加拿大淨零排放目標與路徑：碳移除技術及公平原則的關鍵角色

前言

新的 Nature 研究論文估算了加拿大的淨零排放目標與路徑。加拿大與台灣的淨零目標相當類似，都是 2050 淨零；而中期目標方面，台灣是 2030“期望達到”減量 30%，加拿大期望完成 40 - 45% 減量。

誠然台灣與加拿大在天然資源以及產業結構方面有非常大的差異，有許多加拿大可行的選項與方案在台灣是不具備可行性的。但在討論減量路徑以及目標時，同樣有許多能夠借鑑之處。尤其這份研究納入了公平原則評估模型，探討在注重公平性的情境底下要達到多少減量目標，甚至碳移除才是合理的。這部分台灣還沒有太多深入研究，值得相關研究領域的專家學者持續努力。

淨零目標與碳預算

• 巴黎協定目標：巴黎協定的目標是將全球平均氣溫控制在遠低於 2°C 的範圍內，同時努力將升溫幅度限制在 1.5°C 以內。為了達成這些目標，需要實現並維持全球二氧化碳淨零排放。
• 碳預算與碳移除：剩餘碳預算（RCB）指的是為了將全球暖化限制在特定溫度閾值內，所允許的二氧化碳排放量。要實現 1.5°C 的目標，碳移除（CDR）方法非常重要：
• • 淨零排放可能需要補償某些因社會經濟或技術限制而持續存在的部門排放，例如航空業。
  • 其次，超出剩餘碳預算會導致溫度超標，因此需要 CDR 來降低大氣中的二氧化碳濃度，以將溫度降回安全水平。
  • 儘管超出 1.5°C 目標在倫理和戰略上存在問題，但由於近期剩餘碳預算的估計、氣候政策的目標以及當前的全球二氧化碳排放量，超出 1.5°C 目標的可能性很高。
• 公平原則與國家剩餘碳預算 (NRCB)：由於各國將集體超出剩餘碳預算，導致產生碳債，因此在政策討論中重新呼籲轉向以公平為導向的國家剩餘碳預算（NRCB）。許多研究探討了如何「公平地」分配與不同溫度目標相關的剩餘碳預算。這些研究依賴於不同的公平原則，例如各國歷史排放量和對氣候變遷的貢獻程度（責任）、減排或部署 CDR 的能力（能力）、人均排放量（平等）或混合方法。
• 加拿大淨零目標：加拿大被認為是全球人均排放量最高的十個國家之一。加拿大在 2022 年宣布了《減排計劃》，概述了到 2030 年將排放量減少至比 2005 年水平低 40-45% 的聯邦政策框架，並設定了到 2050 年實現溫室氣體淨零排放的長期目標。然而，目前的加拿大政策並未明確說明 2050 年淨零目標之後，對於解決碳排放問題的負排放需求。

研究方法

這份研究主要使用綜合評估模型 (IAM)，並結合情境分析和公平原則，來探討加拿大在達成淨零排放目標後，碳移除 (CDR) 技術所扮演的角色。

• 綜合評估模型 (IAM)：
• • 研究採用了全球變遷分析模型 (GCAM) 的客製化版本，由 Fuhrman 等人開發。
  • GCAM 是一個綜合模型工具，能夠模擬能源、水、土地、經濟和氣候系統之間的相互作用，並分析這些系統在不同情境下的變化。
  • 此模型模擬從 1990 年到 2100 年的市場均衡，每五年更新一次，並考量人口和生產力預測等因素。
  • GCAM 能夠整合不同的 CDR 方法，例如直接空氣捕捉 (DAC)、直接海洋碳捕捉和儲存 (DOCCS)、生物能源與碳捕捉和儲存 (BECCS)、增強風化 (EW) 和生物炭。
• 公平原則與國家剩餘碳預算 (NRCB)：
• • 研究探討了兩種主要的公平原則：人均平等 (EPC) 和人均趨同 (PCC)，並採用 Williges 等人修改後的版本 (EPC-Q 和 PCC-Q)。
  • • EPC-Q 強調從一開始就對每個人分配相同的排放權，忽略國家之間的現有排放差異，此方法以 N-qualified（基本需求門檻）、H-qualified（歷史責任起算年為 1995 年） 和 B-qualified（考慮歷史排放利益） 進行修正。
    • PCC-Q 則承認現有差異，目標是逐步實現人均排放量趨同，此方法也以 N、H 和 B 進行修正。
  • 研究根據這些公平原則計算了加拿大的國家剩餘碳預算 (NRCB)，並以此評估加拿大在達成淨零目標後需要進行的負排放量。
  • 研究還考慮了 EPC-Simple 和 PCC-Simple 情境，但這些情境未考慮歷史排放、國家基本需求或過去排放的利益，因此不符合多項公平原則。
• 情境分析：
• • 研究設定了多種情境來分析不同因素對加拿大碳排放和 CDR 部署的影響。主要情境包括：
  • • 無政策情境：假設加拿大沒有實施新的氣候政策。
    • 2050 年淨零情境：加拿大在 2050 年實現淨零二氧化碳排放。
    • 基於公平原則的情境：包括 EPC-Q 1.5 °C 和 PCC-Q 1.5 °C 情境，這兩種情境根據不同的公平原則，計算出加拿大在 2050 年後需要補償的碳債。
  • 研究還探討了多種敏感性分析情境，以了解不同因素的影響。這些因素包括：
  • • 是否允許進口生物質。
    • 限制生物質使用量。
    • 限制二氧化碳地質儲存容量。
    • 限制直接空氣捕捉 (DAC) 的部署量。
    • DAC 的成本高低。
    • 限制增強風化的潛力。
    • 土地利用作為碳匯的潛力。
    • 社會技術變革 (STC) 對能源使用和碳排放的影響。
    • 排除使用天然氣供電的高溫 DAC (HT-DAC-NG) 的影響。
• CDR 技術模擬：
• • 研究詳細模擬了多種 CDR 技術在 GCAM 中的運作方式：
  • • DAC：包括由電力或天然氣驅動的高溫溶劑法 DAC (HT-DAC) 以及由電力驅動的低溫 DAC (LT-DAC)，每種技術的效率和成本都會隨著時間演變。
    • DOCCS：利用海洋的較高二氧化碳濃度，通過電化學過程捕捉二氧化碳，然後進行地質儲存。
    • BECCS：將生物質能源生產與二氧化碳捕捉和儲存結合，以達到負排放。
    • EW：加速自然風化過程，通過處理岩石以增加其反應表面積，來增加二氧化碳封存。
    • 生物炭：通過在缺氧環境中熱解有機物產生，形成穩定的碳，可以改善土壤性質.
• 技術採用率的比較：
• • 研究比較了模型預測的 CDR 技術增長率與加拿大歷史技術採用率，使用 HATCH 資料集。
  • 研究分析了不同 CDR 技術的平均和最大增長率，並與加拿大過去的能源和化學材料技術採用率進行比較。

研究發現與結論

• 主要研究成果：
• • 碳移除（CDR）技術的重要性：研究強調，在加拿大實現淨零排放目標後，CDR 技術對於解決碳債相當重要。 即使在達到淨零排放後，也必須大規模部署 CDR 技術，以符合各種公平原則。
  • 不同公平原則下的 CDR 需求：
  • • 在 EPC-Q (人均平等) 的公平原則下，加拿大需要補償的碳債較高（16.4 GtCO2），因此對 CDR 的需求也較高，負排放量在 2100 年達到峰值。
    • 在 PCC-Q (人均趨同) 的公平原則下，加拿大需要補償的碳債較低 (6.7 GtCO2)，對 CDR 的需求也相對較低，但仍需在 2100 年達到負排放峰值。
  • 主要 CDR 技術的潛力：
  • • BECCS (生物能源與碳捕捉和儲存)、DAC (直接空氣捕捉) 和 EW (增強風化) 是大規模碳移除的關鍵技術。
    • 在淨零情境下，BECCS 主要用於電力和氫氣生產，而 DAC 的規模較小。
    • 在基於公平原則的情境下，DAC 和 EW 的部署量顯著增加。
    • 不同的 CDR 技術組合和部署規模，會受到不同情境和假設的影響。
  • 技術採用率的可行性：研究發現，模型預測的 CDR 技術增長率與加拿大歷史技術採用率相似，這表明大規模部署 CDR 技術在技術上是可行的。過去的案例，例如氨合成和生物燃料生產的發展，可以為擴大 CDR 技術規模提供經驗。
  • 能源結構轉型：在所有情境下，電力在最終能源結構中的作用都會增加，顯示出電氣化是實現減碳的關鍵。 即使在最積極的減碳情境下，化石燃料仍然佔據能源結構的一大部分。
  • 地質儲存需求：大規模的 CDR 部署需要大量的地質儲存，且可能需要大量投資於二氧化碳運輸基礎設施。
  • 社會技術變革的重要性：社會技術變革 (STC) 情境強調了再生能源、降低能源需求、以及更有效率的產業對於減少排放和降低對 CDR 依賴的重要性。
• 研究貢獻：
• • 量化分析：研究通過使用 IAM 模型，量化分析了不同公平原則下，加拿大達成氣候目標所需的 CDR 規模。
  • 多維度的考量：研究不僅量化了 CDR 的部署，還考慮了技術、經濟、社會和倫理等多方面的因素，例如生物質供應、地質儲存限制、以及土地利用的影響。
  • 情境分析：研究通過各種情境分析，提供了對不同技術和政策選擇影響的深入了解，有助於制定更全面的氣候政策。
  • 公平原則的應用：研究將公平原則納入模型框架中，幫助決策者理解不同公平分配方法對碳預算和責任的影響。
  • 技術可行性評估：研究將模型預測的 CDR 技術成長率與歷史技術採用率進行比較，評估了 CDR 技術大規模部署的可行性，並為未來技術發展方向提供參考。
• 政策建議：
• • 積極部署 CDR 技術：加拿大應積極發展和部署各種 CDR 技術，例如 BECCS、DAC 和 EW，以實現淨零目標，並解決在不同公平原則下產生的碳債。
  • 多元化的能源供應：加拿大應推動能源結構轉型，增加再生能源的比例，並減少對化石燃料的依賴。
  • 投資地質儲存：由於大規模部署 CDR 需要大量的地質儲存，加拿大需要積極投資於相關的基礎設施，以確保二氧化碳可以安全地長期儲存。
  • 發展土地碳匯：在適當的情況下，增加土地碳匯的利用，可以減少對其他 CDR 技術的依賴，但需要仔細考慮生態風險和土地管理成本。
  • 推動社會技術變革：政府應鼓勵社會技術變革，例如節能、提高效率和推廣永續發展，以降低能源需求，並減少對 CDR 的依賴。
  • 關注公平性：在制定氣候政策時，應考慮不同公平原則，並確保政策對各個群體都是公平的，並避免將負擔轉移給弱勢群體。
  • 國際合作：可以考慮在國際 CDR 市場進行投資，以應對國內部署的挑戰，並與其他國家分享技術。
  • 持續研究：應該進一步研究非二氧化碳溫室氣體的排放，並持續評估 CDR 技術的成本、可行性和潛在影響，以及 CCS 技術的實際捕獲率。

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