碳中和12个重大科学技术问题
近期，英国皇家学会发布一系列简报，提出了加快实现温室气体净零排放、提高应对气候变化能力的12个科学技术问题[1]。该项工作组织协调了20多个国家的120多位不同学科专家参与，针对12个技术领域概述了到2050年实现净零排放的研发部署优先事项，为政府决策提供参考。详情如下：
# 1、下一代气候模型 #
建立地球气候模拟系统是过去半个世纪的伟大科学成就之一。最近的研究表明，新一代高分辨率模型可以显著提高气候缓解和适应相关信息的质量，涵盖从全球和区域气候影响到极端天气和严重的气候变化风险。应通过开展国际合作，建立一个基于百亿亿次计算和数据设施的国际下一代气候建模中心，实现分辨率和计算能力的跨越式发展，充分了解公里范围内的气候变化对全球的影响，以支持净零技术路线图和气候适应方面的投资。通过与该设施建立合作伙伴关系和开展协作，世界各地的国家气候建模和服务将达到新的水平。为确保最新预测结果的采纳和使用，该设施还可以包含专用的运营数据服务，采用数据分析和信息科学领域的最新数字技术，例如人工智能、机器学习和先进可视化等。可通过“孵化器”推动可持续
发展，激发下一代建模的新想法，通过“开放数据实验室”在基于数据云和应用程序编程接口的前沿数字解决方案方面推动公私合作，培训气候模型信息的开发人员和用户。
# 2、碳循环 #
当前，人类已经对地球碳循环有较多了解，例如陆地和海洋作为碳汇吸收了超过半数的人类活动碳排放，但无法保证如此大量的吸收会持续下去。因此，需进一步深入了解，碳汇是否能在历史水平上继续封存二氧化碳（CO2）。碳汇的未来将取决于大气中的CO2水平及其上升或下降的速度、气候变化的影响以及可能的直接人类干预。保护碳汇，尤其是森林，对于维持其功能至关重要。预计在高碳排放的未来，气候变化将产生最大和最不确定的影响。通过人为干预增强自然碳汇对于实现净零排放至关重要，包括可持续造林、重新造林、农业土壤管理和泥炭地恢复。提高对碳循环理解的研究应包括：通过现场和卫星数据对大气、陆地和海洋进行连续观测监测；更好地了解碳汇的潜在不稳定性，以及开发更全面表征碳循环复杂性的模型。
# 3、数字技术 #
基于大量数据，计算科学有可能创建“数字孪生”，模拟和优化多个经济部门，到2030年显著减少碳排放。数字技术可以通过在全球经济中实现减排并限制计算本身造成的排放，在低碳转型中发挥重要作用。特别是，有机会将政府、学术界、工业界等联合起来，创建一个“数字孪生地球”或“地球运行控制回路”，并将真实世界运行数据反馈回模型中迭代更新，通过模拟、优化和改变经济活动，以最大限度地减少排放和提高效率。“净零计算”可以在全球、区域和国家净零战略中发挥重要作用。数字技术部门的用电量和碳足迹，包括隐含排放量，应与其收益成正比。在数据标准、质量和监管方面加强全球协调将能够实现可靠地收集、共享和使用相关数据，从而更好地量化温室气体排放，并支持减少排放的应用。同时，可以在城市、区域、国家乃至全球层面创建自然和经济系统的“数字孪生”，以最大限度地减少排放，提供决策信息并促进可持续发展，还可有助于政府探索“假设”情景和干预措施的影响。全球协作对于为净零系统的计算和数据基础设施建立可信赖的治理框架至关重要。科技行业应以身作则，科技公司应公开报告其能源使用情况以及直接和间接排放量，并优化可再生能源的使用。需改进全球研究和创新生态系统以支持相关技术进步，并利用由政府推动的免费或低成本“数字共享”平台。
# 4、未来电池储能解决方案 #
未来净零世界中，低碳交通和稳定的电力供应需要更强大、更持久、更快充电的电池。可持续的未来电池还需要使用储量丰富的材料和零碳制造工艺。电池是存储可再生电力的最有效方式，但目前技术进展尚不适用于大规模储能。锂离子电池是短期内最可行的电池储能技术，相关研究重点是提高能量密度、降低成本、延长寿命、提高充电安全性和速度，以及电池的回收和再利用。长远来看，研究人员正在探索使用其他材料和技术的下一代电池，以实现更广泛、经济的电气化。国际合作与协调应侧重于识别和试验新的资源丰富的材料，以降低成本、扩大电池使用并最大限度地减少电池生产对环境的影响。如果足够重视，未来将开发出成本更低、能量密度更高的全新电池。
