比爾·蓋茨關于“碳中和”的十個洞見：帶給世界的解決方案

文 | 陸如泉

作者系國際能源戰略學者，教授級高級經濟師

這一陣子，讀了蓋茨先生的新書《氣候經濟與人類未來》,才知道，蓋茨先生過去數年一直花費大量時間精力致力于“氣候變化與人類未來”的研究。準確地說，應該是美國的未來，因為書中的場景主要是針對并適用于美國。更準確地說，自蓋茨先生2015年底參加巴黎氣候變化大會后，就對氣候變化、碳達峰與碳中和、“零碳”新經濟等有了強烈的興趣，并持續不斷地向氣候、環境、能源等領域的全球頂尖的科學家和專家們請教學習。書中透露，過去十多年，蓋茨基金會也陸續投資了數家新能源、新業態、以及瞄準零碳經濟的企業，有的獲得了成功、有的完全失敗。

正是蓋茨對氣候變化與“零碳”新經濟強烈的興趣，加之以謙遜的態度向學界業界專業人士請教，并結合自己投資零碳產業的操作經驗，促使他不斷總結自己的認識、輔以詳實的數據和令人信服的解讀，并于2021年初出版了他的這本新作。這也是蓋茨先生第一本關于氣候與能源轉型的著作。作為全球科技信息界“教父”級人物，蓋茨的威望和他過去數年對氣候與能源轉型的潛心研究，使得我們相信，《氣候經濟與人類未來》是一本獨立的、權威的、大眾的研究“碳中和”和“零碳經濟”的著作。

透過此書，蓋茨給我們奉獻了關于“碳中和”和零碳經濟精彩而又通俗的分析。本文歸納了蓋茨先生的十個洞見，而這可能也是帶給美國、乃至全世界的解決方案。

但在闡述這十個洞見之前，還是讓我們看看本書提到的幾個關鍵數據：510億噸、370億噸、100億噸。其中，“510億噸”是2019年全人類向地球排放的溫室氣體的量，370億噸是當年的CO2的排放量，而100億噸是其中的碳的總量。另外，全球溫室氣體排放量位居前五的行業（產業）從低到高分別是：生產和制造，以水泥、鋼鐵和塑料的生產為代表的制造業（水泥、鋼鐵和塑料號稱工業化的三大基礎性原料），其溫室氣體排放量約占全球總量的31%；電力生產與存儲，比如燃煤和燃氣發電，其溫室氣體排放量約占全球總量的27%；種植與養殖，也就是農業，約占全球總量的19%；交通運輸，以重型卡車、海運貨船和飛機為代表，約占16%；制冷和取暖，比如夏天的空調和冬天的取暖設施等，約占全球的7%。讀到這里，很多人會問，溫室氣體排放的第一大來源不是化石能源嗎？比如煤炭、石油和天然氣。是的，化石能源約占全球總排放量的80%左右，但在蓋茨先生這本書里，他特別強調，沒有把化石能源作為一個產業看待，因為化石能源是上述五大產業的燃料和原料的主要來源。

“到21世紀中葉（2050年前后），氣候變化可能變得跟新冠肺炎一樣致命。而到2100年，它的致命性可能會達到該流行病的5倍。”估計大家都覺得好奇，這個“5倍”是怎么測算出來的呢？因為新冠疫情和氣候災難可以說是風馬牛不相及的兩件事。

蓋茨先生在書中是這樣論證的，按照“每10萬人口的死亡人數”這一世界公認的衡量某一災情/疫情嚴重程度的“死亡率”統計標準，從1918年西班牙大流感一直到現在的大約一個世紀的時間長度計算平均值的話，可以估算出全球流行病死亡率是“十萬分之十四”，即每年每10萬人中約有14人死亡。

那么氣候變化導致的死亡率如何呢？數據測算表明，整個21世紀，如果溫室氣體排放量繼續維持在目前的高水平（每年500億噸左右），則每10萬人中，氣候變化可能會額外造成75人死亡。換句話說，到2100年，氣候災難的致命性可能達到新冠疫情流行病的5倍。這就是5倍的由來。

蓋茨先生說，目前從空氣中消除1噸CO2的成本（書中寫的是1噸碳，但從前后文邏輯看，應該是1噸CO2），還無法完全確定下來，但清除每噸碳要花費200美元。即便能通過某種創新，將成本降低一半的話，那么也要100美元，這基本上是可以實現的。如此一來，就得到以下等式：510億噸/年×100美元/噸=5.1萬億美元/年

也就是說，只要人類還在按照目前的水平排放溫室氣體，那么如果利用直接空氣捕獲解決氣候問題，則每年至少要投入5.1萬億美元，這相當于全球GDP的6%。明眼人一看便知，中國大約每年需要投入多少，才能消除空氣中的碳。

而據一些咨詢公司的數據，實際上美國經濟所承擔的消除每噸碳的成本是2600~3000美元，而歐盟高達4000美元以上。也就是說，實際的成本可能為我們所期望成本（100美元/噸）的25~40倍。人類能否承受如此規模巨大的投資，還真是個問題。

筆者經常聽到一些新能源汽車人士不無自豪地宣稱：“新能源汽車的市場占有率別看現在只有2%左右，但燃料電池性能的提升速度符合摩爾定律，其增長速度是幾何級的。”事實真是如是嗎？蓋茨先生給出了答案：“能源轉型不符合摩爾定律！”

我們都知道摩爾定律——戈登·摩爾在1965年預測微處理器的能力每隔兩年就會提升一倍。事實證明摩爾是對的，而摩爾定律也是計算機和軟件行業一路騰飛的主要原因之一。比如，人們今天制造的計算機芯片上的晶體管數量大約是1970年的100萬倍，因而其性能也強大了100萬倍。

于是乎，很多人天然地認為，甚至對外宣傳，人類在能源轉型領域，特別是電動汽車和太陽能電池板，也可以取得同樣的指數級進步。“遺憾的是，它們的確不能。”蓋茨先生如是說。

為什么不能，因為我們無法通過技術突破讓汽車的耗油量降到先前的百萬分之一，實際上，從1908年世界上第一臺T型車下線，直到現在，100多年過去了，燃油車的經濟性只提升了不到3倍。再以太陽能電池板的性能提升為例，晶體硅（多晶硅）太陽能電池在20世紀70年代被引入時，其光電轉換率約為15%，今天這個數值大概是25%，僅僅提升了66%。事實證明，雖然進展很大，但完全不符合摩爾定律。換句話說，如果電動汽車的經濟性不能呈指數級增長，則別指望汽車保留量實現同等級別的增長。

而降低綠色溢價關鍵在創新。何謂“綠色溢價”？蓋茨現在書中是這樣解釋的：相比于化石燃料的解決方案，大多數“零碳”解決方案的成本投入更大，這些額外的成本，就是綠色溢價（Green Premium）。如果通俗一點來說，就是產生等量熱值的情況下，使用非化石能源的成本費用比化石能源多出來的那部分。

比如，以生產和制造業為例，使用化石能源作為燃料或原料的情況下，每噸水泥的平均價格為125美元，那么采用碳捕捉技術（即把水泥生產過程中的碳通過某種技術和設施“捕捉和封存”起來）后每噸的價格為219~300美元，綠色溢價率高達75%~140%；那么鋼鐵和乙烯（生產塑料的原料）的綠色溢價率又怎樣，書中透露，經過測算，分表達到16%~29%和9%~15%。看樣子，水泥的溢價率最高。要知道，水泥是全球建筑業的基石，若全部采用“零碳”水泥，則全球的平均房價估計至少上漲30%以上。

降低綠色溢價的途徑而且是唯一途徑就是創新，主要是技術創新。通過技術創新，使得各個領域、各種產品的綠色溢價趨近于零，甚至達到負值，只有這樣，才能吸引人們使用零碳材料、零碳產品。

我們知道，2015年巴黎氣候大會上確定了到本世紀末溫升1.5攝氏度和2攝氏度的兩種情形，并指出無論如何要避免出現溫升2攝氏度的情形。為何？蓋茨在書中做了解釋。

“可能大家覺得1.5度和2度之間沒有太大區別，但氣候學家對這兩種情形進行模擬運行后得出的并不是好消息。在很多方面，全球升溫1.5度和2度所造成的影響遠不是33%的差別，而是近100%。與升溫1.5度相比，在升溫2度的情況下，受清潔水短缺影響的人口數量將翻一番，在熱帶地區，玉米將減產50%。”蓋茨在書中這般強調。

這就是“要么不下雨，要么傾盆大雨”的哲學道理，這也是巴黎氣候大會要求死守1.5攝氏度的原因所在。

蓋茨以石油為例，說明了化石能源價格低廉的程度——比同體積的礦泉水和各種軟飲料便宜多了。

目前，全球每天大約消費1億桶的石油（全年約50億噸）。無論是哪種產品，在如此龐大的規模下，人類都不可能在一夜之間停用。

更重要的是，化石燃料之所以無所不在，背后有很好的理由支持——價格低廉。實際上，最近幾年，石油在全球絕大部分地區已經比水和飲料都便宜。“我第一次聽到這個說法是，還不敢相信，但這是真的。”蓋茨先生如是說。他在書中給我們測算了一下：在美國，2020年下半年，每桶石油的平均價格約42美元，相當于每加侖（約3.8升）1美元。而同一時期，在Costco超市（美國大型連鎖超市之一），8升裝的蘇打水的售價是6美元，折算下來，相當于每加侖2.85美元。遠高于石油的售價。

而且，非化石能源的能量密度太低。這是不爭的實施。以鋰電池為例，蓋茨先生在書中寫道，“同等重量下，目前最好的鋰電池存儲的能量是汽油的1/36。換句話說，要獲得1加侖汽油的能量，需要相當于36加侖汽油重的電池。”

至于供應充足和穩定，筆者這里不再贅述。美國頁巖革命的成功、以及深水和超深水的突破，使得全球近年來的石油供應一直處于寬松狀態。

換句話說，要想如期實現“碳中和”，進入零碳經濟時代，擺在人類面對的道路就兩條：一是通過創新將非化石能源供應和電氣化的成本降下來，降到與化石能源同等水平、甚至更低；二是通過收取碳稅等方式，變相提升使用化石能源的環境成本，使得利用化石能源變得“昂貴”。可能最終這兩種途徑必須同時發力，單靠一頭難以實現凈零目標。

2019年，國家電網公司提出了到2050年實現“兩個50%”的重要判斷，即“2050年我國能源清潔化率(非化石能源占一次能源的比重)達到50%和終端電氣化率(電能占終端能源消費的比重)達到50%”，引發社會廣泛關注。國家電網的思路與蓋茨先生在本書中的觀點基本相符。

截至目前，我國的終端電氣化率仍不到20%，離50%的目標尚有很大距離。

要實現盡可能高的電氣化，而且是清潔的電氣化，按照蓋茨先生的論述，在發電側，要生產“零碳”電力。生產零碳電力的方式目前有這么幾種：一是核能，包括核裂變和核聚變。目前，人類只掌握了核裂變技術，可控核聚變技術人類尚不掌握。而后者釋放出的能量幾乎是無限的。“在核聚變中，常用的氫可以從海水中提取，其儲量足以滿足全球數千年的能源需求。”但在實踐中，形成核聚變異常困難，蓋茨調侃道，在核科學家中流傳著一個經典的笑話：“距離核聚變還有40年，而且永遠都是40年。”二是海上風電，2019年，全球海上風電的裝機容量所占的比例非常小，只有區區0.4%左右。三是地熱發電。目前全球的地熱發電進展緩慢。

在儲電側，蓋茨介紹了這樣幾種儲電方式：電池、抽水蓄能、熱能存儲和廉價氫氣。

前文已經介紹了以上五大產業所釋放的溫室氣體量占全球總量的比例。全球所有的溫室氣體排放都可以歸納到這五大產業領域中去。

降低這五大產業領域中的CO2排放量，唯一的辦法就是不斷的投入、不斷的創新。比如，書中寫道，生產和制造業實現凈零排放的路徑大致是這樣的：一是盡可能實現所有工藝的電氣化，這需要大量的創新；二是從已經“脫碳”的電網中獲取所需電力，這同樣需要大量創新；三是利用碳捕捉裝置吸收剩余的排放，這更需要大量創新；四是更有效地使用材料，這也離不開大量的創新。

其中技術的背后是投資和創新，政策的背后是政府的角色扮演和政策導向，市場的背后是供給側的投資導向和需求側的消費傾向。

蓋茨先生強調：“市場、技術和政策就像是三根杠桿，可以用來幫助我們擺脫對化石能源的依賴。我們需要三管齊下，而且是朝著同一方向用力”。

他進一步說，如果只是出臺了一項政策，比如為汽車設定零排放標準，卻沒有消除碳排放的技術，或者根本就沒有公司愿意投資生產和銷售符合這一標準的汽車，那么該政策并沒有多大意義。如果你擁有低排放的技術，比如從燃煤電廠的廢氣中捕獲碳的設備，卻沒有通過財政激勵措施來鼓勵電力企業使用這項技術，那么也沒有多大意義。如果行業競爭對手在化石燃料產品的銷售上享有價格優勢，則很少會有改善下注開發零排放技術。蓋茨從上述三個角度論述了技術、政策和市場相互協同的重要性。

蓋茨特別強調，“若在2030年之前以錯誤的方式減少排放，那么它很有可能會阻礙我們實現凈零排放的目標”。為什么？“因為在2030年前減少排放和在2050年前實現零排放是截然不同的兩件事，這實際上是兩條不同的路徑，有著不同的成功衡量標準，所以我們必須在它們之間做出選擇。”

蓋茨以天然氣為例進行了說明。如果在2030年前減少一定量的碳排放是衡量成功的唯一標準，則燃氣電廠取代燃煤電廠就會有相當大的誘惑，畢竟這會顯著減少溫室氣體排放。但天然氣發電對2050年實現凈零目標于事無補，因為天然氣也是化石能源，而且大多2030年前新建的燃氣電廠，到2050年仍處于運營狀態，甚至很多連成本尚未回收，難以被取代。

不得不承認，蓋茨以上的分析在理。但是，就技術獲得性與成本低廉方面，發展天然氣和燃氣發電依然是個不錯的選擇，尤其對于像中國這樣的發展中大國而言。因為一步到位的經濟代價、政治代價和社會代價均十分巨大。

以上是筆者通過通讀該書歸納的蓋茨先生的十個洞見，可能掛一漏萬，不免有偏頗之處。要想全面了解蓋茨先生的想法，最好的方式還是買一本來讀讀。

總之，氣候變化與環境問題是人類未來數十年面臨的最大挑戰之一。我們需要迎難而上，需要把工作重點放到難啃的骨頭上：電力存儲、清潔燃料、清潔水泥、清潔鋼鐵和清潔肥料等。這就需要一種不同的政策制定方法，除了部署現有的工具，還要加大關鍵領域的研發力度，深入開展技術攻關和成果轉化。正如蓋茨所說：“要想在2050年之前實現零排放目標，需要在2030年之前確定政策和市場結構。”

另外，在解決氣候變化和實現“碳中和”問題上，必須踐行“共同但有區別的責任”原則，即發達國家先行、新興國家緊隨其后、廣大發展中國家跟上。發達國家“一視同仁”地要求發展中國家在同一時間實現“凈零”，是不科學、也是不公平的。正如蓋茨先生在本書的末尾強調的：“富裕國家在2050年之前實現零排放，中等收入國家在2050年之后盡快實現零排放。”