“地球工程”作为减缓气候变化手段的几个关键问题

潘家华

(中国社会科学院城市发展与环境研究所，北京100005)

“地球工程”作为减缓气候变化手段的几个关键问题

潘家华

(中国社会科学院城市发展与环境研究所，北京100005)

减缓气候变化可以在大的地理尺度上以工程技术手段来实施。地球工程包括所有能源生产和消费以外的、不涉及工业生产过程管理的，在较大的地球尺度或规模上，去除大气中的CO2或直接控制太阳辐射而降温的各种人为的工程技术手段，主要包括三大类:绿色生物技术手段、碳捕获与埋存技术和太阳光辐射额度控制管理技术。这一类地球工程手段有着一系列经济、技术、环境、伦理、安全和不确定性含义。本文就近年来国际上关于地球工程作为减缓气候变化可能技术选择的几个关键问题开展了分析和讨论，涉及概念界定、技术特点、可能影响、治理构架等。作者认为，对于直接作用于碳的地球工程手段，如绿色生物技术手段和碳捕获与埋存技术，风险小、可操控;太阳光辐管理技术，通过人为排放到大气的SO2和气溶胶等的降温效应，来控制地球气温的上升，尽管使用的经济成本可能不高，具有实际操作可能，但其巨大的不确定性和可能的安全含义，需要引起足够的重视。从伦理上看，当代人是否有权来开展太阳光辐管理技术这类具有巨大科学不确定性的地球工程存在争议，在科学不确定的情况下采取任何行动，就失去了伦理学基础。从法律上看，人工干预太阳辐射，即使是科学实验或研究，由于其影响超出了国界，超出了当代人，也超出了人类社会，如果有人采取行动，也存在法律依据上的质疑。人工干预太阳辐射的研究和实施，需要一个国际治理构架。为了防止其他国家单独行动，需要“相互约束”的治理构架——“自我约束”以换取他国同意“自我约束”。鉴于气候变化和光辐管理在科学上的不确定性，目前不宜实施，短期内也不会提上议事日程。太阳光辐管理技术影响的复杂性和气候变化风险的迫切性，需要我们加大科学研究力度，为科学决策提供依据。中国作为一个新兴经济体，世界第一大CO2排放国，地域空间气候条件存在巨大差异性。从减排成本的角度，从气候影响的空间差异性，开展地球工程的科学研究，有着科学、政策和国际气候外交的积极意义。但是，相关的科学研究需要国际制度构架。由于气候变化框架公约及其谈判尚未涉及，需要开展系统科学、技术、经济、法律和国家安全等方面的相关研究，提高科学认知度，为国际谈判和政策选择提供决策依据。

地球工程;光辐管理;国家安全;国际治理;减缓

全球温室气体减排举步维艰，常规减排技术成本高、降幅低、速度慢。这样，在更大更广的地理尺度采用工程技术方法，或去碳，或降温，一直是国际社会和学术团体试图探索的可能途径。近年来，随着更为大胆的人为干预太空减少抵达地球表面太阳辐射的“光辐管理(solar radiation management，SRM)”技术的提出，国际社会对“地球工程”的走向和可能影响产生巨大争论，或鼓舞，或恐惧，甚至超出了气候变化问题本身。何谓地球工程?有何特点?潜在影响何在?需要何种国际治理构架?需要有一些伦理和国家安全层面的思考和应对。

1 地球工程的界定

一般说来，地球工程包括所有能源生产和消费以外的、不涉及工业生产过程管理、在较大的地球尺度或规模上，去除大气中的CO2或直接控制太阳辐射而降温的各种人为的工程技术手段。也就是说，采用工程技术手段节能、开发利用可再生能源、核能利用、地热利用、工业生产过程等均不在地球工程之列。

地球工程可以大略归为三大类。一类是绿色生物技术手段;第二类是碳捕获与埋存(CCS)技术，第三类是太阳光辐射额度控制管理技术(SRM)。绿色植物通过光合作用，将大气中的CO2加以固定，形成生物量(biomass)，储存于各种绿色植物和土壤。由于土地利用和林业、草场、湿地可以在较大的地球空间尺度展开，生物固碳数额巨大，因而，在广义理解上，土地利用改变也可以算为地球工程手段。2000年，联合国气候变化专门委员会［1］就土地利用与林业撰写了特别报告，就造林、再造林等大规模生物固碳的技术和经济问题进行了系统描述。

碳的捕获与埋存及技术是1990年代和本世界早些时比较受到关注的地球工程技术，主要是在温室气体排放的终端将CO2加以捕获然后埋存到地质构造或深海，从而减少大气中CO2存量而达到控制大气CO2浓度的目的。这一技术在IPCC［2］的第三次评估报告中做了减缓的技术和社会经济方面综合评估，作为具有巨大潜力的减缓手段，随后IPCC［3］又专题立项，经过数百名科学家近三年的综合评估，于2005年完成《碳捕获与埋存特别报告》，提交给各国政府参考。此外，还有一些尚在概念中的各种捕获和埋存手段，例如在海面上播撒金属或化学物质，促进海洋吸收大气中的CO2;人工设计一套体系，有如树木一样，将大气中的CO2加以吸收、富集，然后加以埋存。

前两类地球工程作用的目的在于减少CO2。而减少CO2的目的在于控制地球表面增温。由于地球温度的热源是太阳辐射，如果控制辐射到地面的太阳光束，地表温度当然也就得到调整。早在1999年，IPCC［4］第一和第三工作组就航空器尾气的科学和减缓含义联合进行了评估，但并非作为一种减排的工程手段进行推荐。2000年，IPCC［5］第三工作组完成的排放情景的特别报告，就人为排放到大气的SO2和气溶胶的降温效应进行了讨论。但这些都不是人工有目的、主动的工程技术，从而没有深化探讨。正是出于这样一种考虑，近年来有学者大胆提出了太阳辐射人工管理的地球工程技术手段，大致有三种:①2010年3月，英国政府研究理事会批准了SPICE(Stratosperic Particle Injection for Climate Engineering，平流层注入气溶胶气候工程)。这一工程包括三项内容:计算机模拟、实验室研究和野外试验(热气球吊伸1公里管道向大气层注入气溶胶)(Rayer et al，2010)。派飞机到平流层播撒气溶胶，通过物理阻隔，减少抵达地球表面的太阳辐射;②通过热气球或其他手段，在高空放置太阳反射装置，使反射装置范围内的太阳光辐射不能抵达地面;③利用热气球或其他手段，将管道延伸到10km或更高的大气层中①，将气溶胶通过管道送入大气，从而减少抵达地面的太阳辐射。

2 不同地球工程技术手段的特点

上述三大类地球工程手段，一个共同的特点，就是能够减缓全球地表增温的幅度或速率。但是，各种手段的作用机理、空间尺度、减缓效率、共生效益、减缓成本、技术成熟程度、科学不确定性、国家安全等方面，存在巨大差异。

绿色植物固碳作用于碳，减少大气中的气态碳含量。其空间尺度相对有限，减缓效率相对较低，而且毁林还可能释放到大气成为碳源。植物固碳有着巨大的共生效益，包括生物产品、生物多样性、生态服务、水源涵养等。减缓成本并不是太高，技术也相对成熟，不存在科学上的不确定性，不涉及国家安全，但最大的障碍是宜林地表空间有限，受水资源、粮食安全、居住用地等制约。

碳捕获与埋存技术(CCS)与生物固碳技术一样，移除大气中的CO2并储存起来，从而减少大气中的碳。典型的CCS技术只是在CO2排放末端捕获，去除率可以很高，技术也相对成熟，没有国家安全含义，即不会对其他国家或本国构成潜在的安全风险。但是，这一技术最大的特点就是为了减排而减排，没有任何共生或协同效益。正因为这样，有人提出碳捕获、利用与埋存，试图将捕获的碳至少部分加以利用。但是，由于CO2的捕获量巨大，缺乏工业回收利用的技术，利用至多只是象征性的。不仅如此，这一技术成本高企，有着财务和能源双重成本［3］。如果是煤电厂采用CCS技术，发电财务成本要增加高至1/3，能源消耗要额外增加20% －50%，随之，排放也必然相应增加。对于能源缺乏的国家，大规模额外消耗能源来实施碳捕获与埋存，难度可想而知。当然，如果埋存的地点在原油采空地，注入CO2可以驱赶残余原油，获取原油增量，从而补偿财务和能源成本。此外，埋存地点的地质结构要求高，CO2溢出的不确定性难以排除。本世纪初以来，中、美、欧等国企业或政府投资开展了一些试点，但少有进一步大规模推广的安排。人工设计从大气中吸收CO2的装置技术和向大海播撒金属或化学物质，目前尚停留在概念阶段，技术尚不成熟。

太阳光辐管理技术则不然，其作用对象是人工干预地球热源，直接调节温度。相对来说，太空太阳反射装置面积不可能太大，影响范围比较有限，反射光辐数量也不可能太大。难度大，成本高，效率也不会特别好。从地面输送气溶胶技术，尽管发生地只是在一个具体的地区，但气溶胶在太空扩散，影响区域巨大，科学不确定性大，对本国和其他国家的气候安全，可能有着巨大影响。由于尚没有进入试验阶段，成本和效率数据只能通过计算机模拟获取，信息比较有限。对于飞机播撒，技术比较简单，相对常规减排，成本十分低廉，计算机模拟的降温效率可能十分显著。20亿美元的投入，就有可能使地表温度下降1°C左右。一个小的国家，甚至一个企业，就有可能购买或租用飞机进行作业。由于平流层的气溶胶的影响是全球尺度，对全世界均有可能影响，长远的可能影响，短期在科学上不可能明确。

3 地球工程技术的潜在影响

对于生物技术手段，国际社会有着明确的共识，就是在可能的条件下大力应用，而且通过市场机制，推动生物固碳技术发展①气候变化谈判进程中，对于土地利用、避免毁林和在造林等方面的内容，在《马拉卡什协议》(2001)、《坎昆协议》(2010)等法律文件中均有体现。见 http://www.unfccc.int。。如果说对其他国家有影响的话，也应该是积极的:森林对其他人几乎没有负面影响。碳捕获与埋存技术除了财务、能源成本和减排效率的不确定性外，其减排的目标性十分明确，对全球减缓CO2的贡献明确，对其他国家不会构成国家安全影响。

对于太阳光辐管理技术，成本可能很低，效率可能很高，范围十分巨大，影响极其深远。这种技术对不同国家的影响可能存在不同。小岛国由于受全球变暖引发的海平面上升的威胁，如果全球减排协议难以达成，光辐管理就有可能成为其行动工具:对其的影响可能是有利的。对于以煤炭或其他化石能源为主要燃料的国家，排放量巨大，减排成本高昂，光辐管理技术具有巨大的低成本诱惑，完全可以将其作为一种潜在的减排技术选择。对于当前气候条件十分恶劣的国家或地区而言，光辐管理产生的影响，有可能改善其局部的气候条件。例如沙漠或戈壁地区，全球气候格局因光辐管理而改变，不可能变得更坏，有可能变得更好。从这一角度，也会有人从改变地球气候空间格局的目的出发，而支持这一活动。

从上面分析看，光辐管理对不同国家，安全含义是不同的。一方面，长远的安全影响具有巨大的不确定性;另一方面，自己的气候安全可能受到这一技术应用的影响。这里就存在两个问题:伦理上，这一技术是否可取?法律上，谁有权可以这样做?

从伦理上看，一是我们当代人是否有权来开展这样一项具有巨大科学不确定性的地球工程?气候是全人类共享资源，不属于一个国家、一个地区，也不是当代人的，我们的子孙后代都依赖地球以生存繁衍。气候也不仅仅是人类一种生物的，地球上生物多样，人类只是众多生物种类中的一种。人工干预气候，有可能于人类有益，于当代人有益，但是我们不能无视子孙后代的利益，无视其他生物种类的权益。因而，我们无非是得出两种结论:一是我们无权干预自然，我们应该尊重自然，适应自然，而不应该去刻意改造自然、主宰自然。第二，如果人类社会和地球生物的生存繁衍受到威胁，例如另一天体可能撞击地球而引发毁灭灾难，人类如果有能力有把握进行自救式干预，我们非常肯定干预的目的与可能、手段与效果，尽管其他生物种类不能发言，子孙后代不具发言权，我们的行动，从伦理上是可以接受的:为了地球、为了地球生物、为了子孙万代的福祉。对于后一种情况，我们必须要明确科学上的确定性，在科学不确定的情况下采取任何行动，就失却了伦理学基础。从这一视角上讲，对于气候变化和光辐管理的科学性和不确定性，我们需要加大科学研究力度，为科学决策提供依据。

对于人工干预太阳辐射，即使是科学实验或研究，由于其影响超出了国界，超出了当代人，也超出了人类社会，如果有人采取行动，法律依据何在?一个受到海平面上升威胁的小岛国，出于自身利益的考量，有着自我伦理基础，国内法律依据不会成为任何障碍。一家跨国公司，拿出几十亿美元，可以“企业社会责任”的名义，也可从减排成本的考虑，而采取行动，派遣飞机到平流层播撒气溶胶。但是，这些在自我伦理和利益上的行动，对于他人可能形成威胁或福利损失，甚至对其他国家或政治实体产生安全含义或威胁，其他国家或政治实体可能为了自身利益而采取反制措施，其地缘政治或国际关系含义，就可能成为国际争端甚至战争的导火索。

天气具有重要的军事含义。气候有否可能成为一种军事手段，威胁他人或被威胁?人工影响天气例如人工降雨、防冰雹，如果得当，有着积极的经济及社会效果。但是，飞越一个地区的雨云，途中被一个地区人工手段截留，对于该雨云可能飘至降落的急需降雨的地区，是否是一种剥夺?这种技术是否会被加以延伸，用以军事目的，从而构成国家安全影响?有些国家风调雨顺，而另一些国家干旱贫瘠。以减缓气候变化的名义，干预太阳辐射，可能改变地球气候格局，干旱贫瘠者可能受益，而风调雨顺者可能风光不再。国际争端是否会因此而产生?

因而我们说，大规模的太阳光辐管理目前不宜实施，需要开展科学研究。但就是科学研究与实验，也存在一个国际治理问题:谁来决定、在何时、何地、何种规模上做?

4 国际治理构架

自从太阳光辐管理技术提出以来，地球工程的国际治理就成为一个超越减缓与适应气候变化的国家和人类安全问题。2010年2月，加拿大国际治理著名智库“国际治理创新中心”在多伦多举办国际研讨会②Governance Issues for Geoengineering.Centre for International Governance Innovation.Waterloo，Feb.，2010。，就地球工程的国际治理问题展开国际交流与研讨。2011年6月，IPCC第三工作组在秘鲁利马举办“地球工程专家研讨会”，为第五次评估报告准备素材。欧美和一些发展中国家的研究机构和学者就地球工程的科学、伦理、安全和国际治理问题展开了研究。英国政府甚至拨款资助太阳光辐管理的实验研究。2012年元月，国际治理中心再度邀请世界主要国家的部分学者聚集渥太华①Geoengineering Our Climate:Science，Ethics and Governance.January 18 －20，2012，Ottawa，Canada。，交流研究进展，决定将现有成果汇集成册，由牛津大学出版社出版。联合国气候变化专门委员会第五次评估报告在6章专设一节，综合评估地球工程的相关文献和结论。

就碳汇和碳捕获与埋存技术来看，IPCC已经有系统评估，得出了相应结论。有关政策建议也在联合国气候变化框架公约的谈判进程中得到了体现。应该说，现有的国际气候治理构架就已经能够涵盖碳汇和碳捕获与埋存技术相关的地缘政治、国际经济与环境关系问题。真正需要探讨国际治理构架的，主要涉及太阳光辐管理问题(SRM)。

对于SRM，我们有四种可能选择［6］。一是简单的禁止。由于SRM具有巨大的风险和不确定性，禁止未尝不可。但是，如果气候风险更大呢?第二种选择就是作为一种有效的气候政策。我们没法低成本减排满足两度温升目标，为什么不尝试呢?问题在于:如果SRM效果与预期或气候模式结果不一致呢?第三种选择就是近期优先使用SRM，防止温升风险，同时大力减排，减低成本，未来停止使用SRM。这一选择的问题在于:多大规模，多长时间，如何与温室气体减排衔接?第四种选择就是:只是作为一种备选方案，加以研究，不到万不得已，不启用这一选择。

如果说小国或私人公司可能受到大国威慑而不至于采取单边行动，但是，大国如果出于自身考虑，单独采取行动，又如何办?在这样一种情况下，为了防止其他国家单独行动，最好的选择是“自我约束”以换取他国同意“自我约束”。这一“相互约束”的治理构架，是对具有重大不确定性技术加以约束的最好选择［7］。2009年，英国牛津大学的几位学者［8－9］提出地球工程国际治理五项原则②这些原则最初于2009年提交给英国议会科技委员会，得到议会报告认可，随后被英国“经济学人The Economist”称之为“牛津原则”。We All Want to Change the World.The Economist，2010，April:3 －9。，包括:①作为公共物品加以管制;②公众参与决策;③公布地球工程研究公开发表研究结果;④对影响开展独立评估;⑤先有治理构架然后付诸实施。这五项原则集中到一点，就是一个国际治理构架问题。

5 结论与建议

从上述分析可见，地球工程的界定可以比较宽泛，也可以比较狭义。真正引起国际社会关注的是具有大空间尺度、科学不确定性、直接调节太阳辐射而控制温度、技术相对简单成本相对低廉、具有国家安全和人类地球安全含义的太阳光辐管理技术。

就目前情况来看，尽管太阳光辐管理技术具有实际操作可能，但是，一般情况下，不论是国家政治实体，还是企业或非政府机构，面临这一带有“异想天开”色彩的技术的实际应用，短期不会提上议事日程。由于这一问题的复杂性和气候变化风险的迫切性，开展研究显然具有巨大的吸引力。

中国作为一个新兴经济体，世界第一大CO2排放国，地域空间气候条件存在巨大差异性。从减排成本的角度，从气候影响的空间差异性，开展地球工程的科学研究，有着科学、政策和国际气候外交的积极意义。但是，相关的科学研究需要国际制度构架。由于气候变化框架公约及其谈判尚未涉及，需要开展系统科学、技术、经济、法律和国家安全等方面的相关研究，提高科学认知度，为国际谈判和政策选择提供决策依据。

References)

［1］IPCC.Special Report on Land-use，Land-use Change and Forestry［R］.Cambridge:Cambridge University Press，2000.

［2］IPCC. ClimateChange 2001: Mitigation. WorkingGroup III Contribution to 3rd Assessment Report［R］.Cambridge:Cambridge University Press，2001.

［3］IPCC.Special Report on Carbon Capture and Storage［R］.Cambridge:Cambridge University Press，2005.

［4］IPCC.Special Report on Aviation［R］.Cambridge:Cambridge University Press，1999.

［5］IPCC.Special Report on Emissions Scenarios［R］.Cambridge:Cambridge University Press，2000.

［6］Barrett S.Geoengineering's Governance［R］.Prepared for the U.S.House of Representatives Committee on Science and Technology Hearing on“Geoengineering III:Domestic and International Research Governance”，18 March 2010.

［7］Barrett S.Why Cooperate?:The Incentive to Supply Global Public Goods［R］.Oxford:Oxford University Press，2007.

［8］Rayner S，Redgwell C，Savulescu J，et al.2009“Memorandum on Draft Principles for the Conduct of Geoengineering Research.House Of Commons Science and Technology Committee Enquiry into the Regulation of Geoengineering”［R］.http://www.sbs.ox.ac.uk/centres/insis/Documents/regulation － of－ geoengineering.pdf

［9］Royal Society.Geoengineering the Climate:Science，Governance and Uncertainty［R］.1 September 2009:62.http://royalsociety.org/document.asp?tip=0＆id=8729.

Key Issues Related to Geo-engineering as Approaches to Climate Change Mitigation

PAN Jia-hua
(Institute for Urban＆ Environmental Studies，Chinese Academy of Social Sciences，Beijing 100005，China)

Climate change mitigation can be implemented through the approach of engineering technologies at a large geographic scale.Geo-engineering refers to，in the large Earth yardstick or scale，all kinds of artificial approaches of engineering technologies in temperature reduction by removing CO2in the atmosphere or directly controlling solar radiation，instead of emission reductions related to production and consumption of energy，and to the management of industrial production process.It is mainly classified into three big categories:approach of green biological technology，carbon capture and storage，and control and management technology of solar radiation.This kind of geo-engineering approach has a series of implications in economy，technology，environment，ethics，security，and uncertainty.The present paper makes an analysis and conducts a discussion on several recent international key issues of the possible technological options for mitigation of climate change，involving definitions of concept，technological features，possible effects and governance framework，etc..The author argues that geo-engineering approach directly acting on carbon，such as biological sinks and carbon capture and storage technologies，are assessed with relatively low risk and high level of control.Through temperature reduction effects by artificially emitting SO2into the atmosphere and aerosols，solar radiation management technology is used to control the rise of the Earth's temperature，which，though having not a high economic cost of use but practical maneuverability，has huge uncertainty and possible implication of security，needing enough attention.Ethically，there are disputes over whether or not the contemporary people have the right to carry on geo-engineering of solar radiation management technology with such huge scientific uncertainty，and in such scientific uncertainty，to take any action will lose the ethnic basis.Legally，human intervention in solar radiation，even scientific experiment or research，will raise doubt on the legal basis，if people take action，because its effect will go beyond national boundaries， beyond the contemporary generation， and also beyond the human society. Researches on and implementation of artificial intervention in solar radiation needs an international governance framework.To prevent other countries from taking individual action needs to have a“mutual constraint”governance framework－to use“self-constraint”to trade for“selfconstraint”consented by other countries.As for scientific uncertainty of climate change and solar radiation management，at present，it is not appropriate for geo-engineering to be implemented，and in the short term，will not be put on the agenda.The complexity of the effect of solar radiation management technology and the urgency of the risk of climate change require us to intensify scientific research so as to provide the basis for scientific policy-making.As an emerging economy，China is the first biggest country of CO2emission in the world and has huge disparity in its regional spatial climate conditions.From the perspective of cost reduction and spatial disparity in climate effect，to carry on scientific research on geo-engineering is of positive significance in science，policy and international climate diplomacy.However，related scientific research needs an international system framework.Since the framework convention on climate change and its negotiations have not yet been involved，relevant researches need to be carried out in systematic science，technology，economy，law and national security，and scientific recognition be raised to provide a policy-making basis for international negotiations and policy options.

geo-engineering;solar radiation management;national security;international governance;mitigation

F062

A

1002－2104(2012)05－0022－05

10.3969/j.issn.1002－2104.2012.05.005

2012－04－16

潘家华，博士，教授，博导，主要研究方向为可持续发展、低碳经济等。

(编辑:刘呈庆)