关键时刻:工程师如何掌握避免气候灾难的关键

7月19日^th2022年，英国的气温首次超过40摄氏度。在科学界发出几十年的警告之后，与气候变化和全球变暖有关的极端天气现在已经公诸于世。从澳大利亚和北美的地狱般的野火，到巴基斯坦毁灭性的洪水，再到索马里由干旱引发的饥荒，该地区多达2200万人面临饥饿的威胁——这场正在展开的灾难的影响是严峻而可怕的。

在英国出现创纪录的高温后不到一个月，草率的首相候选人利兹·特拉斯(Liz Truss)宣布，她将批准多达130个新的北海石油和天然气钻探许可证。我们的全球能源系统帮助推动了巨大的进步，使数百万人摆脱了贫困，并以无数方式促进了文明的发展。但是，我们无法摆脱对化石燃料的依赖，如今已成为人类文明的最大威胁，因为温室气体排放不断将地球的大部分地区推向不宜居住的状态。

国际可持续发展研究所(International Institute for Sustainable Development)的能源专家格雷格•穆蒂特(Greg Muttitt)最近表示:“政府和企业经常存在某种形式的认知失调。”“在认识到气候威胁的紧迫性和严重性的同时，他们仍在继续开发新的石油、天然气、煤田和矿山，这将使问题恶化。政策的答案很简单:当你陷入困境时，你需要停止挖掘。”

从化石燃料转型所需的技术是众所周知的:可再生能源和存储、电动汽车、隔热良好的住宅加上低碳供暖等。工程师和工业界在推进这些技术方面取得了巨大进展，但在许多情况下受到政府不作为和政策混乱的阻碍。尽管取得了一些令人鼓舞的进展，但在全球范围内，我们距离需要达到的目标还有很长的路要走。10月底，联合国的一份报告称，现在“没有可信的上升1.5摄氏度的途径”。根据前英国首席科学顾问、气候危机咨询小组主席大卫·金教授的说法，我们只有两到三年的时间来开始取得有意义的进展。

除了明显必须减少排放之外，大卫爵士还主张采取紧急行动，以减轻其最有害的影响:北极的迅速变暖。该地区变暖的速度是地球其他地区的四倍，许多人认为这一现象正在破坏全球气候的稳定。

大卫爵士告诉《工程师》杂志:“事实上，气温上升如此迅速的原因很简单，因为北冰洋上的北极冰融化的速度远远快于气候科学家在10至15年前的预测。”“所以我们现在所处的位置是，在极地夏季，近50%的蓝色北冰洋都暴露在阳光下。”

根据大卫爵士的说法，北极的高温是全球经历极端天气的主要驱动因素。他指出，去年夏天加拿大的气温达到了49.6华氏度，这个数字在几年前还难以想象，但现在就摆在我们面前，随着地球的升温，这个可怕的记录注定会被多次打破。

如果永久冻土层中的所有甲烷都被释放出来，假设在20年的时间里，全球气温将上升5到8摄氏度

金大卫爵士教授

“你知道，这些极端天气事件是极端的他继续说道。“这不是比之前的记录高出0.1度，而是5到10摄氏度。

“甚至在芬兰北部和西伯利亚北部，已经观测到永久冻土层的温度为30-32摄氏度。对于一个本该在零度以下的地区来说，这是非常惊人的。”

这些北纬地区的永久冻土层也含有大量的甲烷，甲烷是一种温室气体，对短期全球变暖的影响比二氧化碳强很多倍。大卫爵士表示，自2014年以来，西伯利亚北部约有1000起甲烷水合物爆炸事件。

他说:“如果永久冻土中的所有甲烷都被释放出来，比如说在20年的时间里，全球气温将上升5到8摄氏度。”“所以我们谈论的是未来不可控制的人类气候。”

大卫爵士和他位于剑桥的气候修复中心提出的计划有三个方面，包括三个令人生畏的“r”。一种迅速而深沉，但又井然有序的，减少在温室气体排放方面;的删除大气中大量的二氧化碳;还有——也许是最紧迫的——修复/再结冰以稳定北极的天气系统，并为重新平衡大气温室气体水平争取时间。包括甲烷和氮氧化物气体，我们目前的浓度约为百万分之500ppm。大卫爵士认为350ppm的目标是我们应该设定的目标。

他说:“我和我的一些同事相信，如果我们能把它降到那里，我们就能拥有一个可持续的人类星球。”“即使我们每年减少300亿吨，也可能需要我们到本世纪末。现在你面临的是一个巨大的工程挑战。我们能去除那么多的温室气体吗?在全球范围内，我们排放了大约400亿吨，对吧?所以平衡的方向是错误的。我们必须降低排放量。

“但第三件事是重新冻结北极，这样我们就可以争取时间，在北极人为地保持冰冻状态的同时，我们可以发送前两个‘r’，这样它就可以把光反射回太空……我在剑桥建立的气候修复中心完全专注于实现这三个r。”

大卫爵士提出的重新冻结北极的方法是使海洋云变亮，在夏季的几个月里在该地区上空产生白色云层，反射更多的阳光，保护冬季积聚的冰。为了实现这一目标，剑桥大学的工程师们希望模仿大自然的力量。伴随着海浪的海上风暴产生水滴，其中最小的水滴被温暖的海洋气流吹向天空的上层大气。在攀爬过程中，水分蒸发，留下微小的盐晶体。

大卫爵士解释说:“你会看到氯化钠形成的云，然后随着它慢慢下降，它再次吸收水蒸气，从而产生微小的水滴。”“小水滴云是白色的，所以我们必须创造一个小水滴云。

“为了模拟这一过程，我们正在进行一项业务——这就是在这里的实验室正在发生的事情——看看我们如何从海水中创造亚微米大小的水滴，这样我们就可以保证我们创造出白色的云层，或者如果盐粒子落在黑色的云上，它会使云变白。”

这是一个巨大的科学和工程挑战，需要在北极地区远程操作的船只将微小的水滴抽到大气中。它还需要多个国家以及气象组织和国际机构的密切协调。

如此规模的地球工程也带来了巨大的风险，对地球其他地方的不利天气影响是极有可能的。但金认为，我们所面临的危机的严重性要求我们采取激烈的行动，在部署北极之前，这一过程将进行规模小得多的试验。

大卫爵士说:“我们只会激活那些顺风的船只，所以我们需要英国气象局的信息，一种会把我们带到北极的风。”

“这是一个相当大的财团。我们非常非常幸运，因为该联盟的一个成员在澳大利亚东部。对澳大利亚人来说，大堡礁是一个重大问题，澳大利亚政府已经允许我们在其扩大的经济区内开发大堡礁上空的白云。”

该计划是在澳大利亚测试和发展这一过程，希望能冷却大堡礁周围的海水，然后寻求为北极建立国际协议。这是一种备受瞩目的、高科技的解决方案，政治家们很可能热衷于支持它，这是一个具有巨大潜力的登月项目，存在于全球脱碳的系统复杂性之外。它甚至可能成为全球合作的凝聚点，以全面应对危机——大卫爵士气候三联画中的另外两个“r”。然而，重新冻结北极并不便宜。

他说:“除了建造船只的成本外，每年运行这个项目的总成本可能达到数十亿美元。”他说:“这些船只将全年都留在海洋中，但只在三个月的时间内操作一定数量的船只。

“一旦人们意识到北极圈地区正在发生什么……我相信各国政府会明白这是一个重要的风险管理项目。我们正在与保险和再保险部门沟通，当然，他们非常清楚，由于这些极端天气事件，他们支付的赔款会增加。”

如果海洋云增亮技术能够成功部署，就可能为减少全球排放所需的国际合作创造空间。自《巴黎协定》以来，目前的承诺远远不够，在谈到巴黎目标要求的脱碳速度时，各国政府继续把头埋在沙子里。

“事实证明，我们的政治体系并不适合快速脱碳的任务，因为化石燃料利益集团对这一体系的控制非常强烈，”利兹大学地理学博士候选人、“留在地面倡议”(Leave it in the Ground Initiative, LINGO)主任谢尔Kühne告诉《工程师》杂志。“所以你一次又一次地看到，化石燃料既得利益集团是如何设法阻止雄心勃勃的气候政策的。

“我们没有重新调整我们的制度和我们的经济运行方式，以适应这样一个现实:用我们的化石燃料模式，我们正在烧毁房子，我们正在破坏我们共同的未来。”

Kühne引用了伦敦政治经济学院的尼古拉斯·斯特恩教授，他是格兰瑟姆气候变化和环境研究所的主席，他把气候危机称为历史上最大的市场失败。

“因为到今天为止，每燃烧一桶石油或每燃烧一吨煤炭，我们就会损失很多价值。你可以用数字来证明这一点。”“在本世纪剩下的时间里，每排放4400吨二氧化碳，就会有一个人死亡，每排放一吨二氧化碳，就会造成417美元的损失。

他说:“除非我们的制度、法律和激励措施与之一致，否则政府等行为体将很难逆潮流而动。这也是各国政府不断推进化石燃料模式的关键原因之一。”

最近由Kühne领导并发表在杂志上的一项研究能源政策，绘制了全球425枚“碳炸弹”。单独来看，这些化石燃料项目每个都有可能产生超过10亿吨的二氧化碳排放。总的来说，他们将看到1.5°C的巴黎目标的碳预算超过两倍。停止这些项目应该是人类的首要任务，由政府领导，由工程师支持。

Kühne说:“说实话，我认为工程师不应该在当今世界为化石燃料公司工作。”

“世界上有400枚碳炸弹，我们真的需要拆除它们，以维持一个宜居的地球。我认为，一直在工作的工程师和其他一直在化石燃料行业工作的人的技术知识，可以非常有帮助，以确定我们应该把努力的重点放在试图拆除这些项目上。”

工程师，和绝大多数人一样，只是复杂系统中的齿轮，这个系统的改变太慢了，它的惯性被贪婪和冷漠的致命结合所加速。然而，尽管我们能源基础设施的系统复杂性带来了巨大的挑战，但目前也有大量唾手可得的成果被忽视了，英国就是如此。

2021年11月，由皇家工程院领导的43个工程组织组成的国家工程政策中心发布了低遗憾框架。报告强调了几个领域，在这些领域，有针对性的政策可以帮助平稳实现净零的途径，并将负面影响降到最低。

在这些领域中，最主要的是建筑改造——整修我们已建成的基础设施，使其更节能，并为脱碳做好准备——尤其是我们的住房存量。低遗憾报告称，随着能源价格使数百万人陷入燃料贫困，一个有补贴的隔热和热泵改造项目不仅可以减少排放，还可以减少账单，帮助创造多达50万个就业岗位。

“我们绝对应该这么做，”斯特拉斯克莱德大学地面工程和能源地球科学中心主任丽贝卡·伦恩(MBE FREng FRSE)教授告诉《工程师》杂志。她也是该报告的作者之一。

”这样做应该有价格激励。我们应该围绕它发展一个产业。如果我们真的能在这方面做得很好，并在我们的工作方式上引入新技术，我们甚至可能能够出口这个产业。”

工业中不乏意志。和我交谈过的大多数人都想成为解决方案的一部分

丽贝卡·伦恩教授

在今年冬天可能出现轮流停电的背景下，英国缺乏任何严肃的能源效率政策几乎是令人难以置信的，近乎于玩忽职守。更糟糕的是，十多年前就有一个半运作的项目，被大卫·卡梅伦连同其他“绿色垃圾”如陆上风能和太阳能补贴一起废除了。第二年，将阁楼或空腔墙壁隔热的家庭数量分别下降了92%和74%。雪上加霜的是，政府还未能就今年冬天的需求减少发布任何正式建议，坚称令人瞠目的能源账单价格信号足以改变人们的行为。

伦教授表示:“虽然定价是一种激励，但我认为许多人不明白他们能做什么。”“此外，分散需求和减少需求同样重要……that where people have flexibility they use energy at a time when it’s not peak.

我认为还需要一些监管政策和财政激励措施。所以，这不仅仅是关闭设备，还涉及到供暖的绝缘和电气化，以及其他使你的家庭和企业减少热量泄漏和使用时间的方法，从而变得更节能。”

但伦教授表示，在政府可能缺乏的领域，工业界已准备好迎接脱碳挑战。

她说:“工业中不乏意志。”“与我交谈过的行业高层管理者中，大多数人都希望成为解决方案的一部分。

“业界希望得到的建议是，投资什么是最好的，如果投资了什么不会成为搁浅资产……这使得目前关于增加油气产量的讨论非常令人困惑。”

正如大卫·金爵士(Sir David King)一直努力指出的那样，现在是采取行动的时候了。

他说:“至关重要的是要明白，我们已经没有时间了。“我们真的必须迅速行动。”