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排放“歸零”怎么做？自主研發(fā)平臺(tái)模擬出路線圖
2021-05-14
“在大氣污染治理方面，清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)沒有一次缺席過(guò)國(guó)家的大仗硬仗。”5月7日，中國(guó)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?qǐng)?bào)在內(nèi)的媒體專訪時(shí)表示，此前在北京奧運(yùn)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(shí)20多年自主研發(fā)的平臺(tái)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(píng)估和決策支持持續(xù)發(fā)力。
近日，《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》刊發(fā)了清華大學(xué)與合作團(tuán)隊(duì)在該平臺(tái)支持下共同完成的科研成果——《碳中和背景下中國(guó)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(guó)及重點(diǎn)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(dòng)劇”呈現(xiàn)50年后的模樣
“在自主研發(fā)的平臺(tái)中，可以動(dòng)態(tài)地模擬中國(guó)從過(guò)去到未來(lái)各行各業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)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(qiáng)介紹，在中國(guó)碳中和與清潔空氣協(xié)同科學(xué)評(píng)估與決策支持平臺(tái)（CNCAP）中，每個(gè)行業(yè)的排放路徑會(huì)有一個(gè)全景式的展示。
這些排放路徑是動(dòng)態(tài)的，可以理解為一個(gè)“互動(dòng)劇”，碳達(dá)峰、碳中和是未來(lái)一段時(shí)期人類應(yīng)對(duì)氣候變化的一部史詩(shī)式實(shí)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(shí)，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(lái)，共同影響中國(guó)區(qū)域的大氣環(huán)境變化。
在這部史詩(shī)的“數(shù)字孿生”模擬中，結(jié)局目標(biāo)明確：中國(guó)將力爭(zhēng)2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。
目標(biāo)定了，CNCAP平臺(tái)基于對(duì)真實(shí)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(dòng)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(jī)等重點(diǎn)行業(yè)的污染治理，可在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的同時(shí)，使全國(guó)絕大部分地區(qū)PM2.5年均濃度達(dá)標(biāo)。
“過(guò)去幾年，減排主要通過(guò)末端治理，例如在火電廠、水泥廠安裝措施、加強(qiáng)監(jiān)管。”賀克斌說(shuō)。但末端治理的邊界漸顯，未來(lái)需要新的方案。改變能源使用結(jié)構(gòu)會(huì)成為未來(lái)減排的主要推動(dòng)力。
“能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變需要科技引領(lǐng)。”賀克斌說(shuō)，光伏發(fā)電成本近年來(lái)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(cè)顯示，到2060年我國(guó)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(fèi)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(shí)，全國(guó)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(shí)，可能有人會(huì)問：對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)，夠不夠準(zhǔn)？
“在這個(gè)平臺(tái)上，一個(gè)鋼鐵廠的排放會(huì)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(huì)分節(jié)點(diǎn)、分工藝地體現(xiàn)。
“從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在20多年的時(shí)間，我們一直做同一件事情，將中國(guó)的生產(chǎn)生活與污染物的排放建立聯(lián)系。”賀克斌說(shuō)，這個(gè)可以說(shuō)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(tái)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(tái)從模型研制到軟件開發(fā)再到超算算力實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新。
近30年“坐穿板凳”的積累，讓平臺(tái)不僅能給出粗線條的答案，還能夠給出分配到空間、時(shí)間的高精度“藍(lán)圖”。
“在全球氣候變化和國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和重大戰(zhàn)略背景下，未來(lái)我們將面向人民生命健康，進(jìn)一步研發(fā)排放近實(shí)時(shí)動(dòng)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(shuō)。
據(jù)介紹，包括863、973、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、攻關(guān)專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的多項(xiàng)國(guó)家科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持該平臺(tái)研制。平臺(tái)產(chǎn)生的成果支持了全世界300多家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的空氣質(zhì)量模擬和未來(lái)情景演變分析等工作。
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