清潔能源轉型中的材料效率

清潔能源轉型要求經濟增長與物質需求脫鉤

經濟發(fā)展歷來依賴于不斷增長的物質需求。然而，生產材料消耗資源和能源，導致二氧化碳排放和其他環(huán)境影響。清潔能源轉型將通過技術轉移和追求材料效率戰(zhàn)略的結合，影響既定的材料需求趨勢。材料效率的潛力存在于整個價值鏈中，包括通過設計長壽命、輕量化、減少制造和施工過程中的材料損失、延長使用壽命、更密集的使用、再利用和循環(huán)利用。本報告探討了鋼材、水泥和鋁這三種能源密集型材料的材料效率機遇和影響，并對建筑和汽車這兩大材料消費價值鏈進行了深入研究。

材料效率有助于減少二氧化碳的排放。在與《巴黎協(xié)定》目標一致的清潔技術方案中，與參考技術方案相比，材料需求減少了：到2060年，鋼材將減少24% (相當于2017年美國產量的6倍左右)；水泥減少15% (2017年印度產量的2.5倍)；鋁減少17% (是2017年中國初級產量的1.2倍)。在2060年清潔技術方案中，材料效率約占這三種材料綜合減排的30%。

在建筑領域，在清潔技術情景下，材料需求的減少將對2060年累計減排貢獻100億噸，相對于參考技術情景，建筑中使用鋼鐵和水泥產生的二氧化碳排放量減少了10%。需求的減少主要是由于建筑壽命的延長，同時進行了節(jié)能改造。在運輸部門，與參考技術方案相比，在清潔技術方案中，車輛輕量化約占全球2060年輕型乘用車使用階段總排放量的10%。在許多其他減排戰(zhàn)略的背景下，這是一個很大的部分，例如正在道路車輛上推行的發(fā)動機和動力系統(tǒng)效率措施以及燃料轉換(包括電氣化)。

進一步提高材料效率的目標可以減少低碳工業(yè)工藝技術的部署需求，并在整個價值鏈中實現(xiàn)減排

在推動材料效率超越清潔技術方案方面存在著巨大的潛力。材料效率變量實現(xiàn)了與清潔技術場景相同的能源部門脫碳程度。但考慮到現(xiàn)實世界的技術、政治和行為約束，它追求的是更為雄心勃勃、但仍可實現(xiàn)的材料效率戰(zhàn)略。從需要更大的監(jiān)管力度、利益相關者的協(xié)調、價值鏈整合、投資、培訓、商業(yè)實踐的轉變或行為改變(例如，改善建筑設計和施工、大量車輛輕量化和材料再利用)的角度來看，進一步推進的戰(zhàn)略更具挑戰(zhàn)性。與清潔技術方案相比，這將進一步降低材料需求，特別是2060年的鋼鐵(16%)和水泥(9%)。鋁的使用量在2060年增加了5%，這是由于汽車輕量化超過了其他的策略給需求施加下行壓力。

材料效率戰(zhàn)略導致對低碳工業(yè)工藝技術的部署需求更改為適度，以達到相同的二氧化碳排放結果。材料效率變量實現(xiàn)了與清潔技術場景相同的工業(yè)累計排放，但鋼鐵(2060年降低了4%)和水泥(2060年降低了7%)的排放強度更高。鋁的排放強度略低(2060年降低了9%)。與清潔技術方案相比，到2060年，低碳工業(yè)工藝技術所需的累計資本投資減少了4%。例如，如果采用這種材料效率戰(zhàn)略，水泥部門累積捕獲和儲存的二氧化碳排放量將減少45%。

在某些價值鏈中，額外的材料效率努力可以實現(xiàn)清潔技術情景之外的減排。例如，在汽車供應鏈中，通過在材料效率變型中增加汽車輕量化來提高燃油效率，到2060年，輕型載客汽車的凈排放量將比清潔技術方案減少17%，輕型商用和重型汽車的凈排放量將減少9%。由于鋁、塑料和復合材料產量的提高，汽車材料生產的總排放量適度增加。但這一增長被汽車使用過程中的減排抵消了。在建筑領域，額外的材料效率努力減輕了工業(yè)的壓力，但不一定能減少建筑使用階段的排放。

需要政策和利益相關者的努力來提高材料效率

材料效率并非沒有挑戰(zhàn)和成本。實際和可感知的風險、成本、時間限制、供應鏈碎片化、監(jiān)管限制和缺乏認識是阻礙更大程度采用材料效率戰(zhàn)略的許多障礙之一。在許多情況下，提高材料效率將產生成本，盡管估計表明，與其他減排方案相比，這些成本可能在合理范圍內。

所有利益相關者的努力將使材料效率得到更大的提高。各國政府和工業(yè)界可以共同努力，進一步發(fā)展管制框架和商業(yè)模式，以支持提高材料效率。在設計產品和建筑時，業(yè)界可以考慮生命周期的影響，這得益于與研究人員合作進行的數(shù)據(jù)收集和嚴格的生命周期評估。不斷加大對生命周期的重新利用、再利用和循環(huán)利用的努力也是關鍵。消費者可以通過增加對有助于減排的節(jié)材產品的需求來發(fā)揮作用。

圖1 關鍵材料、GDP和人口的需求增長

過去幾十年對材料的需求大幅增長。自2000年以來的增長主要是由于中國的快速發(fā)展。

圖3 整個價值鏈的材料效率策略

許多材料效率策略可應用于設計、制造、使用和壽命終止階段。

圖4 按情景劃分的鋼鐵、水泥和鋁需求

注:Mt =百萬公噸。RTS=參考技術場景。CTS=清潔技術方案。MEF=材料效率變量。

雖然RTS的材料需求會隨著時間的推移而增長，但CTS和MEF的材料需求會顯著減少。

圖31 鋼鐵、水泥和鋁在不同情況下的直接碳排放

材料效率可以在工業(yè)部門實現(xiàn)額外的二氧化碳減排。

圖49 按技術領域劃分（從RTS到CTS）到2060年全球二氧化碳排放累計減少：

能效、可再生能源和CCUS是減少能源相關排放的核心。

翻譯：Maggie＠ERR能研微訊團隊