碳中和12個重大科學(xué)技術(shù)問題
近期，英國皇家學(xué)會發(fā)布一系列簡報(bào)，提出了加快實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放、提高應(yīng)對氣候變化能力的12個科學(xué)技術(shù)問題[1]。該項(xiàng)工作組織協(xié)調(diào)了20多個國家的120多位不同學(xué)科專家參與，針對12個技術(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)是過去半個世紀(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)通過開展國際合作，建立一個基于百億億次計(jì)算和數(shù)據(jù)設(shè)施的國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)的氣候變化對全球的影響，以支持凈零技術(shù)路線圖和氣候適應(yīng)方面的投資。通過與該設(shè)施建立合作伙伴關(guān)系和開展協(xié)作，世界各地的國家氣候建模和服務(wù)將達(dá)到新的水平。為確保最新預(yù)測結(jié)果的采納和使用，該設(shè)施還可以包含專用的運(yùn)營數(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“孵化器”推動可持續(xù)
發(fā)展，激發(fā)下一代建模的新想法，通過“開放數(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公私合作，培訓(xùn)氣候模型信息的開發(fā)人員和用戶。
# 2、碳循環(huán) #
當(dāng)前，人類已經(jīng)對地球碳循環(huán)有較多了解，例如陸地和海洋作為碳匯吸收了超過半數(shù)的人類活動碳排放，但無法保證如此大量的吸收會持續(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干預(yù)。保護(hù)碳匯，尤其是森林，對于維持其功能至關(guān)重要。預(yù)計(jì)在高碳排放的未來，氣候變化將產(chǎn)生最大和最不確定的影響。通過人為干預(yù)增強(qiáng)自然碳匯對于實(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)。提高對碳循環(huán)理解的研究應(yīng)包括：通過現(xiàn)場和衛(wèi)星數(shù)據(jù)對大氣、陸地和海洋進(jìn)行連續(xù)觀測監(jiān)測；更好地了解碳匯的潛在不穩(wěn)定性，以及開發(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)化多個經(jīng)濟(jì)部門，到2030年顯著減少碳排放。數(shù)字技術(shù)可以通過在全球經(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)會將政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界等聯(lián)合起來，創(chuàng)建一個“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，通過模擬、優(yōu)化和改變經(jīng)濟(jì)活動，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)域和國家凈零戰(zhàn)略中發(fā)揮重要作用。數(shù)字技術(shù)部門的用電量和碳足跡，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，可以在城市、區(qū)域、國家乃至全球?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)施建立可信賴的治理框架至關(guān)重要。科技行業(yè)應(yīng)以身作則，科技公司應(yīng)公開報(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，并利用由政府推動的免費(fèi)或低成本“數(shù)字共享”平臺。
# 4、未來電池儲能解決方案 #
未來凈零世界中，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。可持續(xù)的未來電池還需要使用儲量豐富的材料和零碳制造工藝。電池是存儲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)模儲能。鋰離子電池是短期內(nèi)最可行的電池儲能技術(shù)，相關(guān)研究重點(diǎn)是提高能量密度、降低成本、延長壽命、提高充電安全性和速度，以及電池的回收和再利用。長遠(yuǎn)來看，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。國際合作與協(xié)調(diào)應(yīng)側(cè)重于識別和試驗(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)對環(huán)境的影響。如果足夠重視，未來將開發(fā)出成本更低、能量密度更高的全新電池。
