一项新研究提出了到 2050 年以经济有效的方式消除美国能源系统中温室气体排放的多种选择。研究结果为政策制定者和行业领导者提供了关于如何制定应对气候变化的宝贵见解。

这篇论文“近乎成本最优的未来下的多样化脱碳路径”是发表在开放获取期刊中自然通讯。

“经济高效地脱碳的方法不止一种能源系统”，该研究的合著者、北卡罗来纳州立大学土木、建筑和环境工程教授耶利米·约翰逊说。

“事实上，我们有很多技术可供选择。我们的研究可以帮助人们准确了解这些选项是什么，以及我们如何确定它们的优先级。”

Aditya 表示：“有一系列模型旨在找到实现能源系统脱碳的最便宜路径，本质上是确定消除从电力生产到运输和工业等各个领域温室气体排放的最佳方法。”Sinha，该研究的通讯作者，北卡罗来纳州立大学的研究学者。

“问题在于这些模型很难完全捕捉如此复杂系统中的不确定性，”辛哈说。“有很多不同的技术可以帮助我们脱碳，但很难确定我们在确定哪些工具可用于达到最佳结果方面有多大的灵活性。

“应对这一挑战的一种方法是停止尝试找出完美解决方案的路径，而是寻找替代方案，让我们非常接近成本最低的前进路径。”

在这项研究中，研究人员将“非常接近”定义为整个能源系统脱碳的最佳成本在 1% 以内。

具体来说，研究人员使用了现有的模型，称为 Temoa，最初旨在确定实现脱碳的最便宜的途径。他们运行该模型来确定最佳成本是多少。然后，他们在最优成本的基础上增加了 1%，并使用该数字作为约束来修改模型。

“该模型需要做出数千个决策，”约翰逊说。“应该建造多少太阳能？房主是否应该将天然气热量换成电动热泵？等等。

“我们运行了 Temoa 的修改版本 1,100 次，每次都告诉模型支持或反对任何特定的技术。在某种程度上，这反映了这样一个事实：人类做出的各种决策并不仅仅是由决策因素驱动的。经济意义，我们想要解释这一点。”

“这种方法为我们提供了一系列明确定义的技术，使我们能够消除能源系统中的温室气体排放，同时仍将成本控制在最佳成本的 1% 以内，”Sinha 说道。

研究结果可分为四类：

• 第 1 类由模型确定的所有 1,100 个解决方案中广泛采用的技术组成。这包括扩大太阳能和风能发电，以及扩大电网的储能容量。
• 第 2 类包括已被淘汰或大幅减少的技术。这包括大大减少交通运输部门对石油的依赖，并消除煤炭发电。碳捕获和封存。
• 第 3 类由具有广泛可能结果的新兴技术组成，这意味着模型的某些场景发现这些技术得到了广泛使用，而其他场景则根本不包括这些技术。这些技术包括直接空气捕获（从空气中提取二氧化碳）或在运输和工业中使用氢气等技术。
• 第 4 类涵盖模型通常根本不使用的技术，但当它确实使用这些技术时，它会严重依赖它们。其中包括由以下物质生产的合成燃料：二氧化碳以及结合碳捕获和封存的燃煤电厂。

“运行该模型 1,100 次会产生大量的潜在结果，以至于很难知道从哪里开始，”Sinha 说。“只有在对这些结果进行深入分析之后，我们才能够确定这些类别，这提供了一种很好的方式来了解我们的选择是什么以及我们可能希望如何优先考虑它们。”

“从实际角度来看，这些发现告诉我们一些事情，”约翰逊说。“首先，我们需要弄清楚如何促进第一类技术的更广泛采用。

“其次，我们需要弄清楚如何规划有序、公正但及时的从第 2 类技术的过渡，”约翰逊说。“第三，我们不需要第 3 类中的所有技术，但我们需要其中一些技术。这意味着我们需要投资于研究和开发，以确定我们应该优先考虑哪些技术以及如何部署它们。最后，我们还需要投资于研发，以确定第四类技术是否真正有价值，如果有价值，如何利用这些技术。”