難啃的硬骨頭-應(yīng)對全球能源轉(zhuǎn)型中的物理挑戰(zhàn)

摘要

難啃的硬骨頭

應(yīng)對全球能源轉(zhuǎn)型中的物理挑戰(zhàn)

作者

MekalaKrishnanChrisBradley

HumayunTai

TiagoDevesaSvenSmit

DanielPacthod

編輯

JanetBush

數(shù)據(jù)可視化

JuanM.Velasco

麥肯錫全球研究院

麥肯錫全球能源和基礎(chǔ)材料咨詢業(yè)務(wù)麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)

合作研究

2024年11月

機密且專有。未經(jīng)麥肯錫許可，嚴禁擅用本材料。

版權(quán)所有?麥肯錫公司2024年保留所有權(quán)利。

封面圖片：黑色球中的綠色球?JorgGreuel/GettyImages

麥肯錫全球研究院

麥肯錫全球研究院（MGI）成立于1990年。其使命是幫助全球的企業(yè)和政策領(lǐng)導(dǎo)人做出最重要的經(jīng)濟和業(yè)務(wù)決策。MGI的研究成果得益于麥肯錫全面的地區(qū)、行業(yè)和職能知識、技能及專長，但報告的文字方向和決策由MGI全球資深董事合伙人及董事合伙人全權(quán)負責(zé)。

MGI的研究目前分為五大主題：

—生產(chǎn)力與社會繁榮:更高效地創(chuàng)造和利用全球資產(chǎn)

—全球資源：以可持續(xù)的方式建設(shè)世界、為其提供能源和養(yǎng)分

—人類潛能：最大限度地發(fā)揮和實現(xiàn)人才的潛力

—全球網(wǎng)絡(luò)：探索商品、服務(wù)、人員、資本和觀點的互通如何引領(lǐng)經(jīng)濟發(fā)展

—未來的技術(shù)和市場：討論下一個重要的價值和競爭領(lǐng)域

MGI的目標是開展獨立、基于事實的研究。我們的研究未受任何企業(yè)、政府或其他機構(gòu)的委托或資助；MGI免費公開分享研究成果；研究資金全部來自麥肯錫的全球董事合伙人。雖然我們聘請了多位杰出的外部顧問為研究工作獻計獻策，但出版物中展示的分析成果僅代表MGI的觀點，任何錯誤由MGI負責(zé)。

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MGI全球資深董事合伙人

SvenSmit(主席梁敦臨)ChrisBradley

KweilinEllingrud

SylvainJohanssonNickLeung(梁敦臨)OliviaWhite

MGI全球董事合伙人

MichaelChui

MekalaKrishnanAnuMadgavkar

JanMischke

JeongminSeongTilmanTacke

與麥肯錫全球能源和基礎(chǔ)材料咨詢業(yè)務(wù)、麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)合作

麥肯錫全球能源和基礎(chǔ)材料咨詢業(yè)務(wù)提供對能源、材料和自然資源供應(yīng)鏈的深厚洞見，為設(shè)立專項標桿及數(shù)據(jù)解決方案等提供咨詢服務(wù)，旨在幫助利益相關(guān)方持續(xù)創(chuàng)造巨大價值。通過高級分析和全球團隊的實力引導(dǎo)，我們對支持當(dāng)前關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)系統(tǒng)的各個部門提供獨特的行業(yè)視角。作為戰(zhàn)略和職能轉(zhuǎn)型領(lǐng)域的綜合性頭部咨詢公司，我們與數(shù)百家主要行業(yè)企業(yè)合作，幫助客戶加速去碳化進程，實現(xiàn)能源、材料和食品轉(zhuǎn)型，對此我們深感自豪。

麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)是麥肯錫公司的客戶服務(wù)平臺，其目標是幫助所有行業(yè)到2050年實現(xiàn)凈零排放，并按照《巴黎協(xié)定》達成全球目標?？沙掷m(xù)發(fā)展是麥肯錫的首要任務(wù)，二十年來，我們一直幫助客戶實現(xiàn)去碳化、打造氣候適應(yīng)能力和應(yīng)對可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)。我們的目標是成為私營部門最大的去碳化催化劑，并與全球各個經(jīng)濟領(lǐng)域的企業(yè)（包括高排放企業(yè)）合作，幫助他們創(chuàng)新、減排、并向可持續(xù)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型。為此，我們充分利用麥肯錫的思想領(lǐng)導(dǎo)力、創(chuàng)新工具和解決方案、領(lǐng)先的專業(yè)知識以及充滿活力的合作生態(tài)系統(tǒng)，引領(lǐng)創(chuàng)新和經(jīng)濟增長，保護地球并促進可持續(xù)發(fā)展。僅在2023年，麥肯錫有超過4,500名同事與750家客戶合作，在近67個國家開展了1,700項可持續(xù)發(fā)展項目。麥肯錫已設(shè)定科學(xué)基礎(chǔ)目標，并經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)目標倡議（SBTi）驗證，符合1.5攝氏度路徑。我們致力于通過實現(xiàn)自身運營的去碳化和永久消除所有剩余排放，實現(xiàn)凈零排放。

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夕陽下的熔鹽塔式太陽能熱電站?koiguo/GettyImages

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概述

—全球能源轉(zhuǎn)型的進程尚處于早期階段，大多數(shù)地區(qū)的低排放技術(shù)部署率僅僅達到2050年預(yù)設(shè)目標的10%左右。經(jīng)過數(shù)個世紀的優(yōu)化，目前的能源系統(tǒng)具備很多優(yōu)勢，但能源的生產(chǎn)和消耗卻占全球二氧化碳(CO2)排放量的85%以上。即便擴大全球能源供應(yīng)，創(chuàng)建一個低排放的能源系統(tǒng)，抑或是僅僅提高當(dāng)前能源系統(tǒng)的覆蓋率，均需要部署數(shù)以千百萬計的新資產(chǎn)。當(dāng)然，在部分領(lǐng)域，能源轉(zhuǎn)型也已經(jīng)取得了一些進展，但目前主要集中在低難度的用例。

—為順利推進能源轉(zhuǎn)型的進程，25個相互關(guān)聯(lián)的艱巨挑戰(zhàn)亟待解決。其中包括了開發(fā)和部署新的低排放技術(shù)，以及建立與之配套的全新供應(yīng)鏈和基礎(chǔ)設(shè)施。

—約有一半左右的與能源相關(guān)的二氧化碳減排目標與有賴于解決最艱巨的挑戰(zhàn)。例如，管理包含多種可再生能源的電力系統(tǒng)，應(yīng)對電動卡車在續(xù)航里程和有效載荷方面的挑戰(zhàn)，尋找生產(chǎn)工業(yè)材料的替代熱源和原料，以及在上述用例和其他用例部署氫氣和碳捕獲技術(shù)。

—最艱巨的挑戰(zhàn)有三個共同特點。首先，部分用例缺乏成熟的低排放技術(shù)，無法提供與高排放技術(shù)相同的性能。其次，最艱巨的一些挑戰(zhàn)往往伴隨其他一系列的的困難與問題，因此需要采取系統(tǒng)性的方法。最后，鑒于存在各種制約因素和缺乏過往經(jīng)驗，新技術(shù)或系統(tǒng)很難馬上進行大規(guī)模部署。

—了解上述挑戰(zhàn)或?qū)椭髽I(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和決策者們實現(xiàn)能源的成功過渡與轉(zhuǎn)型。他們可以確定當(dāng)前在哪些方面可以主動出擊、把握機會，在哪些方面會遇到可能的問題與瓶頸，以及如何融合創(chuàng)新和系統(tǒng)重組，以最佳方式應(yīng)對嚴峻挑戰(zhàn)。

本文僅包含摘要。閱讀完整報告請訪問

mck.co/physicaltransition

工程師在檢查核電站的渦輪機。?MontyRakusen/GettyImages

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簡介

全球能源系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，是現(xiàn)代社會運行的基礎(chǔ)。平均每人每年消耗的能源相當(dāng)于800公斤原油。1從體力勞動角度估算，這大約等同于60人晝夜不停工作。在最富裕的經(jīng)濟體中，這個數(shù)字或能達到兩倍或三倍。充足、廉價而可靠的能源支撐著數(shù)十億人的發(fā)展和繁榮。

盡管能源系統(tǒng)有諸多益處，但卻是85%以上二氧化碳(CO2)的排放源2。目前的系統(tǒng)仍然以化石燃料為主，化石燃料占所有初級能源消耗的80%以上3。因此，自2015年簽署《巴黎協(xié)定》起，世界開始以減少排放為目標，進行能源轉(zhuǎn)型，具體目標是“把全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上低于2°C之內(nèi)，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5°C之內(nèi)”。4

當(dāng)前，能源轉(zhuǎn)型尚處于初期階段。迄今為止，大多數(shù)地區(qū)的低排放技術(shù)部署僅達到2050年設(shè)定目標所要求的10%左右，且集中于相對容易實現(xiàn)的用例。隨著全球各地區(qū)面臨更多棘手的用例，能源轉(zhuǎn)型勢必會出現(xiàn)更嚴峻的挑戰(zhàn)。

更為復(fù)雜的是，在建設(shè)低排放新能源系統(tǒng)的同時，該系統(tǒng)仍需不斷擴大，讓數(shù)十億尚未有機會獲得能源的人能夠有機會使用能源，即從經(jīng)濟上賦予他們發(fā)展的能力。能源轉(zhuǎn)型還需要考慮能源的經(jīng)濟承受力和能源安全性的擔(dān)憂，同時還需承擔(dān)能源系統(tǒng)對工業(yè)競爭力所發(fā)揮的保障作用。

此外，目前的凈零目標要求快速實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。雖然當(dāng)今的能源系統(tǒng)經(jīng)過了幾個世紀的建設(shè)和優(yōu)化。然而，目標設(shè)定者普遍認為能源轉(zhuǎn)型只需要幾十年的時間，即到2050年即可實現(xiàn)二氧化碳凈零排放。5

然而，目前看來，要實現(xiàn)這一目標似乎是一個巨大的挑戰(zhàn)。在數(shù)字時代，我們已經(jīng)習(xí)慣了快如閃電的轉(zhuǎn)型。TikTok用了9個月、ChatGPT僅用了2個月就獲得了1億用戶。6但能源系統(tǒng)是一個物理實體，歷史上的能源轉(zhuǎn)型都花費了幾十年甚至上百年的時間。例如，過渡到當(dāng)前能源系統(tǒng)的過程就十分漫長。19世紀，生物質(zhì)能占能源使用量的98%；隨著時間的推移，煤炭、石油和天然氣逐漸取代了生物質(zhì)能。7到2000年代中期，生物質(zhì)能在初級能源的占比降至10%以下。8工業(yè)革命之后，各行業(yè)開始向新的能源形式過渡——交通領(lǐng)域：從馬匹到汽車，建筑領(lǐng)域：從生物質(zhì)能到燃氣鍋爐——平均需要大約50年的時間。9

鑒于當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型有多重目標且期望頗高，因此了解轉(zhuǎn)型需付出的代價十分重要。

麥肯錫和許多其他組織對能源轉(zhuǎn)型進行了廣泛的研究。10麥肯錫強調(diào)了在實現(xiàn)凈零排放的道路上還需實現(xiàn)經(jīng)濟承受性、可靠性和競爭力等其他目標。11同時指出有序轉(zhuǎn)型需具備的其他相互依存的關(guān)鍵要素，包括技術(shù)和新供應(yīng)鏈等物理要素；經(jīng)濟和社會調(diào)整，包括龐大的資本支出；有效的治理和機構(gòu)建設(shè)，以及強有力的承諾。12

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本研究在大量文獻的基礎(chǔ)上，對轉(zhuǎn)型的“硬骨頭”——上述物理要素進行了更深入的分析，并在了解各行業(yè)相互依存關(guān)系的同時，進行了系統(tǒng)的研究。具體來說，它探討了以低排放資產(chǎn)或工藝替代高性能化石燃料資產(chǎn)或工藝，以及建立配套供應(yīng)鏈和基礎(chǔ)設(shè)施的阻礙或復(fù)雜性。打個比方，只有研究能源系統(tǒng)引擎中螺母和螺栓的實際構(gòu)造，以及它們之間如何銜接，才能構(gòu)想出滿足社會需求的高性能、低排放的新型能源系統(tǒng)。

愛因斯坦曾說，如果給他一小時來解決一個問題，他會用55分鐘來確定問題，用5分鐘來思考解決方案。13本次研究正是本著這一精神，在去碳化途徑的大量研究基礎(chǔ)上，對能源轉(zhuǎn)型所面臨的物理挑戰(zhàn)進行評估。我們確定了能源系統(tǒng)在七個領(lǐng)域中的25項重大的物理挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)被劃分為三個等級，既肯定了迄今為止的進展程度，也呈現(xiàn)了解決挑戰(zhàn)的難度。本文探討了對利益相關(guān)方的啟示，包括創(chuàng)新和廣泛系統(tǒng)重組帶來的影響。前四章概述了研究成果，第五至第十一章是與麥肯錫專家共同撰寫，更為詳細地討論了七個領(lǐng)域中的每個領(lǐng)域及其內(nèi)部的挑戰(zhàn)。

本次研究的目標是從實際角度看待能源轉(zhuǎn)型，將有助于設(shè)計更為成功的轉(zhuǎn)型，并為實現(xiàn)零凈排放指引一條經(jīng)濟可承受、可靠且競爭力強的道路。

我們確定了能源系統(tǒng)在七個領(lǐng)域內(nèi)的25項重大的物理挑戰(zhàn)。

電塔林立的迷霧山谷

?kelvinjay/GettyImages

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摘要

當(dāng)今的能源系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，包含能源的生產(chǎn)和消耗。該系統(tǒng)經(jīng)過幾個世紀的優(yōu)化，已深深扎根于全球經(jīng)濟，它性能優(yōu)越，服務(wù)于幾十億人口（即便還不是全人類）。14由于目前的燃料能量密集，易于運輸，因此在需要的時間和地點可以相對容易地調(diào)度，還可快速增加或減少供應(yīng)。

盡管當(dāng)今的能源系統(tǒng)有很多優(yōu)點，但也存在嚴重缺陷。目前，約有三分之二的能源被浪費。15能源系統(tǒng)產(chǎn)生的二氧化碳排放量占全球85%以上。16目前，各公司和國家都在努力實現(xiàn)能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，并降低排放。雖然，轉(zhuǎn)型已取得一系列的實質(zhì)進展，但仍處于早期階段。

太陽能、風(fēng)能和電動汽車（EV）等低排放技術(shù)具有優(yōu)勢特性，可組合在一起發(fā)揮卓越的性能。但若想妥善部署上述技術(shù)并進一步推進能源轉(zhuǎn)型，須了解轉(zhuǎn)型的物理現(xiàn)實和相關(guān)物理挑戰(zhàn)，即“硬骨頭”。

能源轉(zhuǎn)型實際是重要的物理變化，但這一真相可能在抽象的凈零情景中變得混淆。至關(guān)重要的是，新的能源系統(tǒng)要保持甚至提高當(dāng)前系統(tǒng)的性能，并確保以經(jīng)濟可承受、可靠且具有競爭力的方式實現(xiàn)凈零排放。17

能源系統(tǒng)在七個領(lǐng)域需加以轉(zhuǎn)型，且轉(zhuǎn)型尚且處于早期階段

能源轉(zhuǎn)型涉及七個相互關(guān)聯(lián)領(lǐng)域的物理變化。首先是電力領(lǐng)域，一方面電力領(lǐng)域需要減少自身排放，另一方面還需要擴大規(guī)模為三大耗能領(lǐng)域，即交通、工業(yè)和建筑業(yè)提供低排放能源。剩余的三個領(lǐng)域是能源轉(zhuǎn)型的賦能因素，即原材料，特別是關(guān)鍵礦物、新燃料（如氫能和其他能源載體）以及減碳節(jié)能。

本次研究主要基于麥肯錫2023年所進行的情景分析，研究結(jié)果并不是預(yù)測，而是為了能了解我們需要應(yīng)對哪些物理挑戰(zhàn)。18在這一情景下，到2050年，全球需部署數(shù)十億低排放資產(chǎn)——例如，約10億輛電動汽車、超過15億臺熱泵和約35兆瓦的低排放發(fā)電容量。同時還要擴建配套的基礎(chǔ)設(shè)施，如電網(wǎng)、電動汽車充電樁和供應(yīng)鏈。

近年來，許多領(lǐng)域都呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)型的勢頭，但并非所有領(lǐng)域。例如，電動汽車電池銷量的約90%和太陽能和風(fēng)能新增發(fā)電容量的約60%都是在過去五年中發(fā)生的。19但總體而言，轉(zhuǎn)型仍處于初期階段。目前

在大多數(shù)地區(qū)，低排放技術(shù)的部署只達到2050年要求水平的10%左右，而且主要是在相對簡單的用例。太陽能等一些領(lǐng)域發(fā)展迅速，其他領(lǐng)域則不然。在低排放氫能和碳捕獲等方面，按2050年要求部署的比例迄今還不到1%。

能源減排的半數(shù)目標或?qū)⒂匈囉诮鉀Q最難的25個物理挑戰(zhàn)

為了進一步推進轉(zhuǎn)型，需解決七個領(lǐng)域中的25個物理挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)被視為從高排放有形資產(chǎn)和流程轉(zhuǎn)向低排放資產(chǎn)和流程的阻礙（見圖E1）。

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@E1

成功的能源轉(zhuǎn)型需應(yīng)對25項物理挑戰(zhàn)

電力部門

1

電力

管理可再

2

6

生能源的變異性

發(fā)展核能

和其他清

潔能源

擴展新興電力系統(tǒng)

擴大電網(wǎng)覆蓋

調(diào)節(jié)電力需求

5

3

保障可再生

能源用地

4

終端使用部門

領(lǐng)域

挑戰(zhàn)

第1級挑戰(zhàn)要求在成熟技術(shù)的部署上取得進展，面臨的實際阻礙最少。

第2級挑戰(zhàn)要求加速部署已知技術(shù)，并擴大相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和投入。

第3級挑戰(zhàn)出現(xiàn)在技術(shù)性能存在差距(往往是用例要求高)、相互依賴程度較高、且轉(zhuǎn)型剛剛開始的情況下。

難度更大

交通出行

7

8

推動純電汽車突破盈虧平衡

延長純電

汽車的續(xù)

航里程

航空和航

運的燃料加注

優(yōu)化電動

卡車的裝

載能力

9

11

電動汽車

充電

10

賦能因素

工業(yè)

12

煅燒

13

低排放

鋼材

夯實

建筑業(yè)的

變革

16

為其他行業(yè)供暖

破解塑料難題

低排放

合成氨

14

15

建筑業(yè)

17

用熱泵供暖御寒

18

迎接冬季高峰

原材料

19

發(fā)掘重要礦物

氫能和其他

能源載體

20

21

利用氫能

擴大氫能

基礎(chǔ)設(shè)施

的規(guī)模

管理生物

燃料的生產(chǎn)布局

22

減碳節(jié)能

23

24

增大能效

點碳捕獲

C2

大氣碳捕獲

25

注：本分析報告重點關(guān)注的25項挑戰(zhàn)是根據(jù)相關(guān)技術(shù)在減排方面的潛力確定優(yōu)先次序。更多詳情，請參閱“范圍和方法”側(cè)欄。

資料來源：麥肯錫全球研究院分析

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有些挑戰(zhàn)更難應(yīng)對，根據(jù)技術(shù)性能、不同挑戰(zhàn)之間的相互依存性和擴展需求，這些挑戰(zhàn)被分為三個難度等級：

—第1級挑戰(zhàn)有三項，要求在成熟技術(shù)的部署上取得進展，面臨的實際阻礙最少。

—第2級挑戰(zhàn)有十項，要求加速部署已知技術(shù)，并擴大相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和投入。

—第3級挑戰(zhàn)有十二項，主要集中在技術(shù)存在差距（往往是用例要求高）、相互依賴程度較高、且轉(zhuǎn)型剛剛開始的情況下。

消除能源系統(tǒng)40%至60%的二氧化碳排放需解決第3級的挑戰(zhàn)。

七個領(lǐng)域均需應(yīng)對各自的物理挑戰(zhàn)：概要

—電力?？傮w而言，到2050年低排放發(fā)電容量須增加十倍左右。電力領(lǐng)域存在兩個第3級挑戰(zhàn)：隨著太陽能和風(fēng)力發(fā)電占比的增加，需要加強對電力系統(tǒng)波動的管理，尤其在快速發(fā)展的新興電力系統(tǒng)更要加強這方面的管理。上述波動的管理包括靈活安排發(fā)電容量，比如備用發(fā)電、儲電以及不同地區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)，這些要素的增長或?qū)⑿枰入娏π枨蟮脑鲩L快兩到七倍才能滿足要求，但這些要素的部署均會面臨阻礙與挑戰(zhàn)。20另外電力領(lǐng)域還存在四個第2級的挑戰(zhàn)，包括確保可再生能源有足夠的用地、投資當(dāng)前的輸配電基礎(chǔ)設(shè)施、甚至擴大電網(wǎng)、加速核電和其他清潔穩(wěn)定電力的部署，以及增加電力需求的靈活性。

—交通出行。到2050年，全球上路的電動汽車將從目前大約3000萬輛增至大約10億輛。交通出行領(lǐng)域有兩個第1級的挑戰(zhàn)：確保乘用型純電動車（BEV）相對于內(nèi)燃機汽車（ICE）的終生減排量具有優(yōu)勢，以及確保電動車有足夠的續(xù)航能力滿足所有需求。21對于后者，純電動車已經(jīng)滿足了大約70%的家庭用車情景需求。擴大電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈的規(guī)模還有很長的路要走，因此這屬于第2級挑戰(zhàn)。卡車運輸、航空和航運更難實現(xiàn)脫碳，因為它們需要長途運輸，載重量大，屬于第3級挑戰(zhàn)。

—工業(yè)?，F(xiàn)代文明的“四大”工業(yè)材料支柱領(lǐng)域——鋼鐵、水泥、塑料和合成氨的去碳化路徑包含了四個第3級挑戰(zhàn)，可以說，工業(yè)領(lǐng)域的能源轉(zhuǎn)型才剛剛開始。目前上述工業(yè)領(lǐng)域均嚴重依賴化石燃料作為進料和/或燃料進行高溫加熱。22去碳化進程可考慮組合使用包括提高能源效率，采用不同的原料、包括氫和再生原料，使用替代材料，電氣化，替代燃料如生物質(zhì)能，以及采取進行碳捕獲技術(shù)。其他行業(yè)如一般制造業(yè)，普遍無需高溫加熱，因此無需使用化石燃料作為原料，但仍需擴大低排放供熱工藝的規(guī)模，屬于第2級挑戰(zhàn)。

—建筑業(yè)。供暖占建筑業(yè)排放的最大份額。熱泵已是成熟技術(shù)且性能良好，但仍面臨兩個物理挑

戰(zhàn)。23確保熱泵在低溫條件下的效率是第1級挑戰(zhàn)，事實上在95%以上的人居住的地方現(xiàn)存熱泵技術(shù)都可滿足要求。如果熱泵的使用范圍擴大，某些地區(qū)的峰值電力需求可能會增加一倍或兩倍，這對管理的要求更高，因此是第2級挑戰(zhàn)。24

—原材料。預(yù)計鋰、鈷和稀土等關(guān)鍵礦產(chǎn)的需求將激增，但目前的供應(yīng)量僅為2050年需求量的10%至35%左右。這是第2級的挑戰(zhàn)，需加速供應(yīng)，同時管理對上述礦產(chǎn)的需求。

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—氫能和其他能源載體。需使用新的能源載體作為工業(yè)流程的替代燃料和原料。氫能是其中一個選項，但面臨兩個第3級的挑戰(zhàn)。首先，氫分子在能夠被使用之前需要經(jīng)過多重步驟，從而造成能量損失；需盡量減少能量損失，并權(quán)衡其優(yōu)勢特性。其次，氫生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施需要大幅擴建。但目前幾乎沒有大規(guī)模的低排放氫能項目是可操作的。25管理生物燃料日益增長的用地要求是第2級的挑

戰(zhàn)。

—減碳節(jié)能。除了用低排放技術(shù)取代高排放技術(shù)以外，還需減少當(dāng)前技術(shù)的能耗和排放。利用成熟技術(shù)提高能效，例如改善建筑隔熱性能，是第2級挑戰(zhàn)。從水泥等新“點源”中進行碳捕獲的難度和成本可能是目前要求較低用例的三倍。而通過“直接空氣捕捉”從大氣中脫碳的成本可能更高。兩者都屬于第3級挑戰(zhàn)。

了解能源轉(zhuǎn)型將遇到的物理挑戰(zhàn)有助于CEO和政策制定者們順利度過轉(zhuǎn)型

了解轉(zhuǎn)型中所將遇到的物理挑戰(zhàn)對于轉(zhuǎn)型是否能夠取得成功至關(guān)重要。全球?qū)⑿枰掷m(xù)開展技術(shù)創(chuàng)

新，如提高電池的能量密度。同時，也需進行更廣泛的系統(tǒng)層面的轉(zhuǎn)型，即改變各種技術(shù)相互配合的方式，例如通過擴大靈活調(diào)節(jié)電力需求來降低電力系統(tǒng)的波動性。此外，能源和材料的消耗方式也可以調(diào)整，例如，可使用替代材料取代難以脫碳的工業(yè)材料。

在能源轉(zhuǎn)型的過程中，CEO和政策制定者們或?qū)l(fā)揮關(guān)鍵作用。對于第1級挑戰(zhàn)，他們可以考慮如何快速部署那些有望迅速成熟的技術(shù)。對于第2級挑戰(zhàn)，他們可以考慮如何解決瓶頸問題，抓住新一波的機遇。對于最難解決的第3級挑戰(zhàn)，他們既要考慮如何在短期內(nèi)取得進展，同時還需兼顧如何促進與之相配套的系統(tǒng)層面的變革。在此過程中，利益相關(guān)方需要考慮如何平穩(wěn)地淘汰舊的系統(tǒng)、上馬新的系統(tǒng)，以及哪些投資可以減少當(dāng)前排放，從而為應(yīng)對未來的物理挑戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。

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尾注

簡介

1《世界到底是怎樣工作的：我們目前取得的成就以及未來前進方向的科學(xué)依據(jù)》VaclavSmil，2022年5月。

2麥肯錫排放管理和影響追蹤(EMIT)數(shù)據(jù)庫，2023。

3截至2022年的初級能耗數(shù)據(jù)，能源研究所，2024年5月參考。

4《巴黎協(xié)定》，聯(lián)合國，2015年。

5政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發(fā)現(xiàn)，要將全球升溫控制在1.5攝氏度以內(nèi)，同時不出現(xiàn)超調(diào)或有限的超調(diào)(概率大于50%)，到2030年溫室氣體排放量必須減少43%，到2050年，二氧化碳排放量必須比2019年的模擬排放量減少約100%(其中每個值都是不同情景下估計值的中位數(shù))。見《2022年氣候變化：減緩氣候變化》，IPCC，2022年。

6“ChatGPT見證大規(guī)模增長，聊天機器人在兩個月內(nèi)獲得了一億用戶?！薄督?jīng)濟時報》，2023年3月。

7VaclavSmil《從“京都議定書”到2050年之間：零碳是極不可能的結(jié)果，2024》;以及DanielYergin,《能源轉(zhuǎn)型的崎嶇之路》金融與發(fā)展，國際貨幣基金組織，2022年12月。

8VaclavSmil,《能源轉(zhuǎn)型：全球和國家視角》，第二增訂版，普拉格出版社，2016年；《世界能源統(tǒng)計回顧》，能源研究所，2023年。

9RogerFouquet，《歷史上的能源轉(zhuǎn)型：速度、代價與系統(tǒng)轉(zhuǎn)型》，《能源研究與社會科學(xué)》，第22卷，2016年12月。Fouquet將轉(zhuǎn)型定義為能源和技術(shù)普及在某一行業(yè)的某一項服務(wù)能耗中占比從5%增至80%。

10例如，《ETP清潔能源技術(shù)指南》，2023年9月14日更新；《清潔技術(shù)制造現(xiàn)狀》，國際能源署(IEA)，2023年5月；《2024年全球關(guān)鍵礦物展望》，國際能源

署，2024年5月；《凈零路線圖：2023年實現(xiàn)1.5oC目標的全球途徑》，國際能源機構(gòu)，2023年9月更新；

《2023年世界能源轉(zhuǎn)型展望：通向1.5oC之路》，國際可再生能源機構(gòu)，2023年；《能源轉(zhuǎn)型的材料和資源需求》，能源轉(zhuǎn)型委員會，2023年7月；以及《更好、更快、更清潔：清潔能源技術(shù)供應(yīng)鏈保障》，能源轉(zhuǎn)型委員會，2023年6月。

11《以經(jīng)濟可承受、可靠且競爭力強的方式實現(xiàn)凈零目標》麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2023年11月。

12《凈零解決方案:有序轉(zhuǎn)型的九大要求》，麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2021年10月；凈零轉(zhuǎn)型：必要的代價和可能的效益，麥肯錫全球研究院，2022年1月。

13NellDerickDebevoise，《愛因斯坦忽略的第三個解決問題的關(guān)鍵步驟》，福布斯雜志，2021年1月26日。

摘要

14《無法獲得可靠電力服務(wù)的人數(shù)》，聯(lián)合國開發(fā)計劃署，2022年。

15ClemensForman等，《全球廢熱潛力評估》，《可再生與可持續(xù)能源評論》，第57卷，2016年5月；《能源流程圖：能源、水和碳之間的復(fù)雜關(guān)系圖》，流程圖，勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室和能源部，2024年7月閱讀；PaulMartin,《初級能源謬誤或者說，你沒有犯熱力學(xué)的第二宗罪！》2024年6月。

16麥肯錫排放管理和影響追蹤（EMIT）數(shù)據(jù)庫，2023年。全球能源燃燒和工業(yè)流程排放的二氧化碳總量約為370億噸，農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其他用地排放的二氧化碳總量約為50億噸。就甲烷而言，全球甲烷排放量

的35%以上來自能源系統(tǒng)、燃燒和工業(yè)流程，其余65%來自農(nóng)業(yè)（約40%）、廢物及其他行業(yè)（約25%）(2021年數(shù)據(jù)）。

17參見《以經(jīng)濟可承受、可靠且競爭力強的方式實現(xiàn)凈零目標》，麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2023年11月。同樣重要的是，要從整體上看待不同轉(zhuǎn)型途徑的社會經(jīng)濟影響，并利用這一觀點來幫助決策。參見《氣候過渡影響框架：實現(xiàn)公平和包容性過渡的基本要素》，麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2023年12月；以及《凈零解決方案：有序轉(zhuǎn)型的九大要求》,麥肯錫可持續(xù)發(fā)展咨詢業(yè)務(wù)，2021年10月。

18本文普遍采用2023年麥肯錫“實現(xiàn)承諾”情景分析來界定迄今取得的進展、以及必要的轉(zhuǎn)型規(guī)模。該情景分析包括不同經(jīng)濟體和