自工业革命后，全球的平均温度逐渐升高，全球变暖已经成为一种普遍现象。如何控制或延缓气候变化，是人类目前最需要考虑的问题。气候变化关系到人类的生存和发展，而气候危机已经是全球最大的威胁。
在全球变暖问题日益尖锐的今天，全球气候治理已经成为世界范围内提升全球影响力、彰显国际领导地位的一种新手段。目前，110个国家，包括中国，已经做出了重要的承诺，要在21世纪中期达到碳中和，以遏制全球气温升高。一场国际竞赛正在展开，以重新制定低碳经济的规则。世界上许多国家为了达到碳中和的目的，都已经步入了快速发展的轨道，但是对于新的绿色低碳工业的行业认定、低碳标准的制定、包括碳交易在内的各项绿色规则的制定、以及包括绿色金融在内的各种市场准入门槛的制定。
诺贝尔经济学获奖者威廉·诺德豪斯在其《绿色经济学》一书中提到，在低碳经济转型过程中，我们将会遇到一系列的挑战。
低碳经济挑战
让我们先谈谈节能减排的问题。很多国家的气候政策都有一个目的，就是把气温控制在2摄氏度以下。计算结果显示，要达到这个目的，就必须在2050年内达到零的碳排放量。实际上，最近几年，世界范围内的CO2排放没有减少而是增加了。今天，全球80%的能源来源于矿物燃料，而这些矿物燃料大多被用作长期的资金，如住房和电厂。可以想象，到2050年，零净排放量将会面临多大的挑战？
所以，这个问题的答案很简单，如果我们不能在接下来的30年里取代全球大部分的资本储备，那么这个目标就是不可能实现的。有些研究评价了以上指标所产生的经济效应。在一个能源模拟会议上，一个主要的研究是通过一组模型和各种技术假定来探讨达到2摄氏度的目标所需要的费用。在技术上，最乐观的和最悲观的假定，在2010年的损失折现率为40兆至500兆。6其它的研究也显示，若没有重大的全球政策改变和快速的技术改变，2摄氏度的指标就无法达到。
有前途的科技
如果要达到低碳经济所需要的庞大转变规模，那么那些低碳能源将会是非常有前途的呢？这是今天的科学家和工程师们所关注的一个重要领域，我们所能做的仅仅是粗浅的探讨。但是，这种转变的本质可以通过简单的分析来解释。我们可以从美国现有和将来的各种发电模式开始。表18.2是美国能源部的估算，它给我们最好的美国能源状况。8这个表格展示了在目前和将来的技术中，一万度电力的价格。这三个数据包括了三种不同的碳价格（或者碳税）。第一栏展示了美国和其他大部分国家在每吨CO20的情况下的发电费用，这就意味着没有任何气候政策。后两栏表明了低碳价格与高碳价格之间的关系。美国政府建议的碳排放标准（40美元/吨），而更高的则是符合减排的积极目标（200美元/吨）。
有三种情况要考虑：
首先是现存的发电站。对这些公司而言，资本已经成为了沉没成本，所以只有燃油等当期费用。
·第二个集合是目前可以使用的技术。
第三类是技术的发展。某些技术正处于发展过程（以下将描述为先进的联合周期），而其他技术则需要经过数年的发展和试验（例如先进的核电）。
·最后一行显示了当前的平均发电费用为$10,000 kw。
首先，在没有气候政策的情况下，考虑最经济实惠的现有技术（碳价格为0）。在当前的41美元的平均成本下，4个现有的发电技术在表18.2中是非常经济的。
在碳价格为40美元的情况下，前三种方法在新建的发电厂和现有技术中都是比较经济的，但是传统的煤因为管制费用而不太合算。主要技术为天然气（常规联合循环）和陆上风力发电。
电流。实际上，在最近的几年里，这些都是最快速的能源。
下一步，让我们看看最后一栏，这是一个能源价格为200美元的强大气候政策。现在，只有可再生的风力和太阳能才是最成熟的低碳技术。若考虑到碳的价格，煤、气的发电费用是当前的3-5倍。但是，可再生能源的发电技术存在着很大的问题，例如负载曲线，以及它的长期供给。另外，要知道，利用可再生能源来取代现有的电力结构将会是一件非常困难的事情，在2018年，其所提供的电能只占到了全部发电量的10%。
如果我们关注将来的技术，可能会考虑下面两个技术：一个是利用二氧化碳捕获的天然气联合回收，另一个是先进的核电。这种技术的产生费用比目前的电力价格高出一倍，但是在理论上，这些技术能够满足整个经济的需要。而且，他们离大规模应用还远着呢。没有一个大型的电厂采用带有碳捕获的天然气联合回收技术，也没有先进的核电技术。
表18.2是一个需要认真分析的问题，这只说明了从一个工业到零碳经济转变的关键问题。研究结果表明：首先，在未来实现零碳排放的前提下，我国的能源价格会比目前的低得多。其次，要达到零排放，就必须把大部分的电能储备都置换掉。第三，从长远看，最好的办法是发展新技术，但是它的昂贵必然会对国家的管理和经济体制造成巨大的压力。
但是，由于我们不能预测在很远的将来以及许多方面的快速发展，所以我们必须对以上的估算保持审慎的态度。所以我们要准备迎接新的机会。此外，我们还必须提倡基本科学，
要保证市场能够给发明人和投资者带来合理的刺激，从而推动新的低碳技术的开发和引进。在这一章的结尾部分，我们将会对政府在低碳创新上的政策进行探索。
促进低碳的革新
大部分有关能源与环境的决定都是基于价格，利润，收入和习惯，私营公司和消费者。能源政策制定的依据是市场供需关系，而政府只能通过调控、补贴和税收等手段来决定。
一提到能源和环保问题，我们就会想到新汽车、新电器、改造房屋和工厂。这一切都是基于目前的技术和设计。但是，从这个部分可以看出，从长期来看，向绿色经济转型也需要对新技术和当前尚未得到利用的技术做出重要决定。比如，迅速的碳减排需要对我们的发电技术进行巨大的改变，其中包括像上面提到的碳捕获这样的新技术。
技术变化是怎样发生的？答案往往是由个人的智慧与毅力、经济激励、企业结构以及市场需要等复杂的交互作用而形成。举个例子，太阳能就是最好的例子。这个故事开始于1839年，法国的埃德蒙·贝克勒尔，在对电解槽进行实验时，意外地发现了“光”效应。1905年，阿尔伯特·爱因斯坦因其对光电效应的物理学理论的阐释而荣获诺贝尔奖。
直到贝克勒尔的伟大发现超过一个世纪以后，光电装置才开始真正意义上的使用。贝尔电话实验室的科学家于1950年代中期开发了太阳能电池，许多国家的政府都认识到了太阳能在太空人造卫星和边远地区的潜在用途。从那时起，太阳能技术迅速发展，在太空卫星，房屋上安装了小型的太阳能电池，以及大规模的太阳能发电站。到2020年，太阳能的效率（每单位太阳能的光照）由最初的4%增加到现在的47%。自从第一代太阳电池出现后，它的成本已经大大降低了。图18.5是从1976年开始，光伏元件的价格变化趋势，每年下跌10%。请参阅表格18.2，如果碳价格合适，太阳能光电可以与目前最经济的能源相抗衡。
让我们再来看一下“绿色创新”的两个外部因素。由于创新的个人收益比社会收益低，因此对低碳技术的投资被压制；因为碳的市价比其实际的社会成本要低，因此，私营部门的收益就更少了。
我们关于低碳技术的讨论显示，零碳的世界将会要求新的技术，如碳捕获。究竟什么是碳捕获？以下是一份由麻省理工大学的工程师和经济学者组成的严密的调查报告。这个想法很简单。碳捕集就是把矿物燃料燃烧时释放出的二氧化碳收集起来，再把它们运送到一个特定的地点，在那儿保存几百年，这样就不会再有二氧化碳进入大气层了。
就拿煤来说吧，因为它是目前储量最大的矿物燃料，也是一种重要的替代能源，它需要大量的碳捕获。工程师们相信，与美国现有的天然气价格相比，采用带有碳捕获技术的天然气要便宜得多。
我们可以假定煤炭是纯粹的碳，因此可以用化学反应来表达基本的过程：
碳+氧→能量+CO2
所以，矿物燃料的燃烧产生了理想的产量（可以用来产生电能）以及有害的二氧化碳。
关键在于，要在二氧化碳分子到达大气层前，将其捕捉。目前，CO2分离技术已经应用于石油、天然气等油田。但是，目前的技术仅限于小型的生产，还不能用于大型的煤炭发电站。一项有前途的技术是采用碳捕获的一体化综合气化循环（IGCC）。首先是煤灰，将其气化为氢和一氧化碳，再与一氧化碳发生反应，产生二氧化碳和氢，再用溶剂将二氧化碳分离，并将其压缩，运送至指定的地方。这个过程看上去非常繁琐，也确实是这样，但是他们并没有现在采用的煤炭发电技术那么复杂。
碳捕获最大的问题是储存和费用。碳捕存对发电费用的影响见表18.2中的最后一套技术。采用碳捕获技术后，先进的联合循环费用提高了63%（从$1,000,000,000升至$68）。二氧化碳的收集是碳捕集过程中最昂贵的一环，但是在运输和贮存方面却存在着更多的争论。其中一个问题就是存储媒体的大小，最适宜的存储位置是诸如已耗尽的石油和天然气田之类的地下多孔岩石。另外一个问题就是泄露的危险，它不但会减少工程的价值（由于二氧化碳会排放到大气中），而且还会危及到人们的健康和安全。
当前，大规模利用碳捕集仍然存在着诸多困难。要想作出重大贡献，每年要捕获几十亿吨的CO2，而现在，每年只有2.5万吨。这就意味着要把目前的规模扩大到10000倍。另外，由于缺乏有关地下贮藏能力的资料，因此，为了保证科学和大众的接受，必须有足够的经验，才能使人类继续为捕获的CO2释放所造成的巨大的、不可预见的损失感到担忧。
像很多其它大型的、资金密集的技术一样，碳捕获看起来也是一个怪圈。因为某些强化因子（reinforcing factors）的怪圈，公司不会对碳捕获进行大量的投资。这是一种金融危机，公众对其的认可程度较低，而且要想大量推广，不但要面对大量的管理障碍，而且缺少相关的经验。打破这个怪圈是一个重要的公共政策问题，就像其它大型新能源体系一样。
关键在于外部定价对创新的激励作用。假定现在的CO2排放可以达到100美元/吨。如果CO2的成本是0，那这家公司将会亏本。假如我们了解到，CO2的价格会一直是
零，没有一个以盈利为导向的公司会在减排上投入资金。
但是，假定一个公司相信，在未来的数年里，碳价格将会上涨至200美元，这一点在表格18.2的最后一栏中可以看到。根据这样的定价，公司估算，在碳捕获方面的投入将会带来利润。这家公司可以捕获每吨100美元的二氧化碳，但是它可以卖到政府一吨200美金。公司会谨慎地想出各种办法，但是他们会有资金上的原因来投资这个技术。在太阳能，风能，地热和核电方面，都有相同的道理。实际上，这一看法在各种不同的绿色创新中都能得到更大的应用。
文章的研究结果有两点。第一，今天所面对的很多环保问题都要求进行科学、工程和制度方面的深入技术改革。我们在探讨零碳发展潜力的发电技术时，也注意到了这个问题。
第二，实现环保指标的过程依赖于以盈利为导向的公司的创新行动，而这又需要对其进行恰当的刺激以促进其创新活动的盈利。这可以通过保证内部的主要外部因素，例如对污染进行定价。比如，碳价格一定要高，才能让低碳技术的投资有实际的、可靠的财政回报。如果不存在高碳价格，那么创新和商业就不会对低碳技术进行投资。所以，应采取相应的对策，才能更好地促进新的绿色技术在今后的发展。
我们可以从更广阔的角度来看待这些问题。美国也许有最好的气象学家，他们可以建立最先进的气候预报模式；也许还会有顶级的材料专家，他们能够有效地处理CO2的生产流程；同时，也有一些最聪明的财务天才，他们可以研发出新的金融衍生产品，为这一切融资筹措资金。
