排放“歸零”怎麼做？自主研發平台模擬出路線圖

“在大氣污染治理方面，清華大學科研團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、清華大學環境學院賀克斌教授在接受包括科技日報在內的媒體專訪時表示，此前在北京奧運空氣質量保障、大氣十條、藍天保衞戰等關鍵戰役中，清華大學歷時20多年自主研發的平台發揮了重要作用，如今正在為碳達峯、碳中和背景下“減污降碳”協同治理的科學評估和決策支持持續發力。

近日，《國家科學評論》刊發了清華大學與合作團隊在該平台支持下共同完成的科研成果——《碳中和背景下中國2015—2060年PM2.5空氣質量改善路徑》，首次定量揭示了碳達峯與碳中和目標下中國及重點區域2015年—2060年的空氣質量持續改善路徑。

數字“互動劇”呈現50年後的模樣

“在自主研發的平台中，可以動態地模擬中國從過去到未來各行各業的生產活動和排放變化。”論文主要作者之一、清華大學地球系統科學系教授張強介紹，在中國碳中和與清潔空氣協同科學評估與決策支持平台（CNCAP）中，每個行業的排放路徑會有一個全景式的展示。

這些排放路徑是動態的，可以理解為一個“互動劇”，碳達峯、碳中和是未來一段時期人類應對氣候變化的一部史詩式實踐鉅製。當施加不同的干預（如產業發展、技術革新、治理措施等）時，各行業排放情況不同，不同行業的排放路徑又交匯起來，共同影響中國區域的大氣環境變化。

在這部史詩的“數字孿生”模擬中，結局目標明確：中國將力爭2030年前二氧化碳排放達到峯值，努力爭取2060年前實現碳中和。

目標定了，CNCAP平台基於對真實世界的仿真進行了路徑模擬。研究發現，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品產量儘早達峯，加快散煤清潔化替代進程，持續推進非電行業、柴油機等重點行業的污染治理，可在實現碳達峯目標的同時，使全國絕大部分地區PM2.5年均濃度達標。

“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、加強監管。”賀克斌説。但末端治理的邊界漸顯，未來需要新的方案。改變能源使用結構會成為未來減排的主要推動力。

“能源結構轉變需要科技引領。”賀克斌説，光伏發電成本近年來的陡降給出了很好的範例（從1990年的100美元/度到2020年的不到2美分/度）。

預測顯示，到2060年我國將基本完成低碳能源轉型，可再生能源發電佔比將達到70%以上，工業部門終端煤炭消費比例低於15%，新能源車佔比達到60%以上，民用部門能源全面清潔化。到那時，全國人羣PM2.5年均暴露水平達到8微克/立方米左右。

“坐冷板凳”的基礎研究給出“自主”底氣

期待排放“歸零”的同時，可能有人會問：對未來的預測，夠不夠準？

“在這個平台上，一個鋼鐵廠的排放會被細緻地刻畫。”賀克斌舉例道，它的鍊鐵、鍊鋼、焦化等不同工藝的排放量都是不同的，在系統中會分節點、分工藝地體現。

“從20世紀90年代到現在20多年的時間，我們一直做同一件事情，將中國的生產生活與污染物的排放建立聯繫。”賀克斌説，這個可以説是世界上最複雜的體系，不僅區域跨度大、污染物種類多，還涵蓋從最落後到最先進的技術。

隨着平台的發展，模型模擬精度由低到高、數據量由小到大，CNCAP平台從模型研製到軟件開發再到超算算力實現自主創新。

近30年“坐穿板凳”的積累，讓平台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“藍圖”。

“在全球氣候變化和國家碳達峯、碳中和重大戰略背景下，未來我們將面向人民生命健康，進一步研發排放近即時動態模擬技術，構建包含各類有毒有害物質的全組分排放清單。”賀克斌説。

據介紹，包括863、973、重點研發計劃、攻關專項和國家自然科學基金的多項國家科研項目經費支持該平台研製。平台產生的成果支持了全世界300多家學術機構的空氣質量模擬和未來情景演變分析等工作。