姓名：楊永楨
學號：05115226
很困難，但有可能嗎？ 2100年暖化1.5°C內的新途徑
2018/04/25 摘譯自Carbon Brief報導；姜唯編譯；趙家緯審校
2015年巴黎氣候協議中，幾乎所有國家都承諾，要將全球暖化控制在「保持全球均溫較前工業化時代的升幅遠低於2℃」，並「努力將溫度升幅限制在1.5℃內」。
然而，當時科學家們只能模擬能源系統和碳減排途徑如何實現2℃目標。很少有研究探討世界如何限制升溫於1.5℃內。
現在一篇刊登於《自然氣候變遷》的論文介紹了一種新模擬方法，運用六種不同的「整合性評估模型」（integrated assessment model，IAM）將2100年全球升溫限制1.5℃以下。
結果顯示，如果全球碳排放量在未來幾年達到高峰，並且在本世紀下半葉運用碳捕集與封存生物能源（BECCS）技術從大氣中吸收大量碳排，1.5℃是可以實現的。
定義1.5C目標
抑制升溫於1.5℃以內目標面臨的一個挑戰是，巴黎協定條文並未明確定義之。例如，科學家們對工業化前的溫度究竟是多高、何為最適定義，以及使用什麼資料集持不同意見。
到底目標是2100年有50%的機會達到升溫1.5℃以內就好，或是更努力避免達到升溫1.5℃，也沒有明確的共識。因為氣候敏感度存在高度不確定性，也就是每增加一倍的二氧化碳排放量，暖化幅度可能達到1.5℃至4.5℃之間，科學家往往以最壞情況，也就是氣候敏感度達到最高的情況來模擬。
在2℃目標的情況下，巴黎協定中的「遠低於」被解釋為確保超過2℃的概率不超過33％，也就是說有66％的可能性低於該目標。但是1.5℃目標可以被解釋為保持低於1.5℃的概率為50％，或是與2℃目標類似的66％。這聽起來差別似乎不大，但其實影響碳預算和達標難易度甚鉅。
在新論文中，23位能源研究人員組成的團隊選擇更嚴謹的解釋，目標是在2100年避免暖化超過1.5℃的可能性為66％。然而，他們允許在整個過程中升溫可以超過1.5℃，只要在2100年前回落到1.5℃以下，即所謂的「超越限度」（overshoot）情景。
只有某些途徑可能達到升溫1.5℃內
為評估將升溫1.5℃的可行途徑，研究人員使用為預計於2021年初出版的IPCC第六次評估報告所研發的共享社會經濟途徑（Shared Socioeconomic Pathways，SSPs）。提出五種未來世界可能的樣貌，在人口、經濟增長、能源需求、社會平等和其他因素方面都存在差異。
每一種世界都可能有多種不同的氣候軌跡，某些比較容易減排，某些比較難。避免2100年暖化超過1.5℃的新氣候軌跡被稱為 「代表性濃度途徑1.9」（Representative Concentration Pathway，簡稱RCP1.9），這個情境下，溫室氣體引起的輻射強度限制在每平方米比工業前水平高1.9瓦（W/m2）以內，低於過去氣候建模者使用的RCP2.6到8.5W/m2。
六個IAM都可以在SSP1中找到可行的1.5℃情境，可以說SSP1是注重「包容性和永續發展」的途徑。六個模型中的四個模型可在SSP2中實現，SSP2屬中間路線，主要遵循歷史模式。在SSP3中沒有模型可以實現1.5℃目標，這是一個「國際競爭」和「復興民族主義」的世界，沒有太多國際合作。
最後，只有一個模型在SSP4中可能實現1.5℃目標，這是一個「高度不平等」的世界，有兩個模型在SSP5這個「快速經濟增長」和「能源密集型生活方式」的世界中具有可行的途徑。
排放量必須盡快達到峰值
要將暖化限制在1.5℃以下，研究人員檢視的所有模型都要求全球排放量必須在2020年達到峰值，此後急劇下降。2050年後，全世界必須將二氧化碳淨排放量減少至零，並且在整個21世紀下半葉，排放量必須保持趨負。
即使在這些迅速減排的情況下，到2040年，所有情境仍會超過1.5℃的升溫幅度，到2100年降至工業化前水平以上1.3-1.4℃左右。更快速減排的模型——通常是SSP1相關模型——溫度超過限度的幅度比漸進式模型小。
下圖顯示了所有1.5℃模型的CO2排放量（上）和工業化前水準以上的暖化幅度（下）。線條顏色顯示不同的SSP。
在羅傑等人2018年研究中，所有RCP1.9 / 1.5℃情境中的二氧化碳排放量，單位為10億噸（Gt）CO2（上）和相對於工業化前（下）的全球平均地表溫度。資料來自IIASA SSP資料庫。圖表為Carbon Brief用Highcharts製作。
這些模型顯示了從2018年到2100年剩餘的1.5℃「碳預算」，介於-1750到4000億噸二氧化碳（GtCO2）之間。這個範圍與IPCC第五次評估報告的估計一致。
這個範圍之所以很廣，是非二氧化碳溫室氣體（如甲烷和一氧化二氮）排放量的差異造成。到了2100年，這些溫室氣體的排放量在不同模型間差異可達二至三倍。一些非二氧化碳排放量較高的模型剩餘碳預算小於零，世紀末需要從大氣中移除二氧化碳。在這些模擬中，1.5℃的碳預算已經用完。
整合所有模型的估計結果是，2018-2100年1.5℃目標的剩餘碳預算約為2300億噸二氧化碳。按目前的排放速率，大約六年就耗盡，不同模型計算結果在0到11年之間。
用再生能源代替化石燃料
這份研究也探討了滿足全球能源需求，同時減少溫室氣體排放量以達到1.51.5℃目標的可能性。達到1.5℃目標需要全球迅速淘汰所有類型的化石燃料，或者至少淘汰沒有碳捕獲和封存（CCS）技術的化石燃料。同時還需要迅速提高使用零碳淨能源和淨負碳能源的使用，像是整合探捕獲和封存技術的生質能源（Bio-energy with carbon capture and storage，BECCS），同時實際從大氣中去除二氧化碳。
下圖顯示了所有1.5℃模型的再生能源（左），淨負BECCS（中間）和沒有CCS的煤（右）的使用。顏色是模型中的不同SSP。
在大多數模型中，整體能源使用量實際上在2018年至2100年之間增加了-22％至+83％，中間值是22％。
然而，模型也顯示能源效率在短期內相當重要，至少當化石燃料仍是能源大宗時相當重要。尤其在交通和建築部門，因其急速去碳化的困難度比電力部門高。
模型顯示2050年全球所有能源60-80%來自再生能源。有些模型顯示核電很重要，但有些模型則不然。
要限制升溫至1.5℃，2040年無碳捕獲的煤炭使用率要下降大約80％，到2060年，石油也要幾乎被淘汰。也就是說大部分汽油或柴油車輛在2060年之前得被淘汰，電動車與低碳替代燃料汽車變成大宗。未來天然氣的使用在模型中差異較大，本世紀中葉有些增加有些減少。
排放量必須趨負
本世紀下半葉必須達到負排放，從大氣中抽出過剩二氧化碳。因為模型中的排放無法快速下降至1.5℃的碳預算以下。大多數模型的排放量比本世紀的允許排放量多出50-200％。
這些模型假設從2030年到2040年間BECCS開始廣泛被採用，並迅速擴大規模。到2050年，許多模型的BECCS產量超過100艾焦（EJ），大致相當於今日煤炭提供的能量。到2100年，BECCS達到200EJ，而所有非生質再生能源達到300EJ。
下圖顯示了所有模型中CCS（包括BECCS和化石燃料）封存的二氧化碳量。碳捕獲在2020年之後開始增加，到本世紀末達到20 GtCO2或更高，約是2018年全球二氧化碳排放量的一半左右。
模型預測今天至2100年間的全球森林覆蓋率變化介於-2％至26％，大多數模型顯示森林覆蓋率顯著增加。BECCS和造林都需要大量的土地。大多數模型顯示，全球農田縮減幅度大致等於整個歐盟目前用於農業的土地面積。
然而，研究中使用的大多數模型未考慮造林做為減排手段，因此造林和其他自然負排放技術未來可能發揮更大的作用。未來會用哪些負排放技術尚未確定，可能不像模型如此依賴BECCS，但由於成本和規模效益不確定，非BECCS方法大多被排除在模型之外。
同樣地，應用BECCS的程度在不同模型和不同SSP之間差異很大，SSP1要求最少的負排放，SSP5要求最多，因為其減排較慢，整體能源消耗較高。
本研究第一作者、奧地利國際應用系統分析研究所（IIASA）羅格里（Joeri Rogelj）博士告訴Carbon Brief：「這顯示著重限制能源需求的永續生活方式，可以大大減少對BECCS的依賴。」
1.5℃情境一個有趣的結果是，與2℃情境相比，化石燃料結合CCS的應用反而較少。這是因為具備CCS的化石燃料仍然會導致煤礦開採或天然氣處理產生甲烷排放，以及捕獲和洩漏不完全造成的二氧化碳排放。這些額外的排放量可能會變得太顯著，無法在1.5℃情境下大規模運用。
1.5℃比2℃更難以達到
除了探索達成1.5℃目標的條件之外，這份研究還將其與目前不同類別的2℃情境進行比較。下圖顯示了1.5℃和2℃情境的成本指標和減排指標差異。每個虛線表示達成1.5℃所需的成本或努力比2℃高100％。
碳價格漲幅最大，必須在200％至400％之間，而近期成本則要高出200％至300％以上。短期成本的增加是短期內更激烈減排所導致。長期成本預計也會高出約200％。
對於二氧化碳減排指標，1.5℃世界需要在建築和交通方面減少二到三倍的二氧化碳排放量。這些產業比發電更難以除碳，因為它們涉及的化石燃料直接燃燒難以被取代
困難，但可能嗎？
這項研究中的新情境很重要，因為它們顯示，的確有可能的軌跡和技術發展途徑能讓2100年升溫1.5℃以下。然而，所有這些模型都顯示本世紀中葉升溫會超過1.5℃。此外，大多數模型中，本世紀稍後應用的負碳排技術效果未經證實，近期內是否真能藉此逐步減少排放量仍是個問號。
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