专家表示，大幅削减温室气体排放虽然困难，但却是可行的

世界如何及时减少温室气体排放，以避免全球气候变化带来的最灾难性影响?在麻省理工学院(MIT)最近举行的气候变化研讨会上，与会者表示，这并不容易，但我们有理由乐观地认为，如果在未来几年内采取正确的重大行动，这些问题仍然可以得到解决。

这次研讨会是本学年六个系列研讨会中的第四次，题为“全经济深度脱碳:超越电力”。研讨会联合主席欧内斯特·莫尼兹(Ernest Moniz)在介绍性发言中解释说，虽然遏制温室气体排放的大部分努力往往集中在发电上，而发电产生的温室气体占总排放量的28%，“我们需要解决的排放量中有72%不在电力部门。”这些行业包括运输，占29%;工业，占22%;商业和住宅建筑，占12%;农业占9%;根据2017年的数据。

虽然许多国家、州和城市都做出了减少或大幅减少与电力有关的排放的承诺，但莫尼兹指出，近年来，包括波士顿在内的许多地方已经将这些承诺扩大到电力之外。莫尼兹是麻省理工学院物理学和工程系统的塞西尔和艾达·格林退休教授，曾任美国能源部部长。

他说，随着发电越来越清洁，下一步将把电气化推广到家庭供暖和重型运输等其他领域。然后，为了处理剩下的那些太困难或太昂贵而无法脱碳的来源，将需要从发电厂排放或直接从空气中去除碳的技术。他说，这种二氧化碳去除技术将是至关重要的，它将为缓解气候变化的规划提供足够的灵活性。

研讨会于周二在麻省理工学院的黄大礼堂举行，并进行了网络直播。研讨会分为三个专题小组，分别讨论了交通系统和工业的脱碳、低碳燃料的发展、以及大规模的碳管理，包括空气中的碳去除。

尽管近年来乘用车的电气化速度一直在加快，预计未来10年还将大幅增加，但飞机和重型卡车等交通系统的其他部分将变得更加困难，解决起来也将需要更长时间。

麻省理工学院机械工程学教授杨绍宏介绍了在增加可储存在一定重量的电池中的能量方面取得的进展，这项技术对太阳能和风能产生越来越大比例的电力至关重要。她说，随着许多新型电动汽车进入市场，这个行业“正在经历爆炸式增长”;未来10年，电动汽车的数量预计将增长100倍。

肖-霍恩说，锂离子电池已经成为当今的能量存储标准，在过去10年里，每磅锂离子电池的能量存储能力提高了10倍。但进一步的进展需要新的电池化学反应，包括她自己的实验室在内的许多实验室都在研究这种化学反应。研究人员正在探索各种有前途的途径，包括使用地球上丰富的金属的金属空气电池。然而，对于某些应用，如飞机，电池可能永远都不够用。相反，利用无碳技术生产液体或气体燃料(如氢)的成本效益方法将是必需的。她说:“这类燃料的开发仍处于起步阶段。”她还需要更多的研究。

康明斯(Cummins)是全球领先的重型车辆柴油发动机制造商之一，该公司前首席技术官约翰•沃尔(John Wall)表示，在经营100年后，康明斯去年推出了首款电动卡车。但他说，至少在短期内，真正需要的是可以在现有车辆上使用的碳中性的“完全替代”燃料，这种燃料几乎不需要或根本不需要进行任何改装。

沃尔表示，电池技术已经达到或将很快达到这样一个水平，即重型汽车电气化“在城市7级卡车中是可信的”，包括大多数小于18轮牵引挂车和重型自卸车的车辆。但他说，也有一些限制，比如城市公交车必须能够在不充电的情况下完成每天的预定路线，这意味着很多公交车需要备用电源，比如燃料电池。

研讨会的联合主席，麻省理工学院的化学工程教授Kristala Prather谈到了从生物质中开发低碳替代燃料的必要性。她指出，生物燃料一直存在争议，许多生物燃料试点项目，如鼓励用玉米生产乙醇等，结果令人失望，远远达不到生产目标。鉴于过去糟糕的记录，“为什么我们还在谈论生物燃料?””她问道。

她说，尽管仍面临许多挑战，但她仍然对生物燃料的潜力持乐观态度。一方面，从生物质中生产燃料的原料丰富且分布广泛。她说:“我们有生物质能实现这一转变”，摆脱以石油为基础的燃料。“你不能无中生有，但我们拥有某些东西。”

她说，生物技术工具可以用于改进或开发利用微生物从农产品生产燃料的新工艺。这些产品可以种植在不适合粮食作物的边缘土地上，因此不会与粮食生产竞争。

但仍有许多挑战有待解决，例如，许多这些过程产生的有毒副产品需要处理，或可能干扰生产过程本身。尽管如此，随着世界各地积极的研究工作的进行，她说，“我仍然对我们能够大规模生产生物燃料保持乐观，但这需要很大的创造力。”

麻省理工学院斯隆管理学院(MIT ‘s Sloan School of Management)副教授、风能公司Orsted North America负责战略的高级副总裁奥沙利文(Francis O ‘Sullivan)说，在美国和世界各国努力实现交通运输脱碳的过程中，氢可能会成为一种重要的桥梁燃料。但他指出，并不是所有的氢都是一样的。目前生产的大部分产品都是由化石燃料通过释放二氧化碳的过程制造的。高效的、可扩展的电解系统将被需要来生产氢气，仅仅使用来自清洁来源的水和电。

他说，在电力领域，“氢在可再生能源中扮演着重要的角色”，例如在交通运输和工业过程中。尽管在氢的有效储存和运输方面还有很多问题需要解决，“它确实给了我们很大的灵活性，因此是一个值得探索的途径。”奥沙利文说:“在这个方向上已经取得了进展。例如，英国目前正在建设一个100兆瓦的电解厂，以生产氢，动力来自海上风力涡轮机。但目前，如果没有政府补贴，这些项目是不可行的。

霍华德·赫尔佐格(Howard Herzog)是麻省理工学院能源计划(MIT Energy Initiative)的高级研究工程师。“因此，无论是在排放源还是直接从空气中捕获和储存碳的方法，对于实现脱碳目标至关重要。”最简单的方法是在排放工厂，那里的气体浓度要高得多。

但是，直接捕捉空气可能是清除那些不是来自能源本身而是来自某些生产过程的排放的唯一方法。例如，当石灰石被加热时，水泥生产所释放的二氧化碳与提供加热的电力所释放的二氧化碳一样多。但是，尽管直接捕捉空气是“一个非常诱人的概念，”他说，实现它“不是那么容易。”

“问题不在于我们能否从空气中提取二氧化碳——我们今天就在做。真正的问题是成本，”赫尔佐格说。他说，虽然估计数字各不相同，但目前的实际成本大约是每消除一吨二氧化碳1000美元左右，要想真正具有竞争力，这一成本需要达到这一水平的十分之一左右。尽管如此，还是建立了一些试点工厂，包括德克萨斯州的一个每年可以捕获160万吨二氧化碳的工厂。

麻省理工学院土木与环境工程教授鲁本·胡昂思(Ruben Juanes)讨论了如何处理这些方法捕获的二氧化碳。人们提出了许多不同的处理方法，其中一些已经付诸实施，包括使用枯竭的油气井和深层地下咸水含水层——这些地层的深度和含盐量足够高，以至于没有人愿意把它们用作水源。

“他们是无处不在。它们提供了大规模可用的巨大容量，”他说。

但是，由于问题的规模如此之大，仍然存在一些挑战，如将二氧化碳从其来源转移到地下储存地点。所涉及的二氧化碳总量与目前通过管道和超级油轮在全球范围内输送的石油总量相当，因此需要大量建造新的基础设施才能移动。

他说，虽然这可能不是最终的解决方案，但在开发出更好的系统之前，“我们可以将其视为一种桥梁技术”。“如果我们想要在消除全球温室气体排放的努力上有所作为，我们需要有这样一座桥。”

Arun Majumdar斯坦福大学教授和以前的创始主任能源高级研究计划局(arpa – e)说,总体而言,“这是一个gigaton-scale问题,”,为了有机会会见国际将全球变暖控制在2摄氏度的目标,我们必须从现在开始限制全球总排放量相当于800吨的二氧化碳。这意味着，以每年400亿吨的排放速度，“我们只剩下20年”来使用化石燃料。因此，任何可行的解决方案都需要能够在十亿吨的水平上工作。

他指出，这只是自然碳循环进出空气的碳总量的一小部分，而自然碳循环已经“平衡了数百万年”。“他们现在失去了平衡。但其中可能存在一些潜在的解决方案。例如，通过种植植物吸收到地下的碳量很大程度上取决于它们的根深，而种植根更深的作物可以同时提供食物和碳吸收。“我想种巨型胡萝卜!”他在最近的一篇研究论文中详细阐述了一项严肃的提议，并用幽默的口吻说道。

但是，预测这些可能的对策的结果是令人生畏的，部分原因是气候系统的许多方面仍然知之甚少。例如，北部大陆永久冻土层的融化可能会导致甲烷的突然大量释放，这是一种非常强效的温室气体。“我们真的需要深入研究，”他说，因为到目前为止，“没有一个气候模型能捕捉到它”，因此他们可能低估了气候挑战的严重性。他指出，迫切需要对可能选择性吸收甲烷的潜在材料进行更多的研究。

Majumdar说，2摄氏度的目标已经“基本确定”了，我们应该为本世纪实际平均气温上升3到3.5摄氏度的可能性做好准备。“我们应该考虑”应对这些极端情况的“选择”，包括有争议的地球工程项目，以限制到达地球表面的阳光量。

赫尔佐格补充说，我们今天能够采取的任何措施，都将比我们今后几十年可能不得不采取的措施具有更高的成本效益。他说，“每吨二氧化碳的减排成本为20美元、30美元或40美元”，但如果我们把这项任务留给子孙后代，“每吨的减排成本将高达数百美元”。

Majumdar说，尽管这些挑战令人生畏，但它们也代表了研究的黄金机会。他说:“我相信科学、工程和技术可以在解决这些问题方面发挥作用。”事实上，他说，他希望自己是一名今天刚刚起步的学生，因为在许多领域，研究可以在解决这些全球需求方面发挥重要作用。“我希望我是新生，”他说。“你想解决问题?”这是一个大的!”