國家家庭能源系統的改善,從而減緩發展中國家居民因室內空氣汙染而引起的健康損害。

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