用创新来应对气候变化

瓦伦·西瓦拉姆（Varun Sivaram） 特恩·诺瑞斯（Teryn Norris ）王圣佳/译

用创新来应对气候变化

瓦伦·西瓦拉姆（Varun Sivaram） 特恩·诺瑞斯（Teryn Norris ）
王圣佳/译

选自美国《外交》杂志2016年5/6月号

2015年12月，当联合国巴黎气候变化大会闭幕时，各国外交部长都做出了胜利的手势。实际上，与之前的任何一次气候大会相比，巴黎大会都有更多值得庆祝的事。在会议召开之前，超过180个国家已提交了控制温室气体排放的详细计划。并且在经过两周的紧急磋商后，有195个国家同意每5年提交新的更令人信服的方案。

但若缺少了清洁能源技术上的重大进步，巴黎协定可能会使得各国只能对未来的气候计划提出温和的改进措施。这是不够的。即使它们履行了目前的承诺，地球温度仍可能会提高2.7～3.6摄氏度——从而造成全球性的灾难。而且，尤其是在像印度这样的发展中国家，决策者必须在加速经济增长和淘汰污染矿物燃料之间做出选择，减少更多碳排放是种政治空想。只要这种此消彼长的状况存在，外交官们出席气候大会时就会束手束脚。

实际上，仅在巴黎峰会的非正式会议上才传出了技术前沿方面的好消息。比尔·盖茨（Bill Gates）宣布成立“能源突破联盟”（Breakthrough Energy Coalition），这是一个由20多位富有投资者组成的投资集团，他们计划集资投入早期阶段的清洁能源公司。而美国总统巴拉克·奥巴马（Barack Obama）也宣布启动“使命创新”（Mission Innovation）倡议，该倡议涉及中国、美国和印度三大碳排放国家在内的20多个国家，目标是到2020年清洁能源研发领域的公共支出翻番到每年200亿美元。华盛顿将会孤注一掷，因为美国政府要将现有的64亿美元的年度预算翻番才能满足目标金额的一半。

要想成功应对气候变化一定需要政府制定合理的政策，给清洁能源和污染能源在经济上提供公平的竞争环境，比如说给二氧化碳排放量定价。但也需要政策鼓励在新的清洁能源技术上进行投资，这是公平竞争环境自身无法提供的。美国必须发挥主导作用，因为它是唯一具有必要的创新能力的国家。过去，美国在清洁能源创新方面的投资曾经蓬勃发展，但之后又面临崩溃。为了避免这种情况再次发生，政府应极大地提升其对国内外私人和政府研究与开发的支持。诚然，这个任务让人困扰，但无所作为的风险同样令人不安。

不要停止未雨绸缪

低碳未来的关键在于电力。对电力部门进行改进的重要性不仅因为电力是造成二氧化碳排放的最大原因，而且若要从下游的创新中获益——比如电动汽车——需要上游供应清洁电力。矿物燃料发电设备占据了全球电力近70% 的份额。但国际能源署已警告过，到2050年这个数字必须下降到7%，这样世界才能有50%的机会将全球增温控制在2摄氏度以内。仅仅在能够获取碳排放物并将之存储到地下的情况下才能使用更多矿物燃料发电。而到本世纪中叶，像太阳能、风能、水力发电和核能这样的零碳排能源必须迅速发展到能够供应全世界大部分电力的程度。

然而，问题在于清洁能源目前只能在矿物燃料世界的边缘有所发展，可能无法满足清洁能源占主导的世界。举例来说，在美国，太阳能和风能的成本已经下降到接近天然气和煤发电的成本了，但这是因为灵活的矿物发电机解决了由太阳和风产生的高度变异电力问题。增加这些间断性能源的供应将会给电网络造成一时的过载，让这种可再生能源的价值被低估，并且还需要用极端摆动来减少矿物燃料发电机的输出。核能和水力发电更可靠，但它们都容易遇到环境方面的强硬反对。因此，在现有技术水平基础上建立一个零碳电网将很昂贵、复杂且不受欢迎。

同样的，要让运输部门使用清洁能源也需要重大的技术进步。替代能源仅仅在石油价格高的情况下才有竞争力，而且，在未来的数十年，如果环境政策成功减少了石油需求，那石油价格将会下跌，会让替代能源更难与之匹敌。近期石油价格的下跌就预示着将要面临的一个问题：油价下跌已经使得生物燃料公司破产并且诱使消费者放弃电动汽车。

这些都意味着一个清洁、可靠并且负担得起的全球能源系统需要一个优于现有选择的多样的低碳技术组合。核能、煤炭和天然气发电机对可预测电力来说仍是必不可少的。但新的反应堆设计能让核泄漏物理上成为不可能，并且纳米技术薄膜能阻止矿物燃料发电厂的碳排放。和墙纸差不多价格的太阳能涂料能让建筑物产生的能量比消耗的更多。且先进的存储技术——从高能量电池到利用日光分裂水并制造氢燃料的催化剂——能稳定电网及电源设施。愿望清单还包括：能采用之前很难储存的地热能的新方法、不会与粮食作物竞争的生物燃料，以及超高效率的建筑制冷制热设备。

这些技术进步都是可能的，但大部分都需要在实验阶段实现根本性突破或者是在该领域开展史无前例的示范项目。举例来说，在寻找可以利用日光分解水的理想催化剂的过程中还未制造出一个成功的化学制品，而有种叫作“钙钛矿”的高效太阳能涂层仍未达到能广泛使用的程度。因此，令人担忧的是在2007—2014年，即使全球流向成熟的清洁能源的资金已经达到2880亿美元，但投向早期公司的私人投资却下降了将近50%，只有不到26亿美元。而美国却能逆转这个趋势。

事不过三？

由于二战后民用核电的发展，美国已经经历了两次清洁能源创新繁荣阶段，紧接着的是两次经济萧条。第一次繁荣是由政府投资推动的，是对20世纪70年代石油危机的反应。从1973年到1980年，联邦政府为了资助可再生能源和矿物燃料能源方面的重大进展，对能源研发方面的投入翻了两番。但当20世纪80年代石油价格暴跌的时候，罗纳德·里根（Ronald Reagan）总统政府力劝国会下决心用市场力量解决能源投资问题。国会默许了，因此在里根的两个任期内能源研发基金的增长超过了50%。

第二波清洁能源创新的投资从私营经济开始。就在新世纪之交，风险投资者开始将钱投入美国的清洁能源新企业。该领域的风险投资呈10倍的增长，从2001年每年约4.6亿美元到2010年超过50亿美元。感谢奥巴马的刺激计划，联邦资金也很快跟进，且从2009年到2011年，政府通过一揽子政府补助、贷款和税收优惠，在这个部门投入了1000亿美元（虽然大部分的资金资助的都是现有的技术）。一些新企业从这个阶段开始成了公开上市交易公司，包括电动汽车制造商特斯拉（Tesla），太阳能电池板安装商“太阳城市”（SolarCity），以及软件供应商Opower。

但绝大多数的企业失败了，而生存下来的那些的回报率也少得不够弥补损失。实际上，从2004年到2014年，风险投资投入的360亿美金中的一半可能最后都会亏损。这次淘金结束得很突然：2010—2014年，风险投资公司削减了75%的对清洁能源的投资。并且由于部分联邦贷款担保接受者破产［（最著名的就是太阳能电池板制造商索林佐（Solyndra）］，联邦政府受到其政治反作用力也削减了对风险投资的支持。

虽然这两波投资浪潮并未全部亏损，但两次失败都是能让下一次更持久的经验教训。首先，它们揭示了政府出资的重要性：在20世纪80年代联邦能源研发经费下降之后，包括太阳能、风能和核能的专利申请也猛跌。如今，虽然美国是世界上能源研发方面最大的投资者，但相比其长期以来在国家其他研究重点项目上花的经费还是少的。其64亿美元的清洁能源研发预算仅占太空探索（130亿美元）、医疗（310亿美元）以及国防（780亿美元）的一小部分。考虑到这些差距，国会应坚持完成使命创新承诺，并且至少加倍在能源研发方面的投资。国会已经在2016年的预算中把应用能源研发部分增加了10%，这比它在其他各种主要的研发机构或者计划上的增加部分都多。但从2017年开始，若要在5年内将预算加倍则需要每年增幅达到15%。

第二个教训是政府除了资助基础研究外，还必须资助应用研究和示范项目。华盛顿对基础研究的偏爱从几十年前就已经开始了。在富兰克林·罗斯福（Franklin Roosevelt）总统的首席经济顾问范内瓦·布什（Vannevar Bush）1945年发布的重要报告“科学：无尽的前线”中就促请政府关注基础研究，这样就使得政府认为私营经济应该转化商业技术。历届政府通常都接受他的建议，里根甚至几乎把全部的应用能源研发技术资金都用到基础研究上去了。到20世纪90年代末，基础研究占到联邦政府能源研发支出的60%。然而，政府不仅仅没有为私营经济创造空间拣取政府漏掉的部分，反而削减预算把它们吓走。从1985年到1995年，私人投资减少了一半，使得在可替代能源、太阳能光伏板和高级核反应堆上的政府投资搁浅。

在第二次清洁能源创新繁荣阶段结束时发生了类似的情况。2011年，当一次性刺激基金过期后，政府对检验新技术在现实世界条件下能否运作的示范项目的资助减少了超过90%。私人投资者原本预期与联邦政府一起分担类似项目的风险，但当政府资助消失的时候，投资者也撤走了资金——特别是取消了一些获取和存储燃煤发电厂碳排放的项目。

因而，政策制定者应增加能吸引私人资本的政府投资。为此，政府的首要任务是必须恢复对示范项目的资助。在政治上受到攻击的能源部贷款担保计划可能成为支持这些项目的最后堡垒。为了要使资金不受政治的反复无常的影响，由一群商业领袖组成的美国能源创新理事会（the American Energy Innovation Council）已提议设立一个独立的联邦特许法人来为示范项目提供资金。还有人建议授权给州或地区，使其提供配套资金与联邦政府一起拨款资助其自有项目。若国会通过这两项提案，两者都能开启可观的私人投资。

能源部在支持未成熟到可论证阶段的技术上已取得了更多进展。2009年，在美国军队的高风险技术孵化器国防部先进研究项目局（the Defense Advanced Research Projects Agency，简称DARPA）的鼓励下，该部创立了先进能源研究计划署（the Advanced Research Projects Agency-Energy，简称ARPA-E）。有几个ARPA-E的项目已经吸引了来自私人企业的后续投资。举例来说，2013年谷歌公司投资了一个新的能用风筝将高空风能转化为电力的马卡尼电力公司（Makani Power）。该部也协助在政府、学界和公司间建立公私合作关系——称作“创新中心（innovation hubs）——来开发先进技术。奥巴马已建议将ARPA-E预算增加3倍，到2021年达到10亿美元，并且在美国建立10个新的公私合作研究中心。国会应同意这些提案。

能源部尤其应扩展对一种公私合作关系的支持：即从各方面聚集资金用于追求共享优先研究领域的产业技术创新联盟。DARPA再次提供了一个模板。在20世纪80年代，它资助了一个叫作半导体制造技术联盟（SEMATECH）的电脑芯片制造商联盟，该行业通过这个联盟投资共享研发以及技术标准。今后的十年，美国已经从日本手上夺回了市场领导地位。相比之下，美国公司却对清洁能源创新漠不关心。2006—2014年，美国企业每年只花30亿美元在内部清洁能源研发上面。它们也不愿把它们的能源研发外包，它们在初创的清洁能源公司上的投资只有给初创生物医学公司的一半。

公私合作应协助私人在清洁能源创新的投资上实现多样化。实际上，只有风险投资是不够的，因为清洁能源投资需要的投资期比风险投资者通常青睐的时间要长。突破能源联盟能帮助该部门寻找更多有耐心的资本从而解决这个问题。盖茨已表明他和他的伙伴投资者将乐意为了投资回报等待若干年，甚至是数十年。但他的期望取决于政府也同样增加支持力度。

过去的失败为政策制定者提供的第三个也是最后一个教训是：需要为新兴清洁能源技术与现有的技术提供一个公平竞争的环境。尤其是在电力部门，初创的创新公司缺少愿意为了新产品支付额外费用的早期尝试者，因而处于劣势。电力公司是它们最大的顾客，这是一个高度控制的地方垄断企业，对风险的容忍度低，且在研发方面投入很少（通常是收入的0.1%）。纽约和加州已经在改革相关规定，鼓励公用事业更快地采纳新技术；联邦政府应从资金方面支持这些努力，或者至少不要加以妨碍。

确实，政府介入有时会适得其反。许多现有的清洁能源政策已经含蓄地支持了已成熟的技术，比如国家要求公用事业从可再生能源中获取一定比例的电力，以及关于太阳能和风能电力装置的联邦税收抵免。更好的政策可能会分配或奖励给目前成本更高但可能提供更低成本和更高性能的新兴技术公司开拓。政府甚至可能成为其客户。比如军队就可能购买类似弹性太阳能电池板、高能效电池或者小型模块化核反应堆等早期阶段技术。

海外创新

国际上的清洁能源创新也遇到了类似的问题。就像华盛顿一样，其他政府在研发方面也投入太少，清洁能源研发方面的全部政府资助份额从20世纪80年代的11%下降到2015年的4% 。幸亏有创新行动，这个趋势可能很快就会被扭转。但如果支出增长方式协调不好，政府可能会加倍某些领域的研究投入而忽略其他。

由于各国政府都重视自主权，不能通过中央集权的、自上而下的方式指导每个国家的研究重点项目。相反地，应有一个现有的机构通过自下而上的方式协调支出。能完成这个任务的最符合逻辑的主体是清洁能源部长级会议（Clean Energy Ministerial，简称CEM），这是一个由奥巴马政府提议设立的全球性的论坛，几乎联合了每个加入创新计划国家的能源官员。然而清洁能源部长级会议没有固定员工，并且若未获得下任美国政府的支持的话可能会解散。因此，奥巴马政府应迅速行动说服其创新计划的伙伴们一起为其运营预算提供经费，并出资成立永久性的秘书处。一旦如此，该主体就能为每个成员国的研发费用出具年度报告，各国就能用来让同侪对其出资金额翻倍的许诺负责。会议也能从申请资助者向国家基金提交的申请中收集应用研究前沿动态，并把官员们召集起来分享动态。

接着再谈外国公司反感投资创新的问题。从制造太阳能电池板到制造电池的制造商大部分位于亚洲，它们都聚焦于降低成本，并且大多数情况下已在政府协助下有能力大量生产为人熟知的技术。如今，超过2/3的太阳能电池板是中国制造的，而该国大部分企业的研发投入只占收入的不到1%（实际上，造成21世纪头十年美国太阳能初创企业纷纷破产的主要原因就是大量来自中国的普遍适用的廉价太阳能电池板）。

全球逐底竞争不仅仅是阻碍了清洁能源创新；它与美国的竞争优势也不匹配。在其他行业，美国主要厂商都通过在研发上投入巨资从国内外获取经济收益。举例来说，在电子、半导体和生物医药行业，美国公司都将其20%的收入再投资于研发。

为了鼓励国外企业在清洁能源研发方面投入更多，美国应该接受公私合作。成立于2009年的美中清洁能源研究中心（U.S.-China Clean Energy Research Center，简称 CERC）就是一个很好的例子，它是由美中两国政府、学术机构和私人企业共同出资的。值得注意的是该中心清除了国际合作中的一个主要障碍：侵犯知识产权问题。该中心对其发明的技术的所有权和许可有明文规定来约束参与者。除非他们同意，不然他们必须向受联合国规则管理的国际仲裁机构提交申请解决争端。超过100个企业已经签约加入，并且中美两国已在2014年扩展了合作。现在是时候让美国用美中清洁能源研究中心的知识产权框架来同其他国家合作了，比如还没有签过类似协议的印度。

下一次革命

通过在国内投资和在国外推动技术进步，美国能为清洁能源创新带来一次非常必要的推进。能源官员们最终将会在技术大会上与顶尖学者接触。产业技术创新联盟将会为引人注目的能预测未来突破的技术进步提供路线图。机构投资者将把赌注押在初创企业上，并且愿意在看见回报之前等待10年或更久。

对华盛顿的很多人来说，这听起来像是一个昂贵的幻想。确实，将能源部门转变为创新的发电站将会比曼哈顿计划或者阿波罗计划更难、代价也更高。政府在上述两个计划上都对具体目标投入了数以亿计美元，而清洁能源创新的成功则需要政府和私人在更大范围的技术上进行投资。

虽然，就生物医药行业而言，美国已经在过去实现了类似的转变。就像清洁能源的初创公司一样，生物医药初创公司也在20世纪80年代和90年代经历过繁荣与萧条的投资周期。而如今，部分是多亏了大额且持续的政府资金，私营经济在生物医药创新上仍进行广泛投资。有人可能反对说与清洁能源的低利润空间相反，生物医药行业的高利润空间吸引更多投资用于研发。但清洁能源部门不会永远低利润：通过开发满足未来需要的新产品，创新企业将会比现在的商品制造商赚到更多利润。

在清洁能源领域，不太可能出现更高风险。为了避免气候灾难，全世界需要到本世纪中叶减少80%的碳排放——这个目标在现有技术基础上是无法达到的。但如果拥有了更强有力的低碳武器，各国将会有雄心做出现实的减少碳排放的承诺。新兴经济体将不再需要在抑制有害燃料和摆脱能源贫穷间作出取舍。美国也将跻身下一次技术革命的前沿。

原 文 名 为：The Clean Energy Revolution： Fighting Climate Change With Innovation