能源转型之困：低碳能源与化石燃料的不解之缘
Victor Court
法国石油研究员讲师、巴舍理耶研究院能源与经济繁荣研究组副研究员
在全球范围内，减少温室气体排放已成为一项迫切的任务。转向可再生能源是缓解气候变化的关键之一，但这一转型并非易事。本文提出了一系列挑战，从依赖于化石燃料的现状到基于可再生能源的转型，再到可能面临的能源供应瓶颈和社会转型。作者强调，实现真正的转型需要根本性的举措，而不是表面的调整。然而，转型过程中的障碍仍然存在，如何克服这些障碍并实现可持续转型？我们是否准备好应对可能带来的社会变革？在这场能源革命中，我们将如何适应新的现实和限制？
当前，化石能源与低碳能源之间的相互依存正在掣肘能源转型。
为了真正推动能源转型，我们必须落实根本性举措，这涉及到大规模建设基于可再生能源的基础设施。
同时，我们必须重新审视物质资源的有限性以及地球的极限。
尽管绿氢的未来令人期待，但要达到2050年每年5亿吨的生产目标，产量必须大幅提升。
这场转型所需的努力堪比战时经济，不过，这一比喻的使用可能会引起误解，因为它暗示了这种努力的暂时性。
我们亟需为生态转型所引发的深刻变革做好全面准备。
无可否认，大幅削减温室气体排放已成为全球共识。为了有效缓解气候变化，我们必须逐步摆脱对化石燃料的依赖，转而使用风能、太阳能、水能、核能、地热能以及生物质能等清洁能源。正如法国历史学家Jean-Baptiste Fressoz所言，这是一场史无前例的能源革命，其过程定将充满挑战[1]。从古至今，能源系统的发展依赖于多种能源的整合与补充，而非单一能源的简单替代。
核电厂和光伏板组件的生产与安装常常不在同一地区，因此组件仍然依赖于化石燃料驱动的集装箱船进行全球运输。这表明，尽管可再生能源技术在不断发展，但我们仍未完全摆脱对化石燃料的依赖。以铜为例，它是构建电网的关键材料，对能源转型起着关键作用。智利作为全球最大的铜生产国，每年的开采量高达约550万吨，满足了全球近25%的铜需求。然而，智利的矿业活动需要大量的精炼石油（用于推土机等设备）和电力。其中，40%的电力来源于煤炭[2]，而煤炭本身也在通过以石油和天然气为主导的供应链，从哥伦比亚、澳大利亚和美国等国家进口。全球一次能源消费量——即各种未经加工的能源产品的总和——正在持续增长。值得注意的是，这种依赖关系是双向的。越来越多的化石燃料开采地区也开始利用可再生能源。南非姆普马兰加煤矿附近的风力涡轮机，以及德克萨斯州油井周围安装的光伏板都是有力证明。
01
陷入瓶颈
为了实现真正的转型，我们必须落实根本性举措，而非仅仅进行表面的调整。此外，由于化石燃料的能量密度较高，一旦停止使用势必会导致能量供应不足，因此，我们亟须加快部署基于可再生能源的基础设施。
国际能源机构（IEA）指出[3]，为了在2050年前实现碳中和，并将全球变暖控制在1.5°C以内，氢能将成为关键因素。氢作为一种能源载体，特别适合于工业过程（尤其是钢铁和化肥生产）以及航空和海运的脱碳。目前，全球每年生产的氢气约为1.15亿吨，但主要通过依赖天然气和煤炭的工艺制备，会产生温室气体排放。IEA指出，到2050年全球对氢气的需求量将达到每年5亿吨，且都必须是低碳氢气。
图片来源：PI France
面对这一挑战，我们如何实现从传统氢气生产到低碳氢气的转变？虽然在法国洛林地区发现了大量的天然白氢资源，但在目标规定时间内，这种规模的白氢并不能满足我们的需求。蓝氢虽然在工业应用上更为成熟，但它的生产仍然依赖于化石燃料的燃烧和碳捕集与封存技术。因此，我们必须转向“绿氢”，即通过使用清洁能源电解水制得的氢气。这将带来巨大的电力需求。为了每年生产5亿吨无碳氢气，我们需要在全球现有的437个核反应堆基础上，再增加约4000个核反应堆。如果政策倾向于风力发电，那么到2050年，全球将需要安装620万台风力涡轮机，而目前全球的总安装量仅为约50万台。
我们是否具备实现这些变革所需的工业基础和物质资源？最新研究指出，在快速转型的过程中，建设低碳能源系统可能会导致能源供应陷入瓶颈。在未来几十年中，构建低碳能源系统将消耗大量能源，这可能会限制其他生产领域的发展，显著减少可用于航空、钢铁或水泥制造等行业的能源[4]。
02
走向“战时经济”？
快速推进的能源转型叠加国家政策的大力支持，可能会为社会发展带来重大挑战。面对这一情况，我们必须提前做好准备。有模型预测，我们将面临生产设施的大规模重新配置，其规模可与美国在二战期间的经历相媲美[5]。制造风力涡轮机、光伏板和电解槽所需的材料及能源体量十分庞大，可能会导致日用品短缺，甚至影响家庭消费。在此背景下，劳动力需求的激增将带来失业率的下降。然而，随着工业的扩张、劳动力市场的紧缩以及工资水平的相应提升，通货膨胀率可能会攀升至10%，并有可能在接下来的几十年里持续保持这一高水平。
然而，这还不是全部。许多政治决策将影响这一“战时经济”的走向。实际上，这个词本身已然受到质疑。纵观历史，战争经济具有暂时性，它要求公民为了恢复正常生活而共同努力[6]。但如果生态转型成功，我们就不可能回到过去那个浪费严重且不平等的世界。
在这个崭新的时代，无论是对可持续转型至关重要的技术突破，还是各种政治决策，都无法使我们完全摆脱对资源的依赖。失去了化石燃料带来的便捷性，我们与能源的关系将回归到20世纪之前人类所熟悉的状态。这是否意味着灾难？并非如此。我们需要适应这些新现实，并接受这些限制的回归。唯有如此，我们才能避免在新能源秩序中被淘汰。
作者
Agnès Vernet
Meister Xia
1.Fressoz, J.-B. Sans transition. Une nouvelle histoire de l’énergie, Paris, Seuil, 2024.
2.Perez, J.-L., Pitron, G. La Face Cachée des Énergies Vertes, 2020.
3.https://www.iea.org/reports/net-zero-roadmap-a-global-pathway-to-keep-the-15–0c-goal-in-reach
4.Slameršak, A., Kallis, G., O’Neill, D.W. “Energy requirements and carbon emissions for a low-carbon energy transition “, Nature Communications, 2022, vol. 13, 6932.
5.Jacques, P. et al. “Assessing the economic consequences of an energy transition through a biophysical stock-flow consistent model”, Ecological Economics, 2023, vol. 209, 107832.
6.Monnet, E. “Économie de guerre et écologie : les risques de l’analogie”, L’Économie politique, 2023, vol. 95, pp. 94–102.