一項新研究提出了到 2050 年以經濟有效的方式消除美國能源系統中溫室氣體排放的多種選擇。

這篇論文「近乎成本最優的未來下的多樣化脫碳路徑」是發表在開放取用期刊中自然通訊。

「經濟高效地脫碳的方法不只一種能源系統”，該研究的合著者、北卡羅來納州立大學土木、建築和環境工程教授耶利米·約翰遜說。

“事實上，我們有很多技術可供選擇。我們的研究可以幫助人們準確地了解這些選項是什麼，以及我們如何確定它們的優先順序。”

Aditya 表示：「有一系列模型旨在找到實現能源系統脫碳的最便宜路徑，本質上是確定消除從電力生產到運輸和工業等各個領域溫室氣體排放的最佳方法。」Sisha，該研究的通訊作者，北卡羅來納州立大學的研究學者。

「問題在於這些模型很難完全捕捉如此複雜系統中的不確定性，」辛哈說。「有許多不同的技術可以幫助我們脫碳，​​但很難確定我們在確定哪些工具可用於達到最佳結果方面有多大的靈活性。

“應對這一挑戰的一種方法是停止嘗試找出完美解決方案的路徑，而是尋找替代方案，讓我們非常接近成本最低的前進路徑。”

在這項研究中，研究人員將「非常接近」定義為整個能源系統脫碳的最佳成本在 1% 以內。

具體來說，研究人員使用了現有的模型，稱為 Temoa，最初旨在確定實現脫碳的最便宜的途徑。他們運行該模型來確定最佳成本是多少。然後，他們在最優成本的基礎上增加了 1%，並使用該數字作為限制來修改模型。

「該模型需要做出數千個決策，」約翰遜說。「應該建造多少太陽能？房主是否應該將天然氣熱量換成電動熱泵？等等。

「我們運行了Temoa 的修改版本1,100 次，每次都告訴模型支持或反對任何特定的技術。在某種程度上，這反映了這樣一個事實：人類做出的各種決策並不僅僅是由決策因素驅動的。

「這種方法為我們提供了一系列明確定義的技術，使我們能夠消除能源系統中的溫室氣體排放，同時仍將成本控制在最佳成本的 1% 以內，」Sinha 說。

研究結果可分為四大類：

• 第 1 類由模型確定的所有 1,100 個解決方案中廣泛採用的技術組成。這包括擴大太陽能和風能發電，以及擴大電網的儲能容量。
• 第 2 類包括已被淘汰或大幅減少的技術。這包括大幅減少交通運輸部門對石油的依賴，並消除煤炭發電。碳捕獲和封存。
• 第 3 類由具有廣泛可能結果的新興技術組成，這意味著模型的某些場景發現這些技術得到了廣泛使用，而其他場景則根本不包括這些技術。這些技術包括直接空氣捕獲（從空氣中提取二氧化碳）或在運輸和工業中使用氫氣等技術。
• 第 4 類涵蓋模型通常根本不使用的技術，但當它確實使用這些技術時，它會嚴重依賴它們。其中包括由下列物質生產的合成燃料：二氧化碳以及結合碳捕獲和封存的燃煤電廠。

「運行該模型 1,100 次會產生大量的潛在結果，以至於很難知道從哪裡開始，」Sinha 說。“只有在對這些結果進行深入分析之後，我們才能夠確定這些類別，這提供了一種很好的方式來了解我們的選擇是什麼以及我們可能希望如何優先考慮它們。”

「從實際角度來看，這些發現告訴我們一些事情，」約翰遜說。「首先，我們需要弄清楚如何促進第一類技術的更廣泛採用。

「其次，我們需要弄清楚如何規劃有序、公正但及時的第 2 類技術的過渡，」約翰遜說。「第三，我們不需要第 3 類中的所有技術，但我們需要其中一些技術。這意味著我們需要投資於研究和開發，以確定我們應該優先考慮哪些技術以及如何部署它們。最後，我們還需要投資於研發，以確定第四類技術是否真正有價值，如果有價值，如何利用這些技術。