鑽石舞台

世界各地的建築行業需求增長推動了廣泛的材料消費和環境影響。未來的影響將取決於社會經濟發展的水平和速度、材料使用和供應戰略。本文評估了全球26個地區到2060年與住宅和商業建築有關的材料的溫室氣體(GHG)排放及其減排潛力。

住宅是人們最基本的需求之一，全球超過三分之二的能源相關的溫室氣體排放來自於住宅和商業建築。建築行業的減排方法主要有兩種: (1) 減少維持建築運行的能源使用;(2) 減少建築時所需的材料和能源。傳統的環境政策側重於提高能源效率和可再生能源的使用，而忽視了材料效率的重要性。事實上，就傳統減排措施而言，因為高效節能的建築可能需要更多的建築材料，在前端和後端的排放權衡也值得考慮。

值得一提的是，2018年僅建築材料製造業就占全球能源和工藝相關溫室氣體排放量的11%，其中混凝土和磚的排放量占全球總量的一半以上，鋼材的排放量約占40%，以及大量其他金屬和非金屬礦物的排放量。全球趨勢表明，未來幾十年對新建築的需求將迅速增加。這主要是由世界各地(特別是亞洲和非洲地區)不斷增長的人口和財富推動的，同時也有高度城市化地區的住房升級需求。

建築技術在過去幾十年裡取得了長足的進步，例如，可以建造對環境影響更低的建築(為相同的結構性能使用木材或更少的金屬)，設計出更長的使用壽命或更高的消費後回收率。然而，儘管技術上有所進步，低效率的建築工藝仍然被廣泛使用，特別是在那些需求將會迅速增長的地區。這些趨勢對減少建築材料的溫室氣體排放和實現全球氣候目標構成了重大挑戰。

關於建築材料的環境影響和緩解戰略的研究只是在過去十年才取得進展。研究要麼集中在一個國家的住宅建築材料，要麼代表某一種材料類型。此外，計算排放需要材料需求和工藝排放強度的一致情景，而大多數研究只涉及其中一個方面。最近的一項研究評估了9個大型經濟體的材料效率策略對住宅建築的氣候影響。雖然這項研究很有價值，但它忽略了大多數新興的非洲和亞洲地區(它們代表了未來不斷增長的住房需求)以及全球的非住宅建築。本文開發了一個全球建築材料排放模型，該模型集成了動態材料評估模型，以匹配未來的建築材料需求，以及一個預期的生命周期評估(LCA)模型，以估計材料生產的排放。

基準情景：

圖1基線情景下全球區域建築材料使用造成的溫室氣體排放

根據基線情景所示，2020年至2060年期間，與建築材料相關的溫室氣體排放將持續增加，全球平均增幅為0.7% /年 (從3.5至4.6 Gt CO2 /年)。這一趨勢在不同收入群體之間存在顯著差異。低收入和中低收入群體增幅最大，從2020年的7.5億噸(22%)增加到2060年的2.4億噸(51%)(見圖1b)，這主要是由於人口激增和經濟發展。例如，從2020年到2060年，印度、南亞其他國家和非洲(不包括南非)的建築材料相關排放將增加一倍以上。相比之下，高收入群體的絕對排放量略有下降，占全球排放量的比例大幅下降，從2020年的5.95億噸(17%)下降至2060年的5.30億噸(12%)。就地區而言，高收入地區(如美國、日本和西歐)的碳排放相對較低，因此對深度脫碳的負擔能力更高。2020-2060年期間，中國地區和印度仍是最大的兩個排放國，到2053年，印度將成為最大的排放國(圖1c)。總體而言，2020-2060年期間，亞洲地區的建築材料累積排放量占絕大多數(超過65%)，其次是非洲，略高於10%。就材料類型而言，鋼和混凝土仍然是最大的排放源，約占總量的三分之二，其次是磚(18%)和鋁(8%)(圖1a)。

減排策略情景：

材料效率戰略的減排潛力取決於正在使用的建築存量、施工做法和未來的技術、不同區域的經濟發展等。圖2顯示了在2020-2060年期間，每個策略在它們的「高效」水平上的減排潛力(與基線值相比，當每個策略被單獨採用時)。一般來說，從頂層(建築需求)到中間層(材料需求)再到底層(材料供應)，還原潛力遞減。也就是說，就從文獻中得出的可行干預措施而言，減少住房需求比改善材料強度更有可能減少影響，而改善材料強度又比提高材料供應效率更有可能。在全球範圍內，更密集的使用代表着最大的減排潛力，為56.8 Gt 碳排放。使用壽命的延長降低了對新建築的需求，並在全球減少了660億噸的排放。延長壽命的機會因地區而異。例如，雖然在一些使用壽命很短的地區(如中國、日本和東南亞)，一些舊建築的使用壽命可以延長，但頻繁的拆除往往不是由於建築質量，而是由於不斷變化的城市規劃和土地政策。輕量化可潛在累積減少14.1 Gt 碳排放。這可以通過大規模採用新興技術來實現。在建築中增加木材的使用將減少5.5 Gt 的溫室氣體排放(由於木材生產的排放強度較低)，並提供長期的碳儲存。

圖2不同材料效率戰略在2020 - 2060年期間的溫室氣體減排潛力

高效率場景：

在高效率場景中，所有材料效率策略(M1-M7)同時被應用。在2020年-2060年，可以看到累積建材相關溫室氣體排放減少78 Gt (或49%) (圖3)。在2020-2060年期間，基線情景下的全球增長趨勢逆轉為持續下降(以每年−2.4%的速度)(圖3)。與基線情景相比，減緩潛力最大的區域是中國區域(28%)、印度(16%)、西歐(6%)、西非(5%)、中東(5%)(比例遞減順序)。

圖3 基線情景和高效情景中與建築材料相關的排放

總體而言，我們發現，不斷增長的住房需求推動了大量與材料相關的溫室氣體排放，這些排放正開始從高收入和中上收入地區向中低收入和中低收入地區轉移。通過在全球範圍內擴大材料效率戰略，近一半的排放是可以避免的，儘管各區域和戰略的效率差異很大。然而，在所有可觀測到的材料效率策略同時應用的情況下，建築材料的預期排放量仍高於1.5°C氣候目標(如果剩餘的全球碳預算按部門比例分配)。為了實現1.5°C的目標，建築材料需要將其碳配額目前的份額增加一倍，這意味着較容易脫碳的部門需要加快減排速度。在製造業過程沒有根本改變的情況下，負排放技術似乎有必要在本世紀下半葉抵消過程相關的排放，這是一個挑戰。這項研究可能有助於決策者更好地了解區域和全球層面的減排機會和挑戰，從而了解如何在設施、指導方針等方面進行提前布局。