应对能源和气候变化：两个国家的故事

◎ 朱棣文

7月15日

  国务委员刘延东、科技部部长万钢、能源局局长张国宝与朱棣文、骆家辉在北京共同宣布成立中美清洁能源联合研究中心。该中心旨在促进中美两国的科学家和工程师在清洁能源技术领域开展联合研究，首批研究领域包括节能建筑、清洁煤、清洁能源汽车等。中美两国将共同投入1500万美元作为启动资金。

7月15日

  中国住房和城乡建设部与朱棣文、骆家辉签署中美建筑节能备忘录。根据该备忘录，中美两国将通过交换专家和技术人员，进行高性能空调系统、照明、绝缘、供热、太阳能发热等方面的经验和技术交换。该备忘录的最终目的，是使建设房屋的能源利用效率提高80%。

  朱棣文在清华大学演讲；骆家辉访问北京亦庄经济技术开发区，并在中美商会演讲。

7月16日

  国务院总理温家宝与朱棣文、骆家辉会谈。温家宝表示，中美要坚定不移地维护共同利益，密切沟通与合作，妥善处理分歧，使双边关系更加稳固和富有活力。美方表示，美方愿进一步加强同中方在经贸、能源、应对气候变化等领域的合作。

   国家电网公司总经理刘振亚与朱棣文、骆家辉会谈。双方探讨了中美在清洁能源方面的合作机会，并就建设坚强智能电网推动清洁能源大规模利用交换了意见。美方赞同中国关于智能电网建设和可再生能源发展等方面的见解，并希望双方能够在解决相关问题方面携手合作。

  朱棣文与骆家辉参观“未来之家”。“未来之家”是由美、英、德等国运用各自国家的环保技术兴建的节能样板房组成。朱棣文驳斥了有关中国政府没有认真对待减排的说法，他表示，他们应该“去中国看看，看看他们正在做的事情”。

 7月16日

朱棣文参观华能北京热电厂。

7月17日

朱棣文访问新奥集团；在天津大学演讲。 

   7月15日，朱棣文在清华大学就全球变暖和能源利用发表演讲。该演讲阐述、论证了以下观点：“如果发展中国家不采取行动，就会使全球变暖问题恶化，所以我们必须协同解决它。这也是为什么奥巴马总统已承诺，美国将在本世纪中叶前减排80%……科学技术与正确的政策相结合，就可以帮助我们解决全球变暖的问题”。朱棣文称，他来中国访问的目的不仅是要和中国政府、企业，就全球变暖、清洁能源技术利用等进行谈判和合作,他还要就他对全球变暖和能源利用的观点，来影响中国大众，使人人都能为阻止全球变暖行动起来，作出贡献。经《能源评论》特约记者Michael Davidson、苗乃川的努力，现将朱棣文先生在清华大学的演讲全文刊登，以飨读者。本文根据现场录音整理，小标题为编者所加。

今天我想谈一谈应对能源和气候变化挑战的问题，同时我也想谈一谈中美这两个伟大国家之间的一些相似点。

 中美两国在能源需求方面有共同点

  什么是能源挑战？不同的人有不同的解读。首先是（各国）对油气资源为代表的自然资源的竞争加剧和忧虑加重。随着世界进步和发展中国家的经济发展，对油气资源的需求必然会增加。任何一国的长远发展,都与以可持续方式利用能源息息相关。最后，还有关于气候变化的争论，有支持的也有反对的。正是因为这个原因，十年前我作为一个科学家开始接触关于气候变化的资料时，我是有所怀疑的。但大概是在六年前，我终于确定，气候变化是真的存在。也正是因此，我改变了自己的职业：我决定放弃自己钟爱的物理学和生物物理学研究工作，转向气候变化这个问题，这也是我离开斯坦福去伯克利国家实验室的原因。

  从中美两国与石油的关系来看。

  美国石油生产量在20世纪70年代达到顶峰。1950年前，美国还是一个石油净出口国，但50年代后美国成了一个石油净进口国。目前美国60%的石油消耗依靠进口，国际油价有高有低，美国花在进口石油上的资金是每年在六七千亿美元到两三千亿美元之间，基本是以千亿计的。

  中国也曾经是一个石油出口稍微高于进口的国家。但自1994年起，中国成为一个净进口国，而且进出口缺口日益增大。今天，中国的石油大概有一半要依赖进口。因此，中国走的是美国走过的同一条道路，只是速度更快。当然，石油也属于大宗国际商品，所以各国都为此耗资巨大。

全球气候变暖的威胁 

  除了石油和天然气需求增长，我们还面临着另一个前所未有的挑战。这是政府间气候变化专门委员会（IPCC）自1970年开始的气温观测数据。自1850年到现在，全球平均气温在上升。北半球的升温快于南半球。我们可以理解其中的原因：北半球有更多的陆地，在我们释放温室气体的同时，南半球的海洋导致其升温缓慢，地球需要一定时间的进行对流。

  我们知道这些数据模型很多是由计算机模拟推演出来的，甚至有很多我们无法理解。其中一个例子是北极冰盖。9月份一般是北极冰盖融化最多的时候，通过比较2007年和1979～2005年的北极冰盖外缘，我们发现它融化的速度超过IPCC在1995年作出的推算。这十分令人费解，但如此快的融化速度足以引起我们的警觉。

  人类对海平面上升的速度也进行了观测和记录。地质数据间接证明，在过去2000年间，海平面相对于地面的距离大致是稳定的。当然由于板块作用，海平面也有起伏，但是我们这里讲的是全球平均水平。自1970年起，全世界都对海平面上升进行了测量，在最初20年中，海平面每年上涨0.6毫米，可以说是轻微涨幅。然而现在的上涨幅度已经达到了原来的5倍，也就是每年3毫米。最新的观测数据远远超过我们原来的气候变化数据模型的预测。我们正努力理解其中的原因，但或许全球变暖的进程加快是答案之一。

  我们会作出什么样的预测？当对某一地的发展前景作出预测时，不确定性就比较大，所以我们需要将其看作是不那么准确的预测。但是不管怎样，我们的最新模型对加利福尼亚2020～2049年和2070～2099年的变化进行了预测。有两种情境，分别是温室气体高排放和低排放下的不同情境。低排放情境指的是各国领导人就《京都议定书》达成协议，高排放情境是一切照旧，不做任何事。根据这两个情境我们会得出2050年的二氧化碳排放值。

  在低排放情境中，加利福尼亚的山脉积雪，同时也是该地区的主要可饮用水源，本世纪上半叶会减少26%。而在悲观的高排放情境下，该处水源将只剩下60%。到本世纪末，加利福尼亚的这些饮用水资源在乐观情境下将仅存27%，而在悲观情境下，将仅存11%。

  这对加州来说意味着什么？我曾经在加州生活过多年，当加州的积雪连续两年低于正常值25%的时候，就得施行饮用水定量供应制度。而我们的预测中，最乐观的预计也是到本世纪末也将仍然如此。可见气候变化的后果是相当令人震惊的。

         在悲观情境下，到本世纪末加州将不再有雪。在加州，冬季是下雨和下雪的季节，然后就有六至八个月的时间不再降水。这将是最糟糕的水系统，因为当山中下雪时，山脉以山顶积雪的形式把水储存下来，并让其慢慢融化直至7月份。然后水库大坝又可以储存融化的水。因此如果没有积雪保存水资源，下雪季节将只有雨，夏秋季节则迎来的是干旱。这一情景将不仅发生在加州，美国西部和中西部的情况将是同样的严峻。

  当我们讲到积雪和冰川时，情况更让我们担忧。从喜马拉雅山脉的冰川图来看，在过去50年中，中国西部地区的冰川体积已经缩减了21%，减少速度大概是每年10～15米。可见中国和美国面临的问题是一样的，区别只是中国的问题要更严重。喜马拉雅山脉和青藏高原为长江黄河等大河的源头提供了水源，这些大河养育了全世界三分之一的人口。如果这些山地中没有雪来保存水资源，我们将面临同样的问题——冬季水多成灾，夏季缺水干旱。

  我们再看看更大范围内的问题。全世界的冰川都在融化，而且在加速融化。在过去45年间，我们已经失去了大约9000平方千米的冰川面积。这看上去似乎没什么，相反我们有了更多的融水，事实上我们看到的是更多水灾，一旦所有的冰川融化殆尽，真正严重的问题就来了。

全球变暖和人类活动密不可分

   全球正在变暖，而事实证明这是人类导致的。我们利用数据模型来比较有人类活动参与和没有人类活动参与的纯自然环境下的地球气温变化。200年前，大气中的二氧化碳和二氧化硫的含量开始变化，这是因为工业革命恰好在那个时候兴起。在宇宙射线作用下，碳14的生命周期很短。我们从地下提取的石化燃料所含的碳14大多都是已经耗尽的。我们发现碳14正在大规模减少，这是人类活动造成温室气体增加的有力证据。

  通过比较历史不同时期重水中的氢分子的质量，我们可以看到，二氧化碳和地球气温之间有着联系。当然在2000万年前，地球上的二氧化碳浓度比现在还要高，但那时候地球是另一个样子。

  我们可以想象不同温度对地球造成的影响。在冰河时代，地球的平均气温只是低了6摄氏度。然而正是这6摄氏度的区别，使当时奥尔良以北的美国和加拿大领土终年被冰层覆盖着。由此我们可见6摄氏度的平均温差给地球带来的变化是巨大而深刻的。同样的道理，如果地球温度上升6摄氏度呢？我相信带来的同样也是巨大的变化。

  事实上，二氧化碳在大气中的增长过于迅速，地球气温的变化还没有跟上这一速度。就算我们现在完全停止全球的所有二氧化碳排放，也需要100年的时间才能使地球温度稳定下来。按照《京都议定书》规定的目标，我们应将大气中的二氧化碳当量控制在550ppm。人们认为，假如大气中二氧化碳含量控制在450～500ppm，我们就能避免气候变化带来的一些极端恶果。如果我们什么都不做，一切照旧，那么后果将不堪设想。

  科学家告诉我们，地球正在变暖，而这与人类排放的温室气体有很大关系。中国和美国今天的二氧化碳排放量占到了世界总量的42%，中美两国在未来几十年的作为将决定世界的命运。因此，美国必须小心行动，减少二氧化碳排放，我希望中国也作出同样的努力。

  中方说，我们仍是一个发展中国家，我们的总排放量超过美国，但是我们有13亿人口，而美国只有3亿，我们的人均排放量低。另一个理由是，美国自工业革命以来已经排放了多于中国排放的二氧化碳。但是按照中国碳排放量的增长速度，如果中方继续高能耗的发展老路，不开发新能源，在不久的30年内，中国的排放总量将会和美国自工业革命以来的历史排放总量一样多。因为中国人口众多，中国、印度和墨西哥等发展中国家在未来30年的排放量将使得所有其他排放国相形见绌。因此，我们不能这样讲：发达国家，是你们制造了气候变化这一问题，应该由你们来解决。我们都生活在同一个世界上，发达国家确实造成了问题——我承认这一点，但是如果发展中国家不采取行动，就会使这一问题恶化，所以我们必须协同解决它。这也是为什么奥巴马总统已经承诺：美国将在本世纪中叶前减排80%。

  除非发展中国家承诺在本世纪中叶之前减排，不然,世界就会面临很大的危机。中国之所以有如此高的排放，很大程度上是因为其高度工业化；中国正进行大量的基础设施建设，需要大量的水泥、玻璃和铝材等等。在接下来的三十年内，如果按照目前的速度发展，其排放量将严重超出现有水平。

不减排的后果      

   我们现有的数据模型告诉我们，随着全球变暖，芝加哥一年内将有三分之一的温度在华氏90度以上。1995年，芝加哥曾有100多人因为类似的高温而死亡，全球变暖的后果将使芝加哥每年将有10倍于此的死亡人数。如果我们采取了行动，在乐观情境下，这一数字将减少为每年400人。

         我今天为诸位带来的信息不是“将会不会发生不幸的事”，而是将会发生不幸，或者将会发生更不幸的事。

         按照我的中国同事们的研究，中国在过去每20年发生一次热浪袭击。而现在，每两三年就会发生一次。海平面也会上升，美国一些地区将被淹没。按照IPCC的预测，海平面如果上升30厘米，将淹没8万多平方千米的沿海低地。不仅如此，风暴发生的频率也会增加。我们还没有掌握飓风、台风和热带风暴的机理，但是我们可以肯定，随着海水温度的升高，飓风和台风的力量会增大。

         由于中国沿海人口密集，特别容易受到海平面上升的威胁。中国由于海平面上升而被迫迁移的受灾人口有可能超过孟加拉国。

         世界各地的气温也会上升。很多雨水将以瓢泼的形式从天而降，造成严重水灾。而到了夏天，则会更加干旱少雨。尽管从总体平均值上来看我们有了更多的水资源，但却不是以我们所希望的形式增加的。

  中国的粮食生产能力也将受到打击。IPCC的报告和美国与中国科技部合作研究的结果都显示，在高排放情境下，到2030年，中国的作物产量可能减少5%～10%，到2010年，稻米、小麦和玉米产量可能下降37%。

  最后，还有一个更可怕的危险——我们称其为“倾点”。举例来说，在世界北部，尤其是俄罗斯，有广大的冻土带，冻结了数百万年以来积累的植物残骸。据测算，冻土带里储存的碳是现在全球大气中含量的两倍。一旦全球变暖达到特定的温度，冻土带开始融化，细菌就将开始分解其中的有机质，大量的二氧化碳和甲烷就会释放到大气中，全球变暖就会进入恶性循环，冻土带将会加速融化。

         格林兰岛的冰盖有3千米厚，现在已经开始融化，正变得越来越薄。地面会比冰层更容易吸收热量，一旦冰盖下的地面暴露，冰盖就更加难以恢复。用物理学的术语讲，冰盖的恢复有滞后效应，需要很长的时间完成。而假如格林兰冰盖融化，海平面将上升7米。如果西南极洲的冰层融化，则全球海平面将再上升30英寸。这样的上涨数字是惊人的，并且海水的流动也没有国界之分。

         科学家现在已经有了充足证据，证实地球变暖是由人类活动引起的温室气体造成的。一旦温室效应气体(GHG)达到一定水平，地球将被太阳加热，直到地球升温到一定程度，地球对外辐射热和吸收太阳能达到一个新的平衡点为止。我们还没有达到该平衡点，因为海洋的升温比较缓慢——深海部分温度更低。在深海的温度达到一定高度之前，地球将继续变暖。这一过程的后果将会是我们花一百年也不一定能弥补的。也就是说，如果我们直到完全确认这一后果之后再采取行动，那就太晚了。

如何应对气候变化

         科学技术与正确的政策相结合，就可以帮助我们解决问题,而且我们有解决这些问题的能力。1960年，世界人口达到了30亿，今天全球人口有65亿。在上世纪60年代末，由于发展中国家的人口爆炸，曾经有人预言数百万人将会面临饥饿威胁。一位研究人口模型的斯坦福教授做出了同样的预言。但事实上，没有出现百万人饿死的情况。

         1970年，摩根·波洛克获得诺贝尔和平奖，因为他培养的杂交种子使墨西哥小麦的产量增加了5～7倍。在世界各地，谷物产量都增加了3～7倍。杂交良种、化肥和灌溉的应用使得谷物产量的提高实际上超过了人口增长的速度。与此同时，全球耕地总面积没有变化。       

         类似的情况还发生在20世纪初的时候，欧洲面临饥饿威胁，然后开始利用来自南美的海鸟粪和智利的硝石作为农业肥料，这最终导致了化肥的产生。哈伯和博世发明了人工合成氨的方法，使人工肥料生产成为可能。在上述两个例子中，科学都（至少是临时的）拯救了人类。

  我们今天面临气候变化危机，而科学又将扮演拯救者的角色。在能源强度（创造单位财富消耗的能量）方面，中国一直做得很好，能源利用效率逐年提高，但到了2000年，中国的能源强度也开始增加。 美国消耗了大量能源，但因为其财富也同样巨大，所以能源强度更低，而且还在继续降低。能源强度的变化是令人担忧的问题，中国2005年宣布，要采取切实有效的措施改变能源强度提高的趋势，并将中国的能源强度在五年内降低20%。要实现较低的能源强度，各种基础设施就得按照高效节能的方式设计和建造。美国的基础设施一度是在资源丰富和人们对气候变化并不知情的情况下建设的。到了2005年后，我们认识到，不节能的基础设施带来了严重后果。奥巴马总统要求加强这方面的投资和科学研究，美国国会也通过了一项关于二氧化碳减排的法案，目标是到2020年减少17%的排放量，到2050年减少80%。这项法案还需参议院通过，但至少它显示了本届美国政府正努力在这方面扮演领导角色。

  奥巴马总统在捷克首都布拉格的演讲中有一段话：“现在是我们改变能源使用方式的时候了。我们必须一起应对气候变化的挑战，通过发展风能和太阳能的利用，减少对化石燃料的依赖。我向各位保证，美国将在这一努力中承担起领导角色。”现在我在这里也向诸位做出同样的保证。

  2009年是美国吉米·卡特总统与当时的中国副总理邓小平签订两国科技合作协议30周年。这是我们两国执行时间最长的一个协议，它显示了科学在两国合作中的重要地位。我们应该坚持并加强这种传统，因为中美科技合作将使得新技术在两国进行应用。这将为发达国家和发展中国家作出榜样。

         那么我们要做些什么呢？提高能源效率是一个很好的例子。美国自1975年以来通过改善冰箱的设计，节约的能源超过美国可再生能源的总和，这相当于三个三峡水电站的发电量。至于汽车产业方面，中国已经制定了比美国还高的燃油经济性标准，这非常好。欧盟和日本在燃油经济性方面的标准有望达到48mpg（英里/加仑）, 这也是我们应达到的目标。在奥巴马政府任内，加利福尼亚州已经提高了燃油经济性标准。中国汽车市场的快速增长将持续到2050年，这样必将带来石油进口的增长。中国目前已经是世界第三大石油进口国，或许很快将成为最大的进口国。中国不应当步美国后尘——我们过去在驾车方面养成了很坏的习惯。我们完全可以制造具有高燃油经济性，同时也是高质量的汽车。      

         我希望中美在能源效率方面进行深层次合作。例如在建筑节能方面，通过改造建筑屋顶，使其反射太阳光辐射，就可以减少10%～30%的空调用电。人类建造的道路和建筑如果都改成水泥色而不是黑色，就可以少吸收太阳热能。用太阳能反射材料改造屋顶达到的效果等同于减少汽车在路上排放二氧化碳11年之久。据统计，全世界40%的能源消耗实际上来自于建筑物的能耗。美国大约有3000亿平方英尺的建筑物，而中国在未来15年内将新建同等面积的建筑。随着中国城市化的进程向前发展，城市房屋将以天量增加，在一个典型年份里，世界上一半的新建建筑都是在中国建设的。因此建筑物的节能就显得至关重要。如果中国还以美国在50年代那样的方式建造房子，那么必将面临能源危机。利用具有嵌入式能量分析功能的计算机辅助设计工具，我们可以通过新的方式建造和设计房屋。同时，在建筑运行方面，采用计算机技术进行分析和控制，以达到节能的目的。

  碳捕获和封存（CCS）以及核能方面，我们知道全世界三分之二的煤都储存在中美俄印四个国家。这些国家不可能放弃使用煤燃料。因此我们需要探索使用煤燃料的新方法和新技术。这些新技术必须能够去除煤燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物和其他有害气体。我真心希望两国能够合作进行一个碳捕获和封存（CCS）项目的示范建设。国际合作将加速CCS技术的部署和应用。

  同许多国家一样，美国正在推行燃烧前和燃烧后二氧化碳的捕捉方法，如整体煤气化联合循环（IGCC），通过将煤气化我们可以得到一氧化碳和氢，这两种燃料燃烧后的大部分都变为水，因此我们就避免了二氧化碳的排放。还有一些技术考虑在气化过程中发电，或者在电厂停炉时制造化肥。所有这些技术方案都会降低碳捕获的成本，使得投资收益更好。我们的目标是在未来8～10年间开始碳捕获和封存技术的商业部署。在常规部署CCS之前，许多新的发电厂将建成，我们需要现有煤电厂的高效碳捕获技术，美国能源部正在支持多方面的研发，如膜技术、相分离和催化捕获等等。

  核电方面，中国将建成世界上第一个更安全的第三代核反应堆。在新一代技术中，水循环的设计大大提高了安全性。核反应堆循环水在全世界各地都是都很重要的问题。美国目前有100多个核电站，我们还有很多新建项目。核废料的问题也很重要，但我相信有途径解决它。在防止核扩散方面，美国和中国在内的其他国家都开展了合作。

  可再生能源方面，中国是全世界最大的光伏电池生产国。光伏发电仍然比较昂贵，如果没有政府补贴，没有人愿意投资建设或使用它，我们需要能将太阳能发电成本降低4～5倍的技术。全世界的沙漠也为太阳能发电提供了空间。假如我们能安装能源效率在20%以上的太阳能电池，只要全球百分之几的沙漠面积，我们就可以提供全世界需要的电力。

  风电方面，我们还需要解决电力传输和存储的问题。我们需要一个智能的电网系统来传输。最有效的存储电能方式就是建设抽水蓄能电站，可以保证70%～85%的能源循环效率。

  电池方面，对于电动汽车行业，电池是至关重要的。目前电池技术的瓶颈还是能量密度太低。对于运输工具，最佳储能方式仍是柴油、汽油、煤油或脂肪。这也是运输行业严重依赖石化燃料的原因。但是如果我们能够开发出能量密度达到现有电池4～5倍的电池，电动汽车就可以商业应用了。这样的技术方案已经在设计中。

  我们现在需要新一轮绿色革命，需要全球的谷物产量继续增长，但不能再依靠化肥。我们需要像亚洲草芒这样的能源作物。在伊利诺伊州的试验田里，亚洲草芒能够在不需要化肥和灌溉的条件下，达到相当于玉米15倍的产量。5000万亩的能源作物，加上农业和城市废物可以产生相当于目前美国汽油消耗量1/2的燃料。

  美国政府也正资助有关改变酵母菌基因的研究，改良后的酵母菌能够分解甲醇，产生的不是乙醇而是类似汽油的燃料，直接供汽车使用。

  仿生学研究方面，人工光合作用的技术研究也在进行。希望我们能够利用纳米技术制造出供人工光合作用设备使用的新材料。

  我们希望激励所有最优秀的科学家，加入到为世界寻找新的运输燃料的努力中来。

  1968年12月24日，在阿波罗8号飞船上拍摄到的地球告诉我们：地球是人类生存的地方，我们没有其他地方可去。假如地球温度升高5度，我们面临的将是另一个世界，大约有三分之一的物种将灭绝。这正是我们要努力避免的，不能再无所作为了。

  最后我想复述马丁·路德金1967年的一句话，他讲的是针对从越南撤军的问题，但更适合用来评论气候变化的问题：“我的朋友们，我们今天面临这样一个事实，明天即是今天。我们现在面临着强烈的紧迫性，在此展开历史和生活的难题时，有这样一件事就是为时已晚。”