近期，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)發(fā)布一系列簡(jiǎn)報(bào)，提出了加快實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放、提高應(yīng)對(duì)氣候變化能力的12個(gè)科學(xué)技術(shù)問(wèn)題[1]。該項(xiàng)工作組織協(xié)調(diào)了20多個(gè)國(guó)家的120多位不同學(xué)科專(zhuān)家參與，針對(duì)12個(gè)技術(shù)領(lǐng)域概述了到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放的研發(fā)部署優(yōu)先事項(xiàng)，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(guò)去半個(gè)世紀(jì)的偉大科學(xué)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(yīng)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(yán)重的氣候變化風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)通過(guò)開(kāi)展國(guó)際合作，建立一個(gè)基于百億億次計(jì)算和數(shù)據(jù)設(shè)施的國(guó)際下一代氣候建模中心，實(shí)現(xiàn)分辨率和計(jì)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(duì)全球的影響，以支持凈零技術(shù)路線(xiàn)圖和氣候適應(yīng)方面的投資。通過(guò)與該設(shè)施建立合作伙伴關(guān)系和開(kāi)展協(xié)作，世界各地的國(guó)家氣候建模和服務(wù)將達(dá)到新的水平。為確保最新預(yù)測(cè)結(jié)果的采納和使用，該設(shè)施還可以包含專(zhuān)用的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)服務(wù)，采用數(shù)據(jù)分析和信息科學(xué)領(lǐng)域的最新數(shù)字技術(shù)，例如人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和先進(jìn)可視化等。可通過(guò)“孵化器”推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展，激發(fā)下一代建模的新想法，通過(guò)“開(kāi)放數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室”在基于數(shù)據(jù)云和應(yīng)用程序編程接口的前沿?cái)?shù)字解決方案方面推動(dòng)公私合作，培訓(xùn)氣候模型信息的開(kāi)發(fā)人員和用戶(hù)。
2、碳循環(huán)
當(dāng)前，人類(lèi)已經(jīng)對(duì)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(guò)半數(shù)的人類(lèi)活動(dòng)碳排放，但無(wú)法保證如此大量的吸收會(huì)持續(xù)下去。因此，需進(jìn)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(lái)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(lèi)干預(yù)。保護(hù)碳匯，尤其是森林，對(duì)于維持其功能至關(guān)重要。預(yù)計(jì)在高碳排放的未來(lái)，氣候變化將產(chǎn)生最大和最不確定的影響。通過(guò)人為干預(yù)增強(qiáng)自然碳匯對(duì)于實(shí)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(fù)。提高對(duì)碳循環(huán)理解的研究應(yīng)包括：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)大氣、陸地和海洋進(jìn)行連續(xù)觀(guān)測(cè)監(jiān)測(cè)；更好地了解碳匯的潛在不穩(wěn)定性，以及開(kāi)發(fā)更全面表征碳循環(huán)復(fù)雜性的模型。
3、數(shù)字技術(shù)
基于大量數(shù)據(jù)，計(jì)算科學(xué)有可能創(chuàng)建“數(shù)字孿生”，模擬和優(yōu)化多個(gè)經(jīng)濟(jì)部門(mén)，到2030年顯著減少碳排放。數(shù)字技術(shù)可以通過(guò)在全球經(jīng)濟(jì)中實(shí)現(xiàn)減排并限制計(jì)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(jī)會(huì)將政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界等聯(lián)合起來(lái)，創(chuàng)建一個(gè)“數(shù)字孿生地球”或“地球運(yùn)行控制回路”，并將真實(shí)世界運(yùn)行數(shù)據(jù)反饋回模型中迭代更新，通過(guò)模擬、優(yōu)化和改變經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，以最大限度地減少排放和提高效率。“凈零計(jì)算”可以在全球、區(qū)域和國(guó)家凈零戰(zhàn)略中發(fā)揮重要作用。數(shù)字技術(shù)部門(mén)的用電量和碳足跡，包括隱含排放量，應(yīng)與其收益成正比。在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量和監(jiān)管方面加強(qiáng)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(yīng)用。同時(shí)，可以在城市、區(qū)域、國(guó)家乃至全球?qū)用鎰?chuàng)建自然和經(jīng)濟(jì)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(jìn)可持續(xù)發(fā)展，還可有助于政府探索“假設(shè)”情景和干預(yù)措施的影響。全球協(xié)作對(duì)于為凈零系統(tǒng)的計(jì)算和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建立可信賴(lài)的治理框架至關(guān)重要?？萍夹袠I(yè)應(yīng)以身作則，科技公司應(yīng)公開(kāi)報(bào)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(jìn)全球研究和創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)以支持相關(guān)技術(shù)進(jìn)步，并利用由政府推動(dòng)的免費(fèi)或低成本“數(shù)字共享”平臺(tái)。
4、未來(lái)電池儲(chǔ)能解決方案
未來(lái)凈零世界中，低碳交通和穩(wěn)定的電力供應(yīng)需要更強(qiáng)大、更持久、更快充電的電池?？沙掷m(xù)的未來(lái)電池還需要使用儲(chǔ)量豐富的材料和零碳制造工藝。電池是存儲(chǔ)可再生電力的最有效方式，但目前技術(shù)進(jìn)展尚不適用于大規(guī)模儲(chǔ)能。鋰離子電池是短期內(nèi)最可行的電池儲(chǔ)能技術(shù)，相關(guān)研究重點(diǎn)是提高能量密度、降低成本、延長(zhǎng)壽命、提高充電安全性和速度，以及電池的回收和再利用。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)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(shí)現(xiàn)更廣泛、經(jīng)濟(jì)的電氣化。國(guó)際合作與協(xié)調(diào)應(yīng)側(cè)重于識(shí)別和試驗(yàn)新的資源豐富的材料，以降低成本、擴(kuò)大電池使用并最大限度地減少電池生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響。如果足夠重視，未來(lái)將開(kāi)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(jìn)展緩慢。需通過(guò)提高能效、應(yīng)用清潔技術(shù)替代化石燃料供熱和制冷，以及在熱能儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面進(jìn)行創(chuàng)新來(lái)減少排放。不同國(guó)家需要一系列方法來(lái)減少供熱和制冷碳排放，但還有更大的國(guó)際合作和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的空間。通過(guò)改進(jìn)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(jì)劃的首要目標(biāo)。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(lái)測(cè)試其成本效益。低碳供熱和制冷的研究、開(kāi)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(guò)氫和氨應(yīng)對(duì)凈零挑戰(zhàn)
氫和氨在凈零經(jīng)濟(jì)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(yīng)用于難以脫碳的領(lǐng)域，如重型運(yùn)輸、工業(yè)和供熱，并可作為能源存儲(chǔ)和運(yùn)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(guò)對(duì)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(chǔ)存和使用方面，特別是實(shí)現(xiàn)凈零生命周期排放的成本問(wèn)題。需要進(jìn)一步的研究、開(kāi)發(fā)、示范和部署，以確定氫和氨在實(shí)踐中可以產(chǎn)生重大影響的領(lǐng)域。在重工業(yè)和重型車(chē)輛、鐵路和航運(yùn)以及儲(chǔ)能等行業(yè)，應(yīng)優(yōu)先示范氫和氨，其具有較大潛力成為經(jīng)濟(jì)高效的低碳替代品。通過(guò)工業(yè)合作伙伴集群進(jìn)行大規(guī)模示范最具成本效益，此類(lèi)方式通常適用于港口地區(qū)，尤其是與海上風(fēng)電的集成。國(guó)際合作，包括基礎(chǔ)設(shè)施合作，有助于在當(dāng)前試點(diǎn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上擴(kuò)大部署，而且應(yīng)與研究相結(jié)合以推動(dòng)進(jìn)一步的創(chuàng)新。
7、碳捕集與封存（CCS）
CCS對(duì)于在使用化石燃料或以任何方式釋放碳的經(jīng)濟(jì)體中實(shí)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(xiàn)都需要CCS來(lái)實(shí)現(xiàn)。CCS是電力和工業(yè)部門(mén)脫碳的成熟技術(shù)選擇。對(duì)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(xiàn)。CCS已經(jīng)過(guò)全球工業(yè)規(guī)模驗(yàn)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(shè)速度太慢，無(wú)法滿(mǎn)足所需規(guī)模。全球碳捕集能力約為4000萬(wàn)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(lái)加速降低成本和擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模。隨著CCS部署經(jīng)驗(yàn)的積累，建立具備多個(gè)碳捕集站點(diǎn)的集群，通過(guò)共享管道或運(yùn)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(shè)和規(guī)劃此類(lèi)CCS項(xiàng)目。對(duì)新型捕集技術(shù)的研究有望在未來(lái)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(fù)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(jì)中葉實(shí)現(xiàn)廣泛認(rèn)可的凈零排放目標(biāo)。個(gè)別國(guó)家或團(tuán)體可以通過(guò)補(bǔ)貼或?qū)嵤┨级愐怨膭?lì)CCS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(yīng)商承擔(dān)封存義務(wù)。
8、氣候彈性和適應(yīng)性
即使全球溫升被限制在1.5℃以?xún)?nèi)，人類(lèi)生計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施也會(huì)越來(lái)越多地受到氣候變化和極端天氣的影響，這可能導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)人流離失所。氣候適應(yīng)相關(guān)成本會(huì)隨氣溫升高而增加，因此應(yīng)投資于氣候適應(yīng)性，通過(guò)更好的預(yù)測(cè)、適應(yīng)氣候變化的基礎(chǔ)設(shè)施和基于自然的解決方案增強(qiáng)氣候適應(yīng)性。應(yīng)通過(guò)科學(xué)研究和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在未來(lái)20年支持建設(shè)預(yù)計(jì)94萬(wàn)億美元的基礎(chǔ)設(shè)施以抵御氣候變化，投資于能夠最可靠降低氣候風(fēng)險(xiǎn)的領(lǐng)域?；谧匀坏慕鉀Q方案（保護(hù)、恢復(fù)和可持續(xù)管理生態(tài)系統(tǒng)）可以保護(hù)社區(qū)和基礎(chǔ)設(shè)施免受氣候變化影響，增強(qiáng)人類(lèi)適應(yīng)進(jìn)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(dāng)?shù)貧夂蛴绊懴嚓P(guān)的詳細(xì)信息，有助于改進(jìn)早期預(yù)警系統(tǒng)，并可納入備災(zāi)和長(zhǎng)期適應(yīng)工作。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)平臺(tái)的投資有助于改善預(yù)報(bào)初始條件，并為預(yù)報(bào)和模型預(yù)測(cè)提供“地面實(shí)況”。下一代模型和跨學(xué)科研究也可以在估計(jì)跨尺度適應(yīng)成本（目前尚未準(zhǔn)確量化）以及評(píng)估替代適應(yīng)策略的功效方面發(fā)揮重要作用。根據(jù)聯(lián)合國(guó)的分析，氣候融資總額的50%應(yīng)該用于增強(qiáng)氣候彈性和適應(yīng)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(hù)、恢復(fù)和管理土地有助于實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)以及適應(yīng)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(xiàng)是保護(hù)現(xiàn)有的富含碳的生態(tài)系統(tǒng)、恢復(fù)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(yīng)方案將涉及當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)，并有助于實(shí)現(xiàn)多個(gè)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。研究表明，健康、富含植物的飲食和減少食物浪費(fèi)將減輕產(chǎn)糧土地的壓力，為解決氣候變化和增強(qiáng)生物多樣性提供空間。更清晰的監(jiān)測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)表明，基于陸地的減排方案正在實(shí)現(xiàn)真正的溫室氣體減排，應(yīng)鼓勵(lì)政府、企業(yè)和其他方提供資金。進(jìn)一步的研究將確定基于陸地的減排方案良好做法和績(jī)效指標(biāo)，包括考慮對(duì)當(dāng)?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(lèi)活動(dòng)溫室氣體排放量的1/3。因此，需在實(shí)現(xiàn)糧食安全、增強(qiáng)抵御氣候變化影響的同時(shí)減少排放，在飲食改變、可持續(xù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐和食品生物技術(shù)創(chuàng)新方面開(kāi)展活動(dòng)。決策者、農(nóng)業(yè)社區(qū)和科學(xué)家有機(jī)會(huì)共同努力消除饑餓，并在凈零排放背景下實(shí)現(xiàn)糧食安全和營(yíng)養(yǎng)，包括減少糧食系統(tǒng)排放、提高其復(fù)原力和保護(hù)生物多樣性。研究表明，氣候影響與糧食生產(chǎn)和消費(fèi)之間存在關(guān)聯(lián)，糧食、農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)遵循戰(zhàn)略系統(tǒng)方法，這將有助于實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。鑒于糧食系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的多方面影響，決策者必須解決飲食問(wèn)題及其對(duì)氣候的影響，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素。需要研究和開(kāi)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(shí)踐，減少腸道發(fā)酵的措施，以及開(kāi)發(fā)可持續(xù)提高產(chǎn)量的新作物品種。在氣候變化時(shí)期，生物技術(shù)在提高質(zhì)量和產(chǎn)量，以及對(duì)抗病蟲(chóng)害、高溫和干旱方面取得了特別快速的進(jìn)展。要實(shí)現(xiàn)具有低溫室氣體排放的彈性糧食系統(tǒng)，需要充分運(yùn)用科學(xué)技術(shù)，從基礎(chǔ)研究和開(kāi)發(fā)到技術(shù)和農(nóng)業(yè)實(shí)踐的示范和部署，并與農(nóng)業(yè)部門(mén)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(lèi)健康，影響程度將隨著時(shí)間的推移而增加，嚴(yán)重程度將取決于為緩解和適應(yīng)氣候變化而采取的行動(dòng)。氣候變化的驅(qū)動(dòng)因素，例如化石燃料燃燒，也會(huì)對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，為緩解和適應(yīng)氣候變化而采取的行動(dòng)將通過(guò)多種途徑在近期和長(zhǎng)期內(nèi)有益于人類(lèi)健康。促進(jìn)更廣泛地采用更可持續(xù)和可負(fù)擔(dān)的食物并減少浪費(fèi)，可以改善人類(lèi)健康并保護(hù)自然環(huán)境。清潔可再生能源替代化石燃料、零排放汽車(chē)等措施可減少空氣污染以保護(hù)人類(lèi)健康。緩解和適應(yīng)氣候變化的“基于自然的解決方案”也可以對(duì)身心健康產(chǎn)生多種益處。面對(duì)氣候變化，還需要有效的適應(yīng)和復(fù)原策略來(lái)盡可能保護(hù)健康，包括能夠更好地應(yīng)對(duì)極端事件和疾病爆發(fā)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警系統(tǒng)以及衛(wèi)生系統(tǒng)。
12、政策選擇和經(jīng)濟(jì)前景
政策和經(jīng)濟(jì)工具在凈零技術(shù)部署方面發(fā)揮著重要作用。國(guó)際社會(huì)正處于一個(gè)獨(dú)特的時(shí)刻，從新冠疫情中復(fù)蘇為應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)凈零排放提供了機(jī)會(huì)。應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)需要世界經(jīng)濟(jì)迅速和協(xié)調(diào)一致的轉(zhuǎn)型，隨著越來(lái)越多國(guó)家做出凈零承諾，需采取措施將承諾轉(zhuǎn)化為具體行動(dòng)計(jì)劃。在個(gè)別國(guó)家，可以通過(guò)確定“敏感干預(yù)點(diǎn)”來(lái)實(shí)現(xiàn)減排。通過(guò)部署諸如邊境碳調(diào)節(jié)等機(jī)制，在已采取積極脫碳政策的國(guó)家和尚未采取措施的國(guó)家之間創(chuàng)造公平競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)更大程度的行動(dòng)協(xié)調(diào)?？鐚W(xué)科研究有助于為應(yīng)對(duì)氣候變化和其他相關(guān)挑戰(zhàn)所需的社會(huì)和環(huán)境轉(zhuǎn)型提供信息。
