建筑減排有方法，新技術最高可減少90%建筑溫室氣體排放

　　美國正在進入一個建筑熱潮。從2017年到2050年，它的建筑量將相當于紐約市的20倍以上。然而，為了實現氣候目標，美國還必須大幅減少其建筑物的溫室氣體（GHG）排放，這些建筑物占全國總排放量的27%。

　　一個由麻省理工學院混凝土可持續(xù)發(fā)展中心（CSHub）的現任和前任研究人員組成的團隊正在解決這些矛盾的需求，目的是為政策制定者提供采取行動的工具和信息。他們在最近發(fā)表在《應用能源》雜志上的一篇論文中詳細介紹了他們的合作成果，該論文預測了全美所有建筑在兩種溫室氣體減排方案下的排放量。

　　他們的論文發(fā)現，盡管有大量的建筑，但 "體現的 "排放--那些來自材料生產和建筑的排放--將占2016年至2050年排放量的四分之一左右。

　　此外，許多地區(qū)將有不同的溫室氣體減排重點；一些地區(qū)，如西部地區(qū)，將從減少體現性排放中獲益最多，而其他地區(qū)，如中西部地區(qū)，將從干預能源消費的排放中看到最大的回報。如果這些地區(qū)的優(yōu)先事項得到積極解決，建筑部門的排放量在2016年至2050年之間可以減少約30%。

　　量化矛盾

　　現代建筑比它們的前輩要復雜得多，也高效得多。由于新技術和更嚴格的建筑法規(guī)，它們可以提供更低的能源消耗和運營排放。然而，更高效的材料和改進的建筑標準也會產生更大的內含排放。

　　混凝土，在許多方面，是這種權衡的縮影。雖然它的耐用性可以在建筑物的運行壽命中最大限度地減少能源密集型的維修，但它的生產規(guī)模意味著它在建筑業(yè)中造成了很大一部分的體現影響。

　　因此，該團隊在分析中以混凝土的溫室氣體減排量為中心。

　　"我們采取了一種自下而上的方法，在一套住宅和商業(yè)建筑模型的基礎上開發(fā)參考設計，這些設計因屋頂和樓板隔熱、暖通空調效率和建筑材料（主要是混凝土和木材）而不同。"內華達大學里諾分校的助理教授、CSHub的前博士后Ehsan Vahidi解釋道。

　　在測量了每個參考設計的運行和體現的溫室氣體排放后，該團隊將他們的結果放大到縣級，然后根據建筑存量預測，放大到國家層面。這使他們能夠估計2016年至2050年期間整個建筑部門的排放量。

　　為了了解各種干預措施如何能夠減少溫室氣體排放，研究人員在他們的框架中運行了兩種不同的情景--"預測 "和 "雄心勃勃 "的情景。

　　預計方案與當前的趨勢相對應。它假設電網脫碳將遵循能源信息署的預測；廣泛采用新的能源法規(guī)；提高照明和電器的效率；對于混凝土，在所有新的混凝土建筑中實施50%的低碳水泥和粘合劑，并對所有水泥和混凝土排放物采用完全的碳捕獲、儲存和利用（CCUS）。

　　我們雄心勃勃的方案旨在反映一個采取更積極的行動來減少溫室氣體排放和實現目標的未來，因此，雄心勃勃的方案采用了預測方案的相同策略，但為其實施設定了更積極的目標。

　　例如，它假設到2050年電網排放量減少33%，并將照明和電器以及隔熱的預計最后期限分別提前5年和10年。具體的去碳化也發(fā)生得更快。

　　減排和變化

　　美國建筑行業(yè)的廣泛增長預測將不可避免地產生相當數量的排放。但是，這個數字能被最小化多少呢？

　　如果不實施任何溫室氣體減排策略，研究小組發(fā)現，在2016年至2050年期間，建筑部門將排放62千兆噸二氧化碳當量。這相當于156萬億乘用車行駛里程產生的排放量。

　　但是，兩種溫室氣體減排方案都可以大大減少這種未緩解的、一切照舊的情況下的排放。

　　在預計的情況下，排放量將下降到45千兆噸二氧化碳當量--在分析期內減少27%。雄心勃勃的方案將比預測方案進一步減少6%，達到40千兆噸二氧化碳當量，就像在這一時期從道路上消除大約55萬億英里的客運車輛。

　　在兩種情況下，對減排貢獻最大的是能源網的綠化，其他值得注意的減排機會是來自于提高照明、暖通空調和電器的效率。這四個屬性加在一起，在分析期間貢獻了85%的排放量。對它們的改進提供了最大的潛在減排量。

　　其余的屬性，如隔熱和低碳混凝土，對排放的影響較小，因此，提供的減排機會也較小。這是因為在分析中，這兩個屬性只適用于新建筑，而在整個時期內，新建筑的數量超過了現有結構。

　　針對新建筑和現有建筑的策略之間的影響差異，強調了一個更廣泛的發(fā)現。盡管在此期間進行了大量的建設，但在2016年至2050年期間，體現的排放量僅占累計排放量的23%，其余部分主要來自于運營。

　　CSHub的博士后、馬薩諸塞大學洛厄爾分校即將上任的助理教授Jasmina Burek解釋說："這是現有結構的數量遠遠超過新結構的結果。在2016年至2050年期間，所有新的和現有的結構所產生的運營排放將總是在任何特定時間大大超過新結構的體現排放，即使建筑物變得更有效，電網變得更綠色。"

　　然而，兩種情況下的減排量并沒有在全國范圍內均勻分布。研究小組確定了幾個地區(qū)的差異，這些差異可能對政策制定者必須如何采取行動來減少建筑部門的排放產生影響。

　　Vahidi說他們發(fā)現，美國西部地區(qū)將看到干預住宅排放的最大減排機會，這將占該地區(qū)分析期內總排放量的90%。

　　住宅排放的主導地位源于該地區(qū)持續(xù)的人口激增和隨后的住房增長。建議的解決方案將包括CCUS和混凝土生產的低碳粘合劑，以及針對住宅建筑的能源法規(guī)的改進。

　　與西部地區(qū)一樣，東南地區(qū)的理想解決方案將包括CCUS、低碳粘合劑和改進的能源法規(guī)。

　　Burek解釋說："就東南地區(qū)而言，干預措施應同樣針對商業(yè)和住宅建筑，我們發(fā)現商業(yè)和住宅建筑在建筑總量中的比例比較平均，由于這兩個地區(qū)都有嚴格的能源法規(guī)，對操作性排放的干預措施比對體現性排放的干預措施影響要小。"

　　中西部的大部分地區(qū)看到的是相反的結果。它的能源結構仍然是全國碳密集度最高的地區(qū)之一，改善能源效率和電網將有很大的回報--特別是在密蘇里州、堪薩斯州和科羅拉多州。

　　新英格蘭和加利福尼亞將看到最小的減排量。由于他們已經很嚴格的能源法規(guī)將限制進一步的操作性減少，因此，減少體現的排放的機會將是最有影響的。

　　麻省理工學院團隊發(fā)現的這種巨大的地區(qū)差異，在許多方面反映了整個國家的巨大人口和地理多樣性。而且還有更多的變量需要考慮。

　　除了溫室氣體排放，未來的研究可以考慮其他環(huán)境影響，如水消耗和空氣質量。其他需要考慮的緩解策略包括延長建筑壽命，改造，屋頂太陽能，以及回收和再利用。

　　在這個意義上，他們的研究結果代表了建筑領域可能的下限。而且，即使進一步的改進最終是可能的，他們已經表明，區(qū)域差異將不可避免地影響這些環(huán)境影響的減少。