为能源系统“脱碳”是基础设施的主要问题。(图片来源：m-i-k-e/flickr, CC BY-NC）
从这个月末（2005年11月）开始，世界各国将会齐聚刚受创的巴黎，一同敲定减缓全球气候变暖的承诺。任何长期的解决方案都应当为全球能源系统“脱碳”服务—即过渡到极少使用或者不用化石燃料的电源。
这个愿望可以多快实现呢？我们又可以做些什么来加快这种过渡？
回顾其他基础设施的“脱碳”过程也许可以为我们提供一些思路。
能源基础设施
“脱碳”是人类有史以来遇到的最大的有关基础设施的问题。这个问题不仅关系到能源生产，还涉及到交通、照明、供热、制冷、烹饪以及其他基本的系统和服务。世界上化石燃料基础设施不但包括油气井、煤矿、巨型油轮、油气管道和炼油厂，还包括了数百万的移动电话、加油站、油罐车、储气库、发电站、矿车、供暖系统、炉灶和烤箱。
所有这些基础设施的总价值大约是10万亿美元，约占美国国内生产总值的三分之二。这些巨大而昂贵的设施不可能在一年或者几年内完全完成更新。这个过程将会花上几十年。
然而好消息是，事实上所有的基础设施最终都将耗尽。2010年的一项研究提出问题：“如果不对现有的能源基础设施进行更新，而是等到它们自然耗尽，又会是怎么样的情况？”
答案令人吃惊：如果每一个耗尽的以烧煤为主的发电站都更换成太阳能、风能或者水能发电，每一辆报废的汽车都被电动车代替，依此类推，我们也只是保持不跨出行星安全的界线。
根据该项研究，如果继续使用现存的基础设施直至其耗尽并不会加快让全球升温2摄氏度（这一温度被许多科学家认为是可接受的气候变化的上限）的进程。
当然，问题是我们都还未开始行动。相反，我们在钻井、采矿和建设时，正在用更多同样的设备来替换那些耗尽的系统。但是这些情况也可以有所改观。
从起飞到构建：一个30-100年的时间线
本人还有基础设施历史学家观察到了一个典型的模式。一个缓慢创新的阶段总是跟随着一个“起飞”阶段，在此期间，新的技术系统迅速建立并被整个地区采用，直到基础设施稳定在“构建”阶段。
这个时间模式在不同的基础设施中惊人地类似。在美国，隧道、铁路、通信管道、输油管道和铺设道路的起飞阶段能够持续30-100年。而广播、电话、电视和网络的起飞阶段则可以各自持续30-50年。
基础设施的历史暗示可再生电力生产的“起飞”阶段已经开始，并且进展十分迅速，尤其是当政府支持这一目标的时候。
目前，太阳能和风能设施的兴起比其他的电力能源都快，2009-2014年间，它们在全球的年增长率分别为50%和18%。这些能源都可以利用现有的基础设施，将电力注入到电网中（尽管管理员需要调整它们的负载均衡技术来处理不稳定的产生功率）。但是风能和太阳能同样可以给独户、农场和偏远地区提供“离网的”能源，赋予这些能源独特的灵活性。
在纽约长岛的一个32兆瓦特的太阳能电厂，这是迈向使用低碳能源基础设施的一步。（图片来源：brookhavenlab/flickr, CC BY-NC）
一些国家，尤其是德国和中国，已经做出了使用可再生能源的主要承诺。
德国目前使用的电力有25%是来自可再生能源，使全国的总碳排放量减少了25%（与1990年相比）。中国已经生产了比世界上任何一个国家都多的太阳能电力，基础设置超过了30千兆瓦，并计划于今年底达到43千兆瓦的目标。在2010年和2015年之间，澳大利亚太阳能光伏的发电能力从130兆瓦增长到了4.7千兆瓦—年增长率达到96%。
与其他辅助的技术例如电动车、高效LED（发光二极管）照明、地热采暖和散热相结合，上述转变可能让我们更接近碳平衡的目标。
基础设施30-100年的发展是否可以加速？一些指标表明了答案是肯定的。
首先，对于电力来说，只有能源需要更新；电网—电线杆、电线和其他传输电力的装置—需要被区别管理，但并不用从头开始重建。其次，欠发达国家可能通过利用可再生能源技术来“跃过”使用几乎所有过时的基础设施的阶段。
类似的事情在不久前曾经发生过。比方说，自2000年以后，移动电话网络已经在大部分发展中国家普及—同时避免铺设缓慢、昂贵且脆弱的固定电话通信线路，许多地方将永远不会把这些线路建设在主要城市外的地区。
能量的并网输出是为建筑物、农村、临时安置点和其他需要太阳能电池板和小型风车的地方输送能量，这些设施可以在任何地方安装且不需要长距离的输电线。这在发展中国家也已经被广泛地应用。
然而在发达国家，过渡到使用可再生能源的阶段可能要花更长久的时间。
因为在这些地方，不仅仅是设备，还有专业技术、教育、金融、法律、生活方式和其他社会文化制度都支持并依赖基于化石燃料的能源基础设施。所有的这些都得适应改变。
某些产业—特别是大型的煤矿、石油和天然气工业—在这个转变中会失去很多东西。这些历史的承诺会导致很坚决的政治阻力，就如同我们今天在美国所见到的一般。
棘手问题颇多，包括来自化石燃料的竞争
能源基础设施的问题当然不是仅有的挑战。实际上，脱碳的过程充斥着巨大的技术困难。
为老建筑绝缘、提高燃油经济性和安装更多的高效电气装置是目前效益最高的减少碳排放量的方式，但是这些方式已经无法激发人们的热情，因此无法简单地进行大规模宣传。
当下以及不远的将来，还没有能源资源可以被认为是纯“零碳”的，因为基于化石燃料的设备还在开采原材料和运输成品当中使用，这些成品包括诸如太阳能电池板或者是风力发电机等可再生的能源系统。
电力是非常灵活的能源形式，但是如何储存仍然是个悬而未决的难题；当今最好的电池技术需要锂—这个相对稀有的元素。尽管相关的研究很多，电池仍然显得昂贵、沉重并且充电耗时。
稀土族—非常稀有的元素，目前仅在少数几个地方发现—对于风力发电机和其他可再生能源技术非常重要，这不可避免地给未来的供应带来了担忧。
最后，在许多情况下，燃烧石油、煤和天然气还是会成为最简易和便宜的供电方式。
举个例子，大部分的运输方式比如跨大陆船运、空运和长途货运都很难转换成使用可再生能源。生物燃料可以帮助减少这些运输方式的碳排放量，但是许多作为生物燃料栽培的植物在其生长过程中会与粮食作物和/或者荒地竞争。
原则上来看，完全使用可再生资源来满足全世界能源需求的最终目标仍然是可实现的。最近的一项重要研究发现所有的能源需求可以毫无困难地通过风能、水能和太阳能来满足，只要它们的售出价格不比现在的能源系统高。
基础设施也是一种社会责任
所有的这些让我们在巴黎气候峰会的预备阶段走到了哪一步呢？
加速脱碳的过程不可能简单地通过技术的革新来实现，因为基础设施并不只是技术系统。他们代表了由相辅相成的金融、社会和政治承诺形成的复杂网络，而每一个组成部分又都有悠久的历史和衷心的支持者。由于这个原因，重大的变化会造成实质性的文化转变和政治斗争。
从文化方面来看，可能激发变革加速的口号是“能源民主”：这个概念可以解释成人们可以并且应当在家里或者其他地方的小范围尺度里生产他们自己的能源。
新的建筑技术和太阳能电池板的低廉价格已经为我们带来了在普通人经济能力所能承受范围内的“零耗能”房屋（房屋自身生产的能量与居民消耗的能量近乎一致）。这些房屋是德国野心勃勃的能量转型计划的一部分，或者，更具体地说是它远离化石燃料的能源转型计划的一部分。
发展中国家过渡到到可再生能源的进度可能会更快，因为在这些国家不需要更换现有的能源基础设施。（图片来源：divatusaid/flickr, CC BY-NC）
在基础设施的历史中，在新技术从大公司和政府设置中脱离并被私人和中小型企业采用时，起飞阶段的进程通常会加速。20世纪早期的电力和1990年代的网络使用就是相关的例子。
在澳大利亚昆士兰，现在有超过20%的家庭在自己发电。这个例子说明了一种可能性，那就是屋顶太阳能的应用在迈向一个新的社会规范时要跃过的“临界点”已经在一些地方达到了。实际上，最近的一个研究发现，判断屋主是否已经将太阳能发电板安装到房屋里的最佳依据是他的邻居是否已经有了太阳能电池板。
难题重重
许多不同的政策手段可以帮助减少消耗和增加可再生能源在能源结构上的比重。
建筑法规可以被逐渐地调整来要求每一户人家都使用屋顶太阳能发电，并且/或者将法规上调到LEED（美国能源与环境设计先锋奖）“绿色建筑”的标准。一个逐渐增加烟尘排放税或者限制排放上限的系统（已经存在于一些国家当中）将会在激励创新的同时，减少化石燃料的消耗和促进可再生能源的使用。
在美国，从政治角度上看，至少取消许多流向化石燃料的补贴这一措施比征收碳排放税更易于减排，而两者的价钱却是相近的。
奥巴马政府的清洁能源计划从燃煤发电厂减少碳排放量代表了合适的政策变化。这个计划逐渐地给予公用事业公司时间来调整，给予初级的碳捕获和存储系统时间来发展。美国环境保护局估计，在应对气候变化上，这项计划将产生200亿美元的效益，并给健康医疗带来140-340亿美元效益，同时可以减少开支。
因为温室气体的来源有很多，包括农业、畜牧业、制冷剂和森林砍伐（这里仅举几例），对于全球经济来说，脱碳比过渡到使用可再生能源要做更多的工作。
本文仅强调了这个巨大难题中的一个方面，但是对基础设施前景的展望可以帮助我们思考这些问题。
基础设施的历史告诉我们，脱碳的进程并不会如我们所愿地那么迅速。但是与此同时也告诉我们有许多方式可以加速这个进程，而且这种变革在许多临界时刻会发生得非常快。
我们可能已经处于这个时刻的边缘了。随着法国气候峰会谈判的进行，我们希望在许多国家的承诺中找到灵感来推动脱碳进程的前行。
翻译：季韬
审稿：辅平萍
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