普林斯顿稳定楔理论的探析

美国普林斯顿大学的Pacala与Socolow^[5]提出了二氧化碳排放的“稳定楔”理论^[1]。凭借该理论可以把二氧化碳的减排细分为易处理的几大块（见图20.3）。以2004年化石燃料的碳排放量是7Gt/a为例，假设到2054年这个数量翻倍到14Gt/a，根据国际能源署的“一切正常”情景预计，综合利用7个楔子，每个楔子减少1Gt，未来的碳排放量必须减掉1/3。到2054年，为了保证全球大气二氧化碳浓度低于（5.5×10^-6）%的水平，全球的碳排放只能是25Gt。Pacala和Socolow^[5]假设了各种可能的技术来实现这样一个减排目标，具体分类分为这样几类：提高能源效率/对自然环境的保护措施，无二氧化碳排放的电力/燃料，以及利用森林和耕地对二氧化碳的实现自然吸收。

图20.3 普林斯顿碳排放稳定楔理论(www.xing528.com)

1Gt的碳大体上相当于今天的装机容量为524GW的燃煤发电站的排放量，而这个容量稍微低于现在世界装机容量的一半。在“一切正常”情况下，发电站的平均效率有望从2000年的32%适当提高到40%，通过加以适度的改善就可以提高到90%，那么1Gt的碳就可以代表700GW容量的燃煤发电厂的排放量。如果碳捕获和存储技术能够发展到捕获90%的排放物，那么对基本负荷为800GW的燃煤发电厂（相当于70%的现有燃煤发电厂）的排放物进行捕获就可以完成一个楔子。或者，假设燃煤发电厂的世界总发电量翻倍，Pacala和Socolow估计如果所有燃煤发电厂的发电效率能够从40%提高到60%，那么也可以实现一个楔子。另一种方法可能是用发电效率为60%的天然气发电厂代替燃煤发电厂，从今天的技术发展水平来看，后者似乎更合理，或者用可再生能源或核电站更好。假设核电站和燃煤发电站的都具有90%的利用率，与2002年359GW的核装机容量相比，一个楔子将相当于用700GW的核容量代替煤（或者用1200GW的核容量代替天然气）；或者就风能而言，一个楔子相当于采用2000GW的风力汽轮机（是2003年世界容量的50倍）。

如果把电用于电解槽以生成氢气来代替汽车中的汽油消耗，那么需要将近两倍的可再生电能或者核电。典型的汽油驱动客车大约要释放50g/km碳。假设年度行程是16000km，那么每年的碳排放量大约是800kg。25%的碳花费用来实现每辆汽车1t碳的满意排放基准。因此到2050年，一个楔子代表增加1×10⁹的车辆（根据目前世界约540×10⁶车辆以每年2%的速率增长而得到）。相似规模的楔子可能代表货运和空运的增长。楔子的规模可以通过限制需求（更少的汽车或者更低的年驾驶范围）、改善汽车燃料利用率和/或用更低碳的替代燃料比如生物燃料或者氢气来减小。