摘要：一项新的研究表明，与化石燃料相比，建造太阳能、风能或核能发电厂造成的碳足迹微不足道。

    一项新的研究表明，与化石燃料相比，建造太阳能、风能或核能发电厂造成的碳足迹微不足道。
　　
　　这项发表在“自然能源”杂志上的研究测量了直到2050年的一系列电力来源全生命周期的温室气体排放量。
　　
　　研究表明，太阳能、风能和核能的碳足迹比碳捕获和储存（CCS）的煤或天然气低很多倍。在考虑到制造，建设和燃料供应过程中的排放之后，这个数据仍然是真实的。
　　
　　波茨坦气候影响研究所（PIK）系统分析师，调查研究项目负责人Gunnar Luderer博士解释说：“有人担心，由于生产风力涡轮机、太阳能电池板及相关排放物所需的能源，要实现气候目标的能源情景模型比建议的要困难得多。”
　　
　　Luderer表示：“我们调查研究的最重要的发现是，风能和太阳能在其生命周期的排放量要比现有化石发电厂的剩余排放量要少得多。”
　　
　　碳债务
　　
　　批评者有时会争辩说，由于核电，风能或太阳能的制造和建设，它们有着隐藏的碳足迹。
　　
　　这个庞大的“碳债务”和相关的能源债务，如果要在其生命周期中减少排放量，就必须偿还。
　　
　　而生产太阳能电池板的工厂使用大量的电力，通常来自燃煤发电站。
　　
　　风力涡轮机和核电站需要大量的钢筋和混凝土。而分离核燃料的离心机也会耗费大量的电能。
　　
　　然而，零碳的电力来源并不是唯一一个隐藏的，间接的碳和能源足迹。对于煤炭和天然气来说，这些生命周期能源消耗和排放来自提取机械能和燃料运输。值得注意的是，它们也来自管道，井口或煤矿的甲烷泄漏。
　　
　　即使煤炭或天然气工厂添加碳捕获和储存（CCS）设施，在其生命周期排放仍在继续，这也不可能能捕获电厂100％的碳排放。
　　
　　更重要的是，由于燃料来源的不断变化，制造业的进步以及全球电力供应的发展，各种技术的间接能源使用和排放量将随着时间的推移而发生变化。
　　
　　根据最新的研究报告，从现在到2050年，这项新的研究测量了不同电力来源的生命周期能源使用和温室气体排放，然后比较了减少温室气体排放的世界上隐藏的足迹，这个排放指标符合2摄氏度的气候和阻止进一步气候行动的目标。
　　
　　体现能源使用
　　
　　这项工作的第一阶段是增加建造发电站所需的能源，并向它们提供所需的燃料和其他投入。
　　
　　这就是所谓的“体现能源使用”。这是“能源投资回报”（EROI）的反面。
　　
　　例如，研究发现，燃煤发电厂产生的能源中有11％被建设和供应燃料所需的能源所抵消，如下图所示。
　　
　　这相当于说一个单位的能源投资可以在电力生产中获得九个单位的电力。
　　
　　核电是煤炭的两倍，其能源嵌入电厂，其燃料抵消了其产量的5％，相当于20：1的EROI。风能和太阳能甚至表现更好，分别为2％和4％，相当于44：1和26：1的EROI。
　　
　　调查报告的另一个作者埃德加•赫特里奇表示，“我仍然对太阳能，风能和核能的能源消耗与其他能源的利用程度这么低感到惊讶。”
　　
　　赫尔维奇是耶鲁大学森林与环境研究学院主要研究工业可持续发展的教授。他还将最新的政府间气候变化专门委员会报告AR5中的生命周期发电排放数据汇总在一起。
　　
　　今年早些时候，温室气候的怀疑论者全球变暖政策基金会（GWPF）推动了2013年研究的结果，对嵌入式能源和EROI得出了截然不同的结论。
　　
　　与先前调查的研究相比，这项研究表明，核电和化石燃料发电站的EROI比可再生能源要好得多。这项研究是一个反驳的话题，说报告的提交人“犯了严重的方法错误......这使他们的工作无效”。
　　
　　这份GWPF的工作后来被“金融时报”编辑乔纳森•福特在一篇文章中报道，该文章也重复了GWPF关于风力涡轮机使用与燃气电厂相比的谈话要点。
　　
　　在2013年出版的另一份研究报告中，赫尔维奇教授及其同事更广泛地审视了从风能、太阳能、天然气和其他燃料发电所需的自然资源。
　　
　　报告发现，可再生能源电力减少了所有形式的污染，与此同时，这种利益与大量原材料（从铁到铜和水泥）的需求相互抵消。
　　
　　这些要求“似乎是可管理的，但与目前的这些材料的生产率相比不可忽略”，该文件总结说。
　　
　　例如，一年全球生产的钢铁就足以抵消至今到2050年所需的全部低碳电力容量。
　　
　　生命周期排放
　　
　　这个研究使用嵌入式能源数据来计算不同电力来源的生命周期温室气体排放量。
　　
　　发现核电、风能和太阳能的占地面积远低于含CCS的煤和天然气，以及水电或生物能源，如下图所示。
　　
　　请注意，这张图表显示了2050年全球电力供应基本上脱碳的数字。
　　
　　这一转变削减了由于电力使用造成的间接排放的影响，例如在太阳能电池厂或核燃料厂。
　　
　　该图还考虑了技术进步，这对于太阳能而言尤为重要，因为其制造过程变得更有效率。
　　
　　这就解释了为什么许多碳足迹低于IPCCAR5的相应数值的原因，而这个数值并没有考虑到随时间的变化。
　　
　　Luderer表示：“我们的方法的一个关键力量是，它充分考虑到能源系统的未来变化。例如，由于技术进步和向能源密集型转变的趋势，生产太阳能组件所需的能源将越来越少。同时，全球气候变化缓解工作将减少单位电力和钢铁投入的二氧化碳排放量，进一步限制了生命周期温室气体排放。IPCC考虑的早期研究没有考虑到这些未来的变化，因此高估了几种低碳技术的间接能源需求和间接温室气体排放。”
　　
　　研究发现，在核电站的整个使用寿命期间，每千瓦小时发电量的排放量为4克CO2当量（gCO2e/kWh）。太阳能占地面积为6gCO2e/kWh，风能也为4gCO2e/kWh。
　　
　　相比之下，煤炭CCS（109克），气体CCS（78克），水电（97克）和生物能源（98克）的碳排放量相对较高，相比之下，到2050年全球平均目标为15克CO2e/kWh。
　　
　　由于两个原因，CCS数字有所提高。首先，煤炭开采或天然气开采期间的上游排放量继续存在。其次，该研究假设CCS只能捕获电厂二氧化碳的90％。而更高的捕获速度的成本更高，不会消除上游排放，相当于23-42gCO2e/kWh，仍远高于核电，风能或太阳能的数量。
　　
　　调查报告指出，水电的碳足迹是高度可变的，其生命周期的碳排放主要是由于大坝淹没了腐烂的有机物。这意味着应避免某些地点建设水电站，尤其是温暖地区的浅水坝，其水位变化很大。
　　
　　对于生物能源来说，其碳足迹也是非常不确定和可变的，报告指出，这取决于生物质来源的方式以及是否涉及转化森林等高碳储量的土地。
　　
　　这些发现加强了核能，风能和太阳能的情况，而对生物能源，水电和CCS的评价不高。
　　
　　Luderer在一份声明中说，其实不存在像真正洁净的煤炭这样的东西，使其变得越来越难以置信，即使在CCS的情况下，它也不能在气候友好的未来发挥作用。不过，这些来源不能排除在外。
　　
　　Pehl表示：“能源转型没有灵丹妙药。带有CCS的煤炭和天然气可能在某些没有风能和太阳能的地区发挥作用。但是，他们在整体电力结构中的份额将远远小于可再生能源的份额。”
　　
　　请注意，上图中的全球平均数字隐藏了一些电源，特别是水电和太阳能的广泛地理变化。
　　
　　在日照最好的地方，最好的太阳能技术的占地面积为3g CO2/kWh，比日照最差的地点（21g CO2/kWh）的太阳能技术低7倍。即使位于高点，太阳能的足迹相比其他来源是非常低的。
　　
　　结论
　　
　　与一些批评者的说法相反，这个调查研究表明，与化石燃料相比，建造风力涡轮机，太阳能电池板或核电站造成的隐藏排放量非常低。
　　
　　“一些批评者认为，可再生能源可能会带来高度隐藏的温室气体排放量，从而否定其对气候带来的好处。现在我们的研究表明，情况正好相反。”Luderer在一份声明中说。
　　
　　事实上，间接生命周期排放比没有气候政策的世界要低得多，在煤气和天然气开采过程中甲烷泄漏是显著的。
　　
　　报告指出：“与其他排放源相比，风能，太阳能和核能升级引起的间接温室气体排放量不大，因此不会阻碍向气候友好型电力供应的转变。”
　　
　　但是随着时间的推移，这些间接排放变得相对较大，因为发电厂烟囱的直接排放降至零。赫特里奇说，“如果想达到零排放，这是需要克服的挑战的一部分。”
　　
　　编辑：Harris