气候变化政策中依赖不确定二氧化碳去除技术的风险研究

作者及机构
本研究由威斯康星大学麦迪逊分校的Matilyn Bindl、Morgan R. Edwards以及马里兰大学的Ryna Yiyun Cui合作完成，发表于*Nature Communications*期刊（2025年，卷16，文章编号5958）。

学术背景
随着全球气候目标（如《巴黎协定》提出的1.5°C或2°C温控目标）的推进，综合评估模型（Integrated Assessment Models, IAMs）被广泛用于规划碳中和路径。其中，新型二氧化碳去除技术（Carbon Dioxide Removal, CDR），如生物能源结合碳捕集与封存（BECCS）和直接空气碳捕集与封存（DACCS），被视为实现净零排放的关键工具。然而，这些技术目前仅占全球CDR的极小部分，且面临成本、资源限制和社会接受度等多重障碍。本研究旨在量化在CDR技术可行性不确定的情况下，不同政策规划对气候、经济和社会公平的影响。

研究流程与方法
1. 研究框架设计
研究采用两阶段决策分析框架，结合全球变化分析模型（GCAM v5.4）模拟六种情景：
- 情景1（规划高CDR且实际可行）：政策制定者假设CDR技术可大规模部署，并通过碳定价实现2°C目标。
- 情景2（规划高CDR但实际不可行）：若CDR技术无法达到预期规模，需通过提高碳价或接受温升超标（如2.4°C）来调整政策。
- 情景3（规划低CDR且实际可行）：政策以快速减排为主，CDR仅作为补充。
- 情景4（规划低CDR但实际不可行）：通过加速能源转型实现目标。
- 情景5-6：分别探讨政策调整（保持碳价或调整目标）的后果。

1. 模型参数与约束

   • CDR约束：在低CDR情景中，将BECCS和DACCS的年去除量限制为高CDR情景的25%。
     
   • 学习时间点：设定为2045年（中期），模拟政策制定者对CDR可行性的认知更新。
     
   • 敏感性分析：测试不同学习年份（2030-2045）、CDR上限（25% vs. 50%）及温控目标（1.5°C vs. 2°C）的影响。
     

2. 数据采集与分析

   • 排放与温度：通过GCAM输出化石燃料CO₂排放、CDR去除量及全球平均温升数据。
     
   • 经济指标：计算电力部门搁浅资产（stranded assets）和低碳技术投资，使用Plutus软件包量化成本。
     
   • 区域公平性：评估不同地区在CDR误判下的减排负担或收益，如非洲和南美洲的排放调整比例。
     

主要结果
1. 气候与能源转型
- 高CDR依赖的延迟效应：若规划高CDR但实际不可行，2050年后需急剧减排（58%），导致全球搁浅资产增加38%（5.6万亿美元）。
- 低CDR的稳健性：规划低CDR可避免能源系统突变，并在高CDR可行时开放1.5°C的温控可能性。

1. 经济成本

   • 高CDR误判情景下，2100年碳价需提高32%（达1000美元/吨碳），而低CDR规划可减少政策成本波动。
     

2. 区域公平

   • 低收入国家（如非洲）在高CDR误判时需承担更强制减排压力，反之则可能获得额外排放空间（图5c-d）。
     

结论与价值
本研究揭示了过度依赖CDR技术的风险：若技术未能按预期发展，将导致能源转型滞后和经济损失。相反，以快速减排为核心的“稳健策略”不仅能降低风险，还可通过后期CDR潜力提升气候目标雄心。研究为政策制定者提供了以下启示：
- 短期行动优先：加速能源系统脱碳，减少对CDR的被动依赖。
- 创新支持：需通过政策激励（如碳定价和研发投入）推动CDR技术成熟，同时关注其社会环境影响。

研究亮点
1. 方法创新：首次将两阶段决策分析与GCAM结合，量化CDR不确定性对多维度（气候、经济、公平）的影响。
2. 政策启示：提出“低CDR规划+高CDR潜力”的双轨策略，兼顾稳健性与灵活性。
3. 数据全面性：覆盖全球32个区域，分析搁浅资产、投资和区域公平等细分指标。

其他价值
研究还探讨了CDR技术的社会接受度与资源冲突（如土地和水资源压力），强调需通过多利益相关方参与制定公平治理框架。补充分析显示，若将学习时间提前至2030年，可减少1万亿美元搁浅资产，凸显早期技术评估的重要性。