工程17（2022）17意见和评论气候或碳减排工程管理魏一鸣，康嘉宁，陈北京理工大学管理与经济学院能源与环境政策研究中心，北京市能源经济与环境管理重点实验室，北京1000811. 介绍碳减排工程，在国际上也被称为气候工程，是旨在应对气候变化和实现碳中和的工程措施的总称。根据技术原理[1]，气候或减缓工程通常可分为三类：①二氧化碳去除（CDR），通过去除大气二氧化碳有可能实现负排放[2];②太阳辐射管理（SRM），通过增加太阳辐射反射来限制温度上升[3];③一般的地球工程技术，如生物炭和土壤碳封存，这是提高自然生态系统碳吸收能力的可行手段[4]。随着应对气候变化挑战的加剧，气候工程或减缓工程的内涵越来越广泛它现在涵盖了气候缓解的工程解决方案和技术努力的相当广泛的范围[5]，例如可再生能源，能源效率技术，碳捕获和利用以及碳封存。在过去几十年里，气候行动主要集中在传统的减排和适应努力上[6]。然而，经验证据突出表明，我们对气候危机的应对措施不足，并突出了这一行动呼吁我们目前的排放轨迹使我们走上了到2100年平均气温比工业化前水平高出3 °C以上的道路，这表明目前的排放量与《巴黎协定》规定的将全球变暖限制在1.5-2 °C之间存在巨大差距具体而言，2°C目标要求约87%的减排方案采用负排放技术，而1.5 °C目标要求几乎所有排放轨迹都采用负排放，这符合本世纪中叶的净零排放目标[8，9]。随着全球气候危机的加剧，碳减排工程无疑将成为全球气候治理框架的重要组成部分。全球气候治理的紧迫性不仅会激发大量的碳减排工程实践举措，也会激发管理学界对碳减排工程管理（CEM）理论的探索。2. 气候或缓解工程管理气候或减缓工程--与一般工程相反--跨越多个行业，具有大规模、长周期、跨区域和充满不确定性的特点。在这种背景下，减灾工程的成功在很大程度上取决于科学的管理。在技术创新和其他工程和管理经验的基础上，澳电的做法在规模和效果上都取得了进展尽管如此，CEM的理论研究仍然分散，这将深刻影响碳减排工程未来更广泛的实践。最新的研究指出了不同全球减排战略下减排成本和效益之间的平衡点，推翻了对气候变化采取行动将导致损失的传统智慧[10]。这一发现表明，科学管理碳减排工程不仅可以确保实现《巴黎协定》的目标，而且可以实现生态改善和经济发展的双赢局面。然而，碳减排工程这一新兴领域在发展过程中却出现了严重的矛盾，引发了许多管理问题，如协同管理、社会互动、风险管理和代际公平等。针对这些问题，有必要在总结现有工程管理理论和相关学科理论的基础上，结合碳减排工程的特点和实践需求，为碳减排工程的实践提供系统的科学建议和理论支持简而言之，碳减排工程的巨大复杂性和风险要求建立新的学科和理论来指导工程发展。开拓新的前进道路的首要任务是为CEM制定具有开创性和普遍意义的理论框架。2.1. CEM的特点作为一个不断发展的领域，CEM可以被看作是大型工程建设管理的一个子集.在这个意义上，理论https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.0082095-8099/©2021 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engY.-- M. 韦，J. - N. Kang和W. 陈工程17（2022）1718CEM与大型工程管理的理论体系有四个基本相似之处[5，11]：(1) 该系统在大规模上运行。碳减排工程一旦发展起来，将演变成一个新的、更复杂的人造系统，与外部环境不断相互作用。该系统将包括资源和要素的自然相互联系，如管理，工程和技术，以及跨学科的知识，如自然科学和管理科学，在比以往任何时候都更广泛的(2) 这些因素是密不可分的。由于碳减排工程涉及复杂的自然和社会环境，其影响因素是多方面的。出于这个原因，气象因素，经济因素，社会需求，政治问题和工程管理方面是不可避免地交织在CEM。(3) 这一努力充满了不确定性。CEM中存在三个主要的不确定性来源第一个困难在于确定气候变化预测的自然变率不确定性的第二个来源是由于人口、经济发展、技术进步和政治倾向导致的社会和经济发展轨迹的不可预测性。最后一个不确定的点是，一些基本的物理反馈过程及其科学机制仍然知之甚少。这些不确定性要求在传统不确定性处理方法的基础上发展新的CEM理论和见解，以降低不确定性程度(4) CEM情景具有高度的不可预测性。这些情景描述了复合碳减排工程体系的发展愿景、演化规律和所有可能的路径鉴于上述不确定性，正确预测社会经济和物理系统的演化是一项挑战，而澄清和量化两个系统之间的反馈机制更是一项挑战。下面，我们通过综合其独特的现象和原理，概述了CEM的五个方面的独特特征[5，12]。(1) 涉及多个实体气候变化是一个决定性的危机，需要全球解决方案。碳减排工程的管理和实践将构成一个从全球治理框架演变而来的科学澳电的实体将涵盖全球近200个国家和地区，每个国家和地区都处于不同的发展水平，对澳电提出了更大的挑战。(2) 对协同管理的要求很高。碳减排工程的实施需要钢铁、水泥、电力、化工、交通、建筑、农业、土地利用、海洋生态等不同行业之间的良好污染控制应侧重于所有类型的温室气体，其中二氧化碳是最重要的，但也要侧重于甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2 O）。为此，澳电需要在污染物的整个生命周期内进行跨部门整合和协同污染物排放管理(3) 广泛的技术范围。不同行业的生产流程、响应流程、工程选址和适用技术各不相同。在应对气候变化的过程中，CEM需要关注行业和部门之间的技术差异以及这些行业和部门实现集成和管理的时空(4)前所未有的风险。碳减排工程涉及领域多样、系统规模大、实施周期紧、不确定性大、公众认知有限。因此，设计、实施、操作和碳减排工程管理具有规模宏大、来源广泛、多样化、多时空性、多尺度性和高度复杂性等特点。更重要的是，一些碳减排工程（例如，核能发电）如果遭到破坏或中断，可能会导致灾难性和致命的安全风险。(5) 难以在全球范围内确定最佳解决方案。气候变化是一个长期的过程。基于上述特点，澳电应平衡不同层面（系统、工程、项目、技术等）的发展需求和碳减排目标，不同的时间域（百年尺度、代际冲突、年际变化、工程周期等），以及不同的空间标准（全球、地区、国家、城市/县等）以便在未来百年甚至更长时间内对碳减排工程措施进行全局优化和系统部署。2.2. CEM中的关键问题CEM是一个新的交叉学科领域，系统地研究碳减排工程，并利用规划，组织，控制和其他管理方法实现全球最优控制的碳排放轨迹。在这里，我们首先简要介绍CEM的五个主要管理问题(1) 需要减少多少排放量？到目前为止，科学家们仍然对碳减排工程的全球减排能力和实现全球气候目标所需的减排量存在分歧 由于在实现全球温度控制的同时允许的排放水平尚不清楚，“技术”的传播机制是什么？经济？二氧化碳排放量？ 二氧化碳浓度？温度升高？“与气候有关的损失”尚未得到澄清，因此难以客观地量化全球气候治理所需的减排数量。(2) 谁来为减排负责？解决这一问题的基础在于确定哪些工程选项可用，以及各国如何分担减排责任。由于气候变化的跨区域、跨部门特点，各减排实体的工程能力和资源禀赋差异很大，这使得各组织之间减排责任的分配成为一个相当大的挑战。因此，必须进一步明确合格的候选人以及责任分担机制。(3) 实施碳减排工程的适当时间表是什么？由于气候变化的长周期性，很难理解碳减排工程部署的关键时机。事实证明，很难在当代利益和后代福祉之间取得平衡。因此，制定全球最佳CEM实施策略对于碳减排工程的长期可行性至关重要，因为它将有助于实现代际公平并制定合理的时间表。(4) 如何最有效地实施碳减排工程？可用于满足气候治理需求的技术途径和工程规划的现有知识有限。碳减排工程的特点在于它包含多个部门、不同的技术选择和不可预测的高成本，这使得未来的碳减排工程技术路线图难以预测。从这个意义上讲，应重视系统复杂性的退化，为碳减排工程提供有针对性的组织布局。Y.-- M. 韦，J. - N. Kang和W. 陈工程17（2022）1719(5) 如何科学地评估碳减排工程的效果和风险？对碳减排工程相关风险的透彻理解可以显著改善暴露管理技术。除了规划、组织、调度和技术管理之外，还必须权衡各种碳减排工程替代方案的成本、收益和风险。从这个角度来看，风险管理应作为CEM的一个关键部分这些管理问题，简单地说，暗示需要更加标准化的计划管理，组织管理，进度管理，技术管理和风险管理在CEM。3. The基于科学发展的系统观，我们提出了CEM的这一理论致力于时间域、空间标准和系统要素的协同，具有三个鲜明的管理特征。在时间协同方面，提出了以时间为轴的管理协调机制，推动碳减排进度的优化。优先安排碳减排工程部署和关键时间节点的基石是代际平等。碳减排工程应采用渐进式演进和迭代式改进的动态模式，以寻求全球最优的解决方案，追求科学的方法论。因此，可以根据不同的气候目标以及碳中和目标确定减排的最佳时间和努力，确保短期和长期的协调以及代际公平。在空间协同方面，逐步形成实体联动、层级整合的管理运行机制这一机制突出了组织管理在实现跨区域和谐共赢中的意义。通过明确CEM的管理目标和责任分担，实现跨国管理、工程和技术的层次集成。在系统协同方面，我们推荐五个维度的管控体系，再加上具有可控完整性的闭环特征。该体系能够有效协调经济转型、技术创新、能源革命、排放控制和气候治理等五个维度的发展目标通过制定减排目标、制定工程方案、评估风险影响、升级工艺设计、组织多方主体等措施，实现资源要素的最佳配置和有效整合从而实现经济发展与减排的协同控制以及多系统的综合优化。如上所述，这种协同理论将有助于根据各种管理目标，同时考虑减排努力的顺序，各种微观实体的需求平衡和良好平衡的宏观系统，健康地发展工程技术简而言之，CEM围绕着行为、计划、组织、流程、技术和风险管理领域的管理创新，其目标是回答五个基本问题：必须减少多少，如何减少，谁应该贡献，何时必须减少，以及它会产生什么影响？一系列的碳减排工程和技术人类学研究正在将时空系统协同理论付诸实践。这里介绍了两项已发表的研究，以帮助解释如何应用这一理论。第一项研究旨在应用协同效应理论解决如何在时间和地理尺度上协调短期经济损失与长期灾害威胁的关键科学问题。为了实现全球气候治理，《巴黎协定》建立了一个动态机制，要求批准方定期更新其国家自主贡献（NDC）[13]。Fig. 1. CEM时空系统协同理论示意图。在这方面，时间协同作用是为了平衡短期和长期优先事项，以确定何时必须减少排放，并实现代际公平。为了回答谁应该做出贡献的问题，空间协同作用被应用于协调全球和地方的整体关系，以及确定最公平和最具成本效益的减排责任分担计划。系统协同能够协调五维发展目标，平衡五维发展目标与减排之间的关系，实现多系统减排的整体优化。这使我们能够回答其他三个关键的CEM问题：必须减少多少，如何减少，以及它会产生什么影响？Y.-- M. 韦，J. - N. Kang和W. 陈工程17（2022）1720×不幸的是，目前的科学证据表明，目前的NDC和2°C目标之间存在显着的排放差距[14，15]。更令人担忧的是，一些政府只对短期经济增长感然而，除非采取重大措施应对气候变化，否则世界可能面临更大的威胁。在这种困惑的情况下，有必要对后巴黎协定时代的全球气候治理目标的实现途径进行研究基于本研究提出的理论，Wei等人[10]开发了中国从100多项战略中，最终突出了9项战略，以减少超过当前NDC目标的这九项自我保护战略可以帮助每个国家实现比目前的国家自主贡献更高的净收入和最大效益，同时实现2°C的目标。此外，该研究还提供了全球134个主要国家的进一步减排计划，以便到2100年实现2 °C和1.5 °C的目标，包括在不同时间范围内的区域、国家和电网规模的改善举措。该研究结果在CEM协同理论的支持下，揭示了应对气候变化的全球盈亏平衡阈值（2065因此，这项研究为国际合作应对长期气候变化提供了科学依据另一项研究将目光投向了一种重要的碳减排工程：二氧化碳捕获、利用和储存（CCUS）。目前阻碍大规模CCUS发展的主要挑战是：①确定符合全球CCUS实施要求的碳源;②对CO2封存潜力进行一致和可比的评估;③大规模CCUS实施的整体源-汇匹配。为了填补以往研究中的这些空白，Wei等人[16]创建了一个1 km 1 km的全球碳排放网格数据库，该数据库集成了地理信息、行业排放和土地利用类型的数据，并确定了4220个符合条件的碳簇。在此基础上，采用统一的框架计算了全球794个主要陆上盆地的CO2封存潜力。基于协同理论，建立了基于集群的源汇匹配优化模型（C3IAM/GCOP），科学地提出了CCUS全球部署策略，实现了2 °C目标。根据分析，CCUS的全球低成本部署需要85个国家或地区的参与。CCUS工程的大部分将分布在中国、美国、欧盟、俄罗斯、印度等国家和地区。这里描述的两项研究展示了如何CEM协同理论可以用来执行CEM跨时间，地理，技术，经济和社会层面的研究基于特定的管理目标，该理论可以提供关于谁，何时，何地，以及什么类型的气候工程可能被期望，以及如何可能被实施的见解。4. 展望与建议CEM作为一个新兴的领域，正在逐步走向成熟。这为我们充分利用管理工具，科学地引导碳减排工程，树立系统的碳减排价值观提供了一条思路。结合碳减排工程实践，我们必须继续思考适合未来的理论渊源CEM致力于协调机制、风险缓解、商业战略、技术选择和气候正义等。还有人强烈呼吁为碳减排工程建立一个三方综合评估系统，以便将其纳入全球治理结构。也许更关键的是，正如气候伦理发展概念所反映的那样，公众需要更加意识到碳减排工程实施和管理的潜在效益。此外，我们可以通过借鉴在关键点取得的经验，在所有领域促进CEM。通过促进全球碳减排工程示范项目，CEM的理论基础无疑将定期更新。此外，为了提高理论体系的普遍性，我们真诚鼓励气候脆弱国家积极参与CEM对话和决策进程。在此背景下，可以构建以工程能力为基础、以气候公平为导向、以风险防范为主线、以工程可持续性为归宿、以多主体协作为核心的工程环境管理理论体系。最后，我们鼓励更多的学者参与CEM研究。尽管本研究为CEM提供了一个系统的理论框架，但它主要是从管理的角度出发，不可能解决CEM中出现的所有问题，特别是道德和地缘政治层面的潜在问题[17由于气候变化的全球性特征，例如，在一个国家使用碳减缓工程技术（CEM）将导致气候损害转移到邻近地区或在国际CEM中搭便车。这可能会进一步导致关于气候减缓责任的国际争端。为了解决CEM可能存在的各种风险，促进碳减排工程在全球范围内的广泛部署，需要多个学科的学者共同努力，通过更多的学术研究和管理实践，促进CEM学科的发展。致谢作者感谢国家自然科学基金项目（71521002）和国家重点研发计划项目（2016YFA0602603）的资助。在此，我们还要感谢北京理工大学能源与环境政策研究中心的同事们对我们的帮助。引用[1] 基思·DW。气候地球工程：历史与展望。《能源环境年鉴》2000年;25（1）：245-84。[2] 国家研究委员会。 气候干预：二氧化碳清除和可靠的封存。Washington，DC：National Academies Press;2015.[3] 伯恩斯厕所。气候地球工程：太阳辐射管理方案概述。Tulsa L Rev2010;46：283.[4] [10]杨文军，李文军.绘制气候工程的图景。Philos Trans A Math Phys Eng Sci2014;372（2031）：20140065.[5] 魏延明，余碧英，李宏，康建南，王建伟，陈文梅。气候工程管理：一门新兴的交叉学科。J Model Manag 2019;15（2）：685-702.[6] 康俊宁，魏玉梅，刘立龙，韩荣，余柏荣，王建伟。缓解气候变化的能源系统：系 统性审查。 应用能源2020;263：114602。[7] 魏玉明，韩荣，梁庆民，余柏英，姚永芳，薛敏明，等.共享社会经济路径下的国家自主贡献综合评估：C3IAM的实施. 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