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“坐冷板凳”的基礎研究給出“自主”底氣

2021-05-13 13:53:15 來源：科技日報

“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(huán)境學院賀克斌教授在接受包括科技日報在內(nèi)的媒體專訪時表示，此前在北京奧運空氣質(zhì)量保障、大氣十條、藍天保衛(wèi)戰(zhàn)等關鍵戰(zhàn)役中，清華大學歷時20多年自主研發(fā)的平臺發(fā)揮了重要作用，如今正在為碳達峰、碳中和背景下“減污降碳”協(xié)同治理的科學評估和決策支持持續(xù)發(fā)力。

近日，《國家科學評論》刊發(fā)了清華大學與合作團隊在該平臺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(zhì)量改善路徑》，首次定量揭示了碳達峰與碳中和目標下中國及重點區(qū)域2015年—2060年的空氣質(zhì)量持續(xù)改善路徑。

數(shù)字“互動劇”呈現(xiàn)50年后的模樣

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

這些排放路徑是動態(tài)的，可以理解為一個“互動劇”，碳達峰、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巨制。當施加不同的干預（如產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術革新、治理措施等）時，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，共同影響中國區(qū)域的大氣環(huán)境變化。

在這部史詩的“數(shù)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峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。

目標定了，CNCAP平臺基于對真實世界的仿真進行了路徑模擬。研究發(fā)現(xiàn)，在2030年之前，提升可再生能源的比例，推動鋼鐵水泥等高耗能產(chǎn)品產(chǎn)量盡早達峰，加快散煤清潔化替代進程，持續(xù)推進非電行業(yè)、柴油機等重點行業(yè)的污染治理，可在實現(xiàn)碳達峰目標的同時，使全國絕大部分地區(qū)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(jiān)管。”賀克斌說。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。”賀克斌說，光伏發(fā)電成本近年來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(fā)電占比將達到70%以上，工業(yè)部門終端煤炭消費比例低于15%，新能源車占比達到60%以上，民用部門能源全面清潔化。到那時，全國人群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？

“在這個平臺上，一個鋼鐵廠的排放會被細致地刻畫。”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)中會分節(jié)點、分工藝地體現(xiàn)。

“從20世紀90年代到現(xiàn)在20多年的時間，我們一直做同一件事情，將中國的生產(chǎn)生活與污染物的排放建立聯(lián)系。”賀克斌說，這個可以說是世界上最復雜的體系，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的技術。

隨著平臺的發(fā)展，模型模擬精度由低到高、數(shù)據(jù)量由小到大，CNCAP平臺從模型研制到軟件開發(fā)再到超算算力實現(xiàn)自主創(chuàng)新。

近30年“坐穿板凳”的積累，讓平臺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峰、碳中和重大戰(zhàn)略背景下，未來我們將面向人民生命健康，進一步研發(fā)排放近實時動態(tài)模擬技術，構建包含各類有毒有害物質(zhì)的全組分排放清單。”賀克斌說。

據(jù)介紹，包括863、973、重點研發(fā)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(jīng)費支持該平臺研制。平臺產(chǎn)生的成果支持了全世界300多家學術機構的空氣質(zhì)量模擬和未來情景演變分析等工作。（張佳星）

標簽：研究減污降碳能源排放