为什么水对脱碳和能源转型至关重要

Agriculture uses energy more than any other sector.
Water is key to both energy production and agriculture, making it a vital factor in enabling the energy transition.Image: Tibo Fovre/Unsplash
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  • 气候行动讨论往往聚焦于可再生能源和碳排放,但水也是能源转型的重要组成部分。

  • 节水技术每年可在全球节约大量水资源,同时减少抽水、加热、处理和输送水所需的能源及碳排放。

  • 采用能够让我们更高效、更智能地利用水和能源的技术,可以加快脱碳进程,推动实现净零排放。

全球气候行动讨论常常围绕可再生能源的吉瓦数和避免排放的碳排放量(以吉吨计)展开。但还有第三项指标——鲜少被讨论,影响却同样重大:千亿升级的水量。

水是能源转型中隐形的“货币”,蕴含于每一度电的发出、每一块电池的生产以及每一座得到冷却的数据中心之中。

令人惊讶的是,节水技术每年可在全球节约数百亿立方米的水,同时减少抽水、加热、处理和输送水所需的能源及碳排放。

节水是加快脱碳进程的有力方式

在水资源日益短缺的世界里,或者用联合国大学所称的“水破产”来形容,节约这些千亿升级的水量,是加快脱碳进程最有力的途径之一。

我们常常忘记,水系统就是能源系统,而能源系统也深深依赖水。

每一升流经管道的水都必须经过抽取、加热、处理或冷却。电厂发出的每一度电、制造的每一块太阳能板、生产的每一块电池或半导体,都在其生命周期的某个阶段依赖水。

这形成了一种强有力却不总是显而易见的联系:每节约一单位水,就能直接节省能源,进而减少碳排放。

这种关系处于水—能源—粮食关联的核心。精算师学会近期一份报告警告称,如果这一关联中的各个环节失灵,到本世纪末,全球经济规模可能会萎缩多达一半。

水资源短缺可能导致电厂停运;能源供应不安全可能严重损害粮食生产;农业用水过度可能使整个地区干涸;而且水资源短缺在一些地区正日益成为严重问题。这些连锁风险凸显了理解水—能源—粮食关联的重要性。

节水技术如何加快脱碳进程

然而,在这些相互交织的挑战中,能源转型有一个最容易被忽视的机遇:节水技术有望加快脱碳进程。

以农业为例,它是用水量超过任何其他行业的部门。长期以来,农民依赖传统灌溉系统,大量水资源因蒸发、排水和径流而流失。但滴灌、精准土壤水分传感器和太阳能水泵等创新技术,使农民能够在作物需要时,只提供其所需的水量。

这些技术不仅节水,还能大幅减少抽水和输水所需的能源。农光互补系统通过在农田上方架设太阳能板,进一步发挥作用:为作物遮阴可降低用水需求和蒸发损失,同时还能发电,将农田变成兼具两种用途的气候解决方案。

工业领域也在经历类似的转变。工厂和电厂历来是全球用水量最大的用户之一,尤其是用于冷却。干旱来袭时,这些设施会变得脆弱,供应链也可能陷入停滞。

但闭环冷却系统、混合冷却塔和废水回收技术改变了这一局面,使设施能够反复循环利用水,从而减少取水量,并降低其面临的气候风险。

许多同类技术还能减少处理和冷却所需的能源,并降低排放。与此同时,数字化优化帮助工业厂区微调运营,消除水和能源使用中的低效问题。

城市为这个问题增添了另一个层面。水处理技术的能耗据估计,最高可占全球总用电需求的5.4%。漏水、低效家电和过时的管网控制系统每天都在悄然浪费水和能源。

但智能水表、实时漏水检测和高能效家电正在悄然推动城市资源利用变革。家庭减少用水,尤其是热水用量时,既能降低用水需求,也能减少加热所需的能源。公用事业单位减少漏损时,也会降低用于抽取和处理流失水量的电力消耗。惠及数百万人后,这些收益很快就会累积起来。

跨行业减少用水的可扩展解决方案

综合来看,这些例子说明,某些节水技术为何在影响力和可扩展性方面尤为突出。

在农业领域,滴灌和精准灌溉系统可将取水量减少多达70-80%,同时减少抽水所需的电力,农光互补则兼具可再生能源供给和降低作物用水需求的双重效益。

例如,采用水稻种植中的干湿交替技术可节水30-40%,并以相同比例减少抽水所需的能源;如果结合其他可持续农业做法,还可减少稻田温室气体排放,最高达70%。

在工业领域,闭环冷却、废水回收和膜处理系统可将用水量最多减少50%,同时提升能源绩效,减少热管理产生的排放。

在城市中,智能水表、漏水检测系统和高能效家电也证明了其极高的成本效益,能够减少处理和输送水所需的水和能源。总体而言,这些技术有助于节约千亿升级水量,同时加快向净零能源系统转型。

与此同时,一种新的技术层正在整个水—能源—粮食系统中兴起:人工智能。

虽然人们主要关注人工智能开发对能源和水资源的大量需求,但人工智能也被用于优化用水,实现仅靠人工管理无法达到的精准度和速度——从预测农场灌溉需求,到微调工业冷却和废水回收系统,再到帮助城市检测漏水、预测需求,同时减少水资源损失和电力消耗。

这些智能系统将数百万个数据点转化为实时决策,减少浪费、降低能源使用并增强韧性。因此,人工智能正成为提升水资源利用效率和加快脱碳进程的关键推动力,通过更智能的运营和综合资源管理将两者联系起来。

从这个角度看,节水技术不仅是保护水资源的工具,也是脱碳机制。它们能产生乘数效应:节水即节能,节水节能两者兼顾则能减少碳排放。

这种“协同效率”是当今最具成本效益且可扩展的气候策略之一,但与其他气候解决方案相比,它获得的关注少之又少。

要充分释放这一关联的潜力,政策必须跟上技术发展。过去,水资源和能源规划分属不同的官僚体系,由不同机构监督,受不同职责要求约束,并通过不同渠道获得资金。

这种分割掩盖了两个系统之间的协同效益。企业往往分别追踪水和能源指标,错失协同优化的机会。

我们需要采取综合方法,认识到在一个不断变暖的世界里,水和能源无法彼此割裂。

加快减少水和能源使用的进程

政府可以通过协调监管框架、推动水务和能源机构联合规划,并提供鼓励同步减少水和能源使用的激励措施,加快进展。

投资者和贷款机构可以将水—能源协同效率纳入绿色债券和可持续发展挂钩贷款的评估标准。技术提供商可以设计互操作系统,监测水和能源绩效,让家庭、城市和工业企业实时了解其决策对各类资源造成的全面影响。

随着水资源压力和冲突的新闻不断增多,我们迎来了一个契机,可以传递信息,调动公众和政治领导人的参与并激励他们采取行动。

脱碳的未来不仅是绿色的,也是蓝色的

最重要的是,公众认知必须与挑战的规模相匹配。人们了解电费账单,却很少意识到自己消耗的每一升水都蕴含着能源。公共宣传、学校课程和公用事业项目可以弥合这一认知差距,让个人有能力作出兼顾水安全与气候行动的选择。

能源转型常被形容为一场与时间赛跑的竞赛。但它也是一场争取保障维持这些系统所需水资源的竞赛。从这个意义上说,脱碳的未来不仅是绿色的,也是蓝色的。

如果不能与水资源实现更可持续的平衡,世界就无法实现净零排放。认识到水与能源之间深刻的相互依存关系,并采用能够让我们更智能地利用两者的技术,我们就能建设一个更具韧性、更可持续且最终更加繁荣的未来。

能源关联全球未来理事会通过“能源关联洞察”系列分享理念和案例;该系列包括博客、文章和信息图表,面向公共部门和私营部门决策者的指南,以及行业分析。

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