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排放“歸零”怎么做?自主研發(fā)平臺模擬出路線圖
“在大氣污染治理方面,清華大學(xué)科研團(tuán)隊沒有一次缺席過國家的大仗硬仗。”5月7日,中國工程院院士、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院賀克斌教授在接受包括科技日報在內(nèi)的媒體專訪時表示,此前在北京奧運空氣質(zhì)量保障、大氣十條、藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)等關(guān)鍵戰(zhàn)役中,清華大學(xué)歷時20多年自主研發(fā)的平臺發(fā)揮了重要作用,如今正在為碳達(dá)峰、碳中和背景下“減污降碳”協(xié)同治理的科學(xué)評估和決策支持持續(xù)發(fā)力。
近日,《國家科學(xué)評論》刊發(fā)了清華大學(xué)與合作團(tuán)隊在該平臺支持下共同完成的科研成果——《碳中和背景下中國2015—2060年P(guān)M2.5空氣質(zhì)量改善路徑》,首次定量揭示了碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)下中國及重點區(qū)域2015年—2060年的空氣質(zhì)量持續(xù)改善路徑。
數(shù)字“互動劇”呈現(xiàn)50年后的模樣
“在自主研發(fā)的平臺中,可以動態(tài)地模擬中國從過去到未來各行各業(yè)的生產(chǎn)活動和排放變化。”論文主要作者之一、清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授張強介紹,在中國碳中和與清潔空氣協(xié)同科學(xué)評估與決策支持平臺(CNCAP)中,每個行業(yè)的排放路徑會有一個全景式的展示。
這些排放路徑是動態(tài)的,可以理解為一個“互動劇”,碳達(dá)峰、碳中和是未來一段時期人類應(yīng)對氣候變化的一部史詩式實踐巨制。當(dāng)施加不同的干預(yù)(如產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)革新、治理措施等)時,各行業(yè)排放情況不同,不同行業(yè)的排放路徑又交匯起來,共同影響中國區(qū)域的大氣環(huán)境變化。
在這部史詩的“數(shù)字孿生”模擬中,結(jié)局目標(biāo)明確:中國將力爭2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值,努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。
目標(biāo)定了,CNCAP平臺基于對真實世界的仿真進(jìn)行了路徑模擬。研究發(fā)現(xiàn),在2030年之前,提升可再生能源的比例,推動鋼鐵水泥等高耗能產(chǎn)品產(chǎn)量盡早達(dá)峰,加快散煤清潔化替代進(jìn)程,持續(xù)推進(jìn)非電行業(yè)、柴油機等重點行業(yè)的污染治理,可在實現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的同時,使全國絕大部分地區(qū)PM2.5年均濃度達(dá)標(biāo)。
“過去幾年,減排主要通過末端治理,例如在火電廠、水泥廠安裝措施、加強監(jiān)管。”賀克斌說。但末端治理的邊界漸顯,未來需要新的方案。改變能源使用結(jié)構(gòu)會成為未來減排的主要推動力。
“能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變需要科技引領(lǐng)。”賀克斌說,光伏發(fā)電成本近年來的陡降給出了很好的范例(從1990年的100美元/度到2020年的不到2美分/度)。
預(yù)測顯示,到2060年我國將基本完成低碳能源轉(zhuǎn)型,可再生能源發(fā)電占比將達(dá)到70%以上,工業(yè)部門終端煤炭消費比例低于15%,新能源車占比達(dá)到60%以上,民用部門能源全面清潔化。到那時,全國人群PM2.5年均暴露水平達(dá)到8微克/立方米左右。
“坐冷板凳”的基礎(chǔ)研究給出“自主”底氣
期待排放“歸零”的同時,可能有人會問:對未來的預(yù)測,夠不夠準(zhǔn)?
“在這個平臺上,一個鋼鐵廠的排放會被細(xì)致地刻畫。”賀克斌舉例道,它的煉鐵、煉鋼、焦化等不同工藝的排放量都是不同的,在系統(tǒng)中會分節(jié)點、分工藝地體現(xiàn)。
“從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在20多年的時間,我們一直做同一件事情,將中國的生產(chǎn)生活與污染物的排放建立聯(lián)系。”賀克斌說,這個可以說是世界上最復(fù)雜的體系,不僅區(qū)域跨度大、污染物種類多,還涵蓋從最落后到最先進(jìn)的技術(shù)。
隨著平臺的發(fā)展,模型模擬精度由低到高、數(shù)據(jù)量由小到大,CNCAP平臺從模型研制到軟件開發(fā)再到超算算力實現(xiàn)自主創(chuàng)新。
近30年“坐穿板凳”的積累,讓平臺不僅能給出粗線條的答案,還能夠給出分配到空間、時間的高精度“藍(lán)圖”。
“在全球氣候變化和國家碳達(dá)峰、碳中和重大戰(zhàn)略背景下,未來我們將面向人民生命健康,進(jìn)一步研發(fā)排放近實時動態(tài)模擬技術(shù),構(gòu)建包含各類有毒有害物質(zhì)的全組分排放清單。”賀克斌說。
據(jù)介紹,包括863、973、重點研發(fā)計劃、攻關(guān)專項和國家自然科學(xué)基金的多項國家科研項目經(jīng)費支持該平臺研制。平臺產(chǎn)生的成果支持了全世界300多家學(xué)術(shù)機構(gòu)的空氣質(zhì)量模擬和未來情景演變分析等工作。