環(huán)球快報(bào):諾獎(jiǎng)得主威廉·諾德豪斯：低碳經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)與前景

本文摘編自《綠色經(jīng)濟(jì)學(xué)》，作者：[美]威廉·諾德豪斯 著，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

進(jìn)入工業(yè)革命以來，世界平均氣溫正在逐步上升，全球變暖已成為了氣候變化的共識。對于人類來說，如何遏制或減緩全球變暖，成為了我們?nèi)祟惍?dāng)前最需思考的問題。氣候變化關(guān)乎人類未來的生存與發(fā)展，氣候風(fēng)險(xiǎn)已然成為全球面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)。

(資料圖片僅供參考)

隨著氣候變化問題的尖銳化，氣候治理已成各國提升全球影響力、彰顯國際領(lǐng)導(dǎo)力的新杠桿。目前，包括中國在內(nèi)的110個(gè)國家作出到21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)碳中和的重大承諾，以期控制全球溫度的上升。一場重塑低碳經(jīng)濟(jì)規(guī)則的國際競爭已開始。各國為實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，紛紛進(jìn)入到應(yīng)對氣候變化和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的快車道，但對新興綠色低碳產(chǎn)業(yè)的行業(yè)認(rèn)定、包括減排在內(nèi)的各類低碳標(biāo)準(zhǔn)制定、包括碳交易在內(nèi)的各款綠色規(guī)則約定、包括綠色金融在內(nèi)的各種市場準(zhǔn)入門檻等，都面臨著新一輪的國際博弈和談判進(jìn)程。

諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主威廉·諾德豪斯在新書《綠色經(jīng)濟(jì)學(xué)》中指出，低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型面臨著一系列挑戰(zhàn)，尋找到有前景的技術(shù)能夠促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大機(jī)遇。

低碳經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)

讓我們從經(jīng)濟(jì)脫碳的挑戰(zhàn)開始。許多國家氣候政策的目標(biāo)之一是將全球變暖限制在2℃以內(nèi)。計(jì)算結(jié)果表明, 為達(dá)成這一目標(biāo), 需要在2050 年左右實(shí)現(xiàn)全球二氧化碳和其他溫室氣體的零凈排放, 這是一個(gè)非常遠(yuǎn)大的目標(biāo)。事實(shí)上, 近年來, 全球二氧化碳排放量一直在增長, 而不是在下降。當(dāng)今世界80% 的能源來自化石燃料, 其中大部分用于房屋和發(fā)電廠等長期資本?？上攵? 到2050 年實(shí)現(xiàn)零凈排放的挑戰(zhàn)會有多大?

故而問題的答案也很簡單, 這一目標(biāo)就是極不可能和不可行的, 除非我們在未來30 年內(nèi)替換絕大部分的世界資本存量。一些研究對實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)帶來的經(jīng)濟(jì)影響進(jìn)行了評估。能源建模論壇的一項(xiàng)重要研究用一系列模型和不同的技術(shù)假設(shè)考察了實(shí)現(xiàn)2℃目標(biāo)所需的成本。在最樂觀和最不樂觀的技術(shù)假設(shè)下, 成本(將損失折現(xiàn)為2010 年的現(xiàn)值) 從40 萬億美元到500 萬億美元不等。6其他研究同樣表明, 如果沒有全球政策的劇烈變化和極快的技術(shù)變革, 2℃的目標(biāo)是不可能實(shí)現(xiàn)的。

有前景的技術(shù)

考慮到實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)所需的巨大轉(zhuǎn)型規(guī)模, 哪些低碳能源才是真正有前景的? 這是當(dāng)今科學(xué)家和工程師的一個(gè)主要研究領(lǐng)域, 而我們只能進(jìn)行一些淺嘗輒止的討論。不過, 簡單的分析就能說明這一轉(zhuǎn)型的性質(zhì)。我們可以從美國目前和未來不同發(fā)電方式的成本入手。表18. 2 顯示了能源信息管理局的估計(jì), 為我們提供了有關(guān)美國能源的最好數(shù)據(jù)。8該表顯示了當(dāng)前和未來技術(shù)下, 每1 000 千瓦時(shí)電的成本。這三列數(shù)字為包含了三種不同碳價(jià)(或碳稅) 的發(fā)電成本。第一列顯示了美國和大多數(shù)國家每噸二氧化碳為0 美元時(shí)的發(fā)電成本, 這意味著沒有氣候政策。后兩列顯示了低碳價(jià)和高碳價(jià)的影響。較低的是美國政府推薦的價(jià)格(每噸二氧化碳40 美元), 而較高的是與積極減排目標(biāo)相一致的價(jià)格(每噸二氧化碳200 美元)。

有三組情形需要考慮:

? 第一組是現(xiàn)有的發(fā)電廠。對于這些企業(yè)來說, 資本已是沉沒成本, 因此唯一的成本就是燃料和其他當(dāng)期成本。

? 第二組是當(dāng)前可用的技術(shù)。

? 第三組是正在開發(fā)的技術(shù)。有些技術(shù)正在開發(fā)進(jìn)程中(如下文所述的高級聯(lián)合循環(huán)), 而另一些技術(shù)則需要經(jīng)歷多年的開發(fā)和測試環(huán)節(jié)(如高級核能)。

? 最后一行顯示的是目前的平均發(fā)電成本為每1 000 千瓦時(shí)41美元。

首先在沒有氣候政策(碳價(jià)為0 美元) 的背景下考慮最劃算的現(xiàn)存技術(shù)。在目前41 美元的平均成本下, 表18. 2 中所示的四種現(xiàn)存發(fā)電技術(shù)都是劃算的。

在碳價(jià)為40 美元時(shí), 在第二組的新電廠和當(dāng)前技術(shù)中, 前三種技術(shù)都較為劃算, 但由于監(jiān)管成本的影響, 傳統(tǒng)煤炭變得不經(jīng)濟(jì)了。其中的主導(dǎo)技術(shù)是天然氣(傳統(tǒng)聯(lián)合循環(huán)) 和陸上風(fēng)

電。事實(shí)上, 這些是過去幾年中增長最快的能源。

接下來, 讓我們看最后一列, 它顯示了在強(qiáng)有力的氣候政策和200 美元碳價(jià)下的電力成本。目前, 唯一成熟的低碳技術(shù)是可再生風(fēng)能和太陽能。如果將碳價(jià)計(jì)算在內(nèi), 煤炭和天然氣電力的成本是目前成本的3 ~ 5 倍。然而, 可再生能源發(fā)電不僅在技術(shù)(如負(fù)荷曲線) 上有嚴(yán)重缺陷而且其長期供應(yīng)也有局限。還要注意的是, 用可再生能源發(fā)電替換當(dāng)前的電力結(jié)構(gòu)將是一項(xiàng)無比艱巨的任務(wù), 因?yàn)榭稍偕茉窗l(fā)電只占總發(fā)電量的一小部分, 2018年, 它僅貢獻(xiàn)了總發(fā)電量的大約10%。

如果我們著眼于未來的技術(shù), 也許可以考慮以下兩項(xiàng)技術(shù):配備碳捕存的天然氣聯(lián)合循環(huán), 以及高級核能。此類技術(shù)的發(fā)電成本大約是當(dāng)前發(fā)電成本的兩倍, 但從理論上講, 它們可以滿足整個(gè)經(jīng)濟(jì)體的需求。此外, 它們距離大規(guī)模使用還有很長的路要走。目前還沒有大型發(fā)電廠使用配備碳捕存的天然氣聯(lián)合循環(huán)技術(shù), 抑或高級核能技術(shù), 因此大規(guī)模引進(jìn)這些技術(shù)需要時(shí)間。

表18. 2 值得仔細(xì)研究, 它僅僅顯示了電力這一個(gè)行業(yè)向零碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過程中必須克服的主要挑戰(zhàn)。主要結(jié)論如下: 第一, 未來零碳目標(biāo)下, 能源成本將遠(yuǎn)高于今天的生產(chǎn)成本。其次, 為實(shí)現(xiàn)零排放, 國家需要替換絕大部分的電力資本存量。再次, 最優(yōu)的長期解決方案是開發(fā)新技術(shù), 但其高昂成本勢必會給各國的監(jiān)管和經(jīng)濟(jì)體系帶來極大負(fù)擔(dān)。

但終究, 我們需要謹(jǐn)慎看待上述所有估計(jì), 因?yàn)槲覀儫o法預(yù)見遙遠(yuǎn)的未來和諸多領(lǐng)域迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)。因此, 我們必須為新的可能性做好準(zhǔn)備。更重要的是, 我們需要鼓勵(lì)基礎(chǔ)科學(xué)和

應(yīng)用科學(xué)研究, 并確保市場能為發(fā)明家和投資者提供合理的激勵(lì), 以促進(jìn)新低碳技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和引入。接下來, 本章的最后一節(jié)便著眼于此, 探討政府推動(dòng)低碳創(chuàng)新的政策。

推動(dòng)低碳創(chuàng)新

大多數(shù)關(guān)于能源和環(huán)境的決策都是由私人企業(yè)和消費(fèi)者根據(jù)價(jià)格、利潤、收入和習(xí)慣做出的。主要的能源決策是在市場供求的背景下做出的, 政府只能通過監(jiān)管、補(bǔ)貼和稅收來影響決策。

當(dāng)我們想到能源和環(huán)境決策時(shí), 我們通常會想到新車、新電器, 或者翻新我們的房子和工廠。所有這些都發(fā)生在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和技術(shù)下。然而, 正如本節(jié)所示, 從長遠(yuǎn)看, 轉(zhuǎn)向綠色經(jīng)濟(jì)還涉及有關(guān)新技術(shù)和目前未開發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵決策。例如, 快速脫碳要求我們的發(fā)電技術(shù)發(fā)生重大變革, 包括上文提及的碳捕存等全新的技術(shù)。

技術(shù)變革是如何產(chǎn)生的? 答案是, 通常通過個(gè)人的才智和堅(jiān)持不懈、經(jīng)濟(jì)激勵(lì)、公司結(jié)構(gòu)以及市場需求的復(fù)雜互動(dòng)而產(chǎn)生。例如, 太陽能很好地說明了大多數(shù)基礎(chǔ)發(fā)明的曲折歷史。故事始于1839 年, 當(dāng)時(shí)年輕的法國物理學(xué)家埃德蒙·貝克勒爾(Edmond Becquerel) 在試驗(yàn)電解電池時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了光生伏特效應(yīng)。1905 年, 阿爾伯特·愛因斯坦解釋了光電效應(yīng)背后的物理原理, 并因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

在貝克勒爾的重大發(fā)現(xiàn)之后的一個(gè)多世紀(jì), 光伏電池才得到了它的第一次重要實(shí)際應(yīng)用。貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在20 世紀(jì)50 年代中期研發(fā)了太陽能電池, 多國政府也參與其中, 因?yàn)樗鼈円庾R到太陽能在太空衛(wèi)星和偏遠(yuǎn)地區(qū)的應(yīng)用潛力。自那以后, 太陽能技術(shù)蓬勃發(fā)展, 應(yīng)用于太空衛(wèi)星、房屋上的小型太陽能板和大型太陽能發(fā)電廠。到2020 年, 太陽能的效率(單位太陽能的照明能量) 從第一批太陽能電池的4% 提高到目前最佳應(yīng)用的47% 。自第一批太陽能電池問世以來, 其成本已大幅下降。圖18. 5 顯示了光伏組件的價(jià)格變動(dòng)趨勢, 自1976 年以來, 光伏組件的價(jià)格以每年10% 的速度下降?；仡櫛?8. 2 的內(nèi)容, 在碳價(jià)適中的情況下, 太陽能光伏發(fā)電可同當(dāng)今最劃算的燃料發(fā)電競爭。

讓我們回到綠色創(chuàng)新的雙重外部性問題。低碳技術(shù)的投資受到抑制, 是因?yàn)閯?chuàng)新的私人回報(bào)低于社會回報(bào); 由于碳的市場價(jià)格低于其真正的社會成本, 私人回報(bào)進(jìn)一步受到抑制。

我們對低碳技術(shù)的討論表明, 低碳或零碳世界將需要碳捕存等新技術(shù)。碳捕存到底是什么? 下面的描述基于麻省理工學(xué)院工程師和經(jīng)濟(jì)學(xué)家團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)研究?；舅枷牒芎唵?。碳捕存是指在化石燃料燃燒時(shí)捕獲其排放的二氧化碳, 然后將其運(yùn)輸并儲存在某個(gè)地方, 在那里保留數(shù)百年, 因此這些二氧化碳不會進(jìn)入大氣。

我們以煤炭為例, 因?yàn)槊禾渴谴媪孔疃嗟幕剂? 也是需要大規(guī)模使用碳捕存的主要候選能源。工程師們認(rèn)為, 相比美國目前的天然氣價(jià)格, 使用配備碳捕存的天然氣成本會更低, 不過煤炭的基本原理與天然氣相似。

我們可以將煤假設(shè)為純碳, 從而可將基本過程表示為化學(xué)反應(yīng):

碳+ 氧氣→作為熱量的能量+ 二氧化碳

因此, 化石燃料燃燒得到了合意的產(chǎn)出(可用于發(fā)電的熱量) 和不合意的副產(chǎn)品二氧化碳。

關(guān)鍵便是在二氧化碳分子進(jìn)入大氣之前將其捕獲。目前, 二氧化碳分離技術(shù)已在石油和天然氣田中投入使用。然而, 現(xiàn)有技術(shù)只能小規(guī)模操作, 尚不足以應(yīng)用于大型燃煤發(fā)電廠。一種有前景的技術(shù)是配備碳捕存的集成氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)。這一過程將從煤粉開始, 將其氣化生成氫氣和一氧化碳, 然后使一氧化碳反應(yīng)生成高濃度的二氧化碳和氫氣, 用溶劑分離二氧化碳, 將之壓縮, 然后運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)儲存。這些流程看起來十分煩瑣, 的確如此, 但它們并不比目前使用的煤炭發(fā)電技術(shù)復(fù)雜多少。

碳捕存的主要問題是成本和存儲。碳捕存對電力成本的影響如表18. 2 中最后一組技術(shù)所示。引入碳捕存后, 高級聯(lián)合循環(huán)的成本增加了63% (從每1 000 千瓦時(shí)41 美元增加到68 美元)。二氧化碳捕獲是整個(gè)碳捕存過程中成本高昂的部分, 但運(yùn)輸和儲存可能更具爭議性。一個(gè)問題是儲存介質(zhì)的規(guī)模, 最合適的儲存地點(diǎn)是地下多孔巖層, 如枯竭的石油和天然氣田。另一個(gè)問題是泄漏的風(fēng)險(xiǎn), 這不僅會降低項(xiàng)目的價(jià)值(因?yàn)槎趸紩M(jìn)入大氣), 還會對健康和安全形成威脅, 我個(gè)人認(rèn)為, 最好的選擇是在深海中使用重力儲存, 如果比水重的二氧化碳沉積在深海, 則會在那里停留好幾個(gè)世紀(jì)。

目前, 碳捕存的大規(guī)模使用尚面臨許多障礙。要做出實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn), 每年需要捕存數(shù)百億噸二氧化碳, 但目前每年僅捕存2 500 萬噸。這意味著需要將現(xiàn)在的規(guī)模擴(kuò)大近1 000 倍。此外, 關(guān)于地下儲存性能的數(shù)據(jù)不足, 需要豐富的經(jīng)驗(yàn)來確?？茖W(xué)性和公眾的可接受性, 否則, 人們會持續(xù)為捕存的二氧化碳噴發(fā)造成的巨大、不可預(yù)見的損害而擔(dān)驚受怕。

與其他許多大規(guī)模和資本密集型技術(shù)類似, 碳捕存似乎也陷入了一種惡性循環(huán)。由于一些強(qiáng)化因素(reinforcing factors) 的惡性循環(huán), 企業(yè)不會大規(guī)模投資碳捕存。它有財(cái)務(wù)上的風(fēng)險(xiǎn), 公眾接受度低, 大規(guī)模使用不僅面臨巨大的監(jiān)管障礙, 且缺乏經(jīng)驗(yàn)。打破這一惡性循環(huán)是公共政策面臨的重大困境, 這一點(diǎn)與其他新的大規(guī)模能源系統(tǒng)無異。

這里的關(guān)鍵點(diǎn)是外部性的價(jià)格對創(chuàng)新激勵(lì)的影響。假設(shè)目前可以按每噸100 美元的成本消除二氧化碳。如果二氧化碳的價(jià)格為零, 那么工廠就會賠錢。如果知道二氧化碳的價(jià)格將永遠(yuǎn)為

零, 任何利潤驅(qū)動(dòng)型企業(yè)都不會對消除二氧化碳進(jìn)行投資。

然而, 假設(shè)一家企業(yè)認(rèn)為, 全球?qū)?shí)施一項(xiàng)雄心勃勃的應(yīng)對氣候變暖的政策, 如表18. 2 最后一列所示, 在這項(xiàng)政策中, 碳價(jià)將在幾年內(nèi)上升到每噸200 美元。按照這個(gè)價(jià)格, 企業(yè)估計(jì)投資碳捕存將是有利可圖的。該企業(yè)將以每噸100 美元的成本捕存二氧化碳, 卻可以以每噸200 美元的價(jià)格出售給政府。企業(yè)會謹(jǐn)慎行事, 考慮不同的方法, 但它們會有經(jīng)濟(jì)理由投資這項(xiàng)技術(shù)。同樣的邏輯也適用于太陽能、風(fēng)能、地?zé)岷秃四艿耐顿Y。事實(shí)上,同樣的觀點(diǎn)可更廣泛地適用于各類綠色創(chuàng)新。

本文得出兩個(gè)主要結(jié)論。第一, 當(dāng)今面臨的許多綠色挑戰(zhàn)都呼吁深刻的技術(shù)變革, 無論是科學(xué)、工程還是制度層面的。我們在討論電力行業(yè)零碳發(fā)展的潛在技術(shù)時(shí)看到了這一點(diǎn), 在這一領(lǐng)域, 亟待大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)尚待開發(fā)。

第二, 實(shí)現(xiàn)綠色目標(biāo)的進(jìn)程取決于利潤驅(qū)動(dòng)型企業(yè)的創(chuàng)新行為, 而這反過來要求對企業(yè)提供適當(dāng)?shù)募?lì), 使其創(chuàng)新活動(dòng)有利可圖。這可以通過確保主要外部性的內(nèi)部化來實(shí)現(xiàn), 比如為污染定價(jià)。例如, 碳價(jià)必須高到使低碳技術(shù)投資能夠獲得切實(shí)可靠的財(cái)務(wù)回報(bào)。沒有高碳價(jià), 創(chuàng)新者和企業(yè)沒有動(dòng)力投資低碳技術(shù)。因此, 對外部性的補(bǔ)救措施可以進(jìn)一步推動(dòng)未來綠色新技術(shù)的發(fā)展。

我們可以把這些觀點(diǎn)放在更廣泛的情境中。美國可能擁有最優(yōu)秀的氣候科學(xué)家, 他們能開發(fā)出最有技術(shù)含量的氣候變化預(yù)測模型; 它可能也擁有最頂尖的材料科學(xué)家, 他們可以在二氧化碳產(chǎn)生過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)高效地作業(yè); 它還可能擁有最聰明的金融奇才,他們可以開發(fā)出新的金融衍生品為所有這些投資提供資金……但是, 如果碳價(jià)為零, 那些前途光明但成本高昂的低碳技術(shù)項(xiàng)目將在進(jìn)入一家利潤驅(qū)動(dòng)型企業(yè)的董事會討論之前便已夭折。

書名：《綠色經(jīng)濟(jì)學(xué)》作者：[美]威廉·諾德豪斯，出版社：中信出版集團(tuán)

作者簡介

威廉·諾德豪斯（William D. Nordhaus），2018年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主，耶魯大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)斯特林講席教授。美國國家科學(xué)院和美國藝術(shù)與科學(xué)院院士。他被經(jīng)濟(jì)學(xué)界評為“美國最有影響的50名經(jīng)濟(jì)學(xué)家之一”。出版過多部著作，與薩繆爾森合著經(jīng)典教材《經(jīng)濟(jì)學(xué)》。

關(guān)鍵詞： 二氧化碳 聯(lián)合循環(huán) 發(fā)電成本