新闻网讯 8月6日，环境学院杨家宽教授团队在《自然》子刊Nature Communications在线发表了题为“再思考后《基加利修正案》时代碳氟化合物的时间滞后排放特征和减排潜力”（Rethinking time-lagged emissions and abatement potential of fluorocarbons in the post-Kigali Amendment era）的最新研究论文。我校环境学院段华波副教授和杨家宽教授为论文共同通讯作者，论文共同作者还包括广东石油化工学院刘和平博士和马寅博士，德国莱布尼兹生态城市与区域发展研究所张宁博士、北京大学刘刚教授、美国缅因大学Travis R. Miller助理教授、丹麦技术大学毛睿昌研究员、清华大学徐明教授和李金惠教授。
研究基于环境系统理论与方法构建了一套自上而下的物质流模型，揭示了全球尺度存量碳氟化合物即HCFCs和HFCs等两类广泛使用的制冷剂/发泡剂的滞后排放时空分布特征及全球气候变暖影响（GWP），并结合情景分析探索了减排的路径与调控机制。研究为全球范围履行议定书《基加利修正案》加强碳氟化合物类非二氧化碳温室气体的排放控制提供了科学依据，也为我国积极参与全球环境治理和更好履行国际环境公约提供了理论支撑。
目前包括我国在内的全球主要国家和地区，正面临着HCFCs和HFCs等温室气体造成全球气候变暖影响的严峻挑战。在全球主要国家和地区践行碳中和目标下，需要深入探索存量HCFCs和HFCs在各类耐用品中的滞后排放路径和特征，同时阐明碳氟化学品的类别及其在全球不同区域、不同产品类别（行业部门）的时空异质性，研判其未来持续排放趋势、减排潜力以及减排路径。实际上，在家用冰箱、各类空调、工商制冷设备以及建筑保温隔热材料中广泛使用的CFCs（Chlorofluorocarbon，氯氟碳化合物，简称氟利昂）、HCFCs（Hydrochlorofluorocarbons，氢氯氟碳化合物）和HFCs（Hydrofluorocarbons，氢氟碳化合物）等制冷剂和发泡剂，是主要的非二氧化碳温室气体，会随这类耐用品的使用过程及废弃阶段的泄露排放而造成显著的全球气候变化影响（GWP）。尽管第一代制冷剂/发泡剂CFCs类早在2010年已全部停止生产使用，但作为CFCs的替代物质，HCFCs和HFCs仍在大量生产和使用，目前每年生产约为150至200万吨。即便完全根据《蒙特利尔议定书》及其《基加利修正案》的要求进行限制生产和逐步淘汰，HCFCs和HFCs仍会随着这些耐用品的持续使用和报废而造成长期滞后的GWP影响。
基于上述迫切需求和科学问题，杨家宽团队在开展深入细致的调查研究基础上，有别于传统基于观测反演的自上而下的模拟研究方法，构建了一套自下而上的动态物质流（D-MFA）模型，解决了从将微观尺度排放特征用于支撑宏观尺度排放总量及环境效应评价方法的耦合难题。将全球各地域划分为北美、欧洲、日本、中国，其他A5缔约国（发展中国家）和其他非A5缔约国（发达国家），并对1986年至2060年间全球各地域HCFCs和HFCs在各类耐用品中的使用量、存量和释放量进行了全面系统的模拟与预测研究，阐明了HCFCs和HFCs在全球不同地域不同行业部门和不同生命周期阶段的存流量特征；重点关注了长期的时滞排放现象，即已经使用但尚未排放的HCFCs和HFCs在全球和区域脱碳中造成的潜在影响；同时，通过构建多种减排场景，以评估不同管控措施对HCFCs和HFCs滞后排放的调控及减排潜力。此外，为确保排放结果模拟的准确性和可靠性，研究人员还与以往研究中基于大气观测数据反演为主的HCFCs和HFCs历史排放清单以及未来预测进行了全面的对比分析，结果保持了较好的一致性（对比误差控制在5-25%，具有可解释性），且还通过不确定性和敏感性分析来校验参数变化对模型结果的干扰（数值误差不超过5%）。
基于情景分析的HCFCs和HFCs排放特征和减排潜力，包括直接排放量、全球气候变化影响（GWP）及臭氧层破坏影响（ODP）（2022-2060年）
研究结果发现：（1）按目前的排放与控制水平，未来40年由存量（含持续生产使用的）HCFCs和HFCs排放引起的累积将分别达到64±12、148±25亿吨CO2e，合计约为现今全球能源化石燃料碳排放当量的一半。比较有意思的发现是，从生产、使用和废弃等不同生命周期阶段来看，碳氟化合物在各类产品使用阶段泄露是造成GWP影响的主要贡献源，约为报废阶段的2-3倍（在2030年之前），但随着HCFCs和HFCs生产和消费的进一步削减，报废阶段将逐渐成为造成GWP影响的主要贡献源；（2）如果能在全球范围内对HCFCs和HFCs的所有滞后排放进行较为严格的控制，即采取目前认为先进的技术和管理水平（主要是针对使用和报废阶段的排控管理），未来40年间（到2060年）累积可以减少约97±15亿吨CO2e，但也仅占基准情景累积排放量的45%，但仍难以实现本领域的碳中和目标；（3）进一步从减排潜力的角度，中国和其他A5缔约国可贡献约47%和37%的碳减排当量，而从产品类别来看工商制冷和家用空调可贡献约38%和37%的碳减排当量。
杨家宽教授团队长期致力于资源循环、污染控制与低碳评价相关研究，依托于长江流域多介质污染协同控制湖北省重点实验室、固废处理处理处置与资源化湖北省工程实验室、煤燃烧国家重点实验室等科研平台，在国家重点研发计划项目课题（2018YFB1502804、2023YFC3902803）、国家自然科学基金重点项目（52330004）和面上项目（52070131）等课题的支持下，近年来先后在《环境科学学报》（2023, 43(6): 1-10）、Resources, Conservation & Recycling（2023, 198: 107212）、Science Bulletin（2023, 68: 571–573）Nature Geoscience（2023, 16(11): 932-934）、Nature Cities（2024，1: 457–468）和Nature Communications（2024, 15: 6687）等发表了多篇高水平论文。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51113-2
