近期，英國皇家學會發布一系列簡報，提出了加快實現溫室氣體凈零排放、提高應對氣候變化能力的12個科學技術問題[1]。該項工作組織協調了20多個國家的120多位不同學科專家參與，針對12個技術領域概述了到2050年實現凈零排放的研發部署優先事項，為政府決策提供參考。詳情如下：

建立地球氣候模擬系統是過去半個世紀的偉大科學成就之一。最近的研究表明，新一代高分辨率模型可以顯著提高氣候緩解和適應相關信息的質量，涵蓋從全球和區域氣候影響到極端天氣和嚴重的氣候變化風險。應通過開展國際合作，建立一個基于百億億次計算和數據設施的國際下一代氣候建模中心，實現分辨率和計算能力的跨越式發展，充分了解公里范圍內的氣候變化對全球的影響，以支持凈零技術路線圖和氣候適應方面的投資。通過與該設施建立合作伙伴關系和開展協作，世界各地的國家氣候建模和服務將達到新的水平。為確保最新預測結果的采納和使用，該設施還可以包含專用的運營數據服務，采用數據分析和信息科學領域的最新數字技術，例如人工智能、機器學習和先進可視化等。可通過“孵化器”推動可持續發展，激發下一代建模的新想法，通過“開放數據實驗室”在基于數據云和應用程序編程接口的前沿數字解決方案方面推動公私合作，培訓氣候模型信息的開發人員和用戶。

當前，人類已經對地球碳循環有較多了解，例如陸地和海洋作為碳匯吸收了超過半數的人類活動碳排放，但無法保證如此大量的吸收會持續下去。因此，需進一步深入了解，碳匯是否能在歷史水平上繼續封存二氧化碳（CO2）。碳匯的未來將取決于大氣中的CO2水平及其上升或下降的速度、氣候變化的影響以及可能的直接人類干預。保護碳匯，尤其是森林，對于維持其功能至關重要。預計在高碳排放的未來，氣候變化將產生最大和最不確定的影響。通過人為干預增強自然碳匯對于實現凈零排放至關重要，包括可持續造林、重新造林、農業土壤管理和泥炭地恢復。提高對碳循環理解的研究應包括：通過現場和衛星數據對大氣、陸地和海洋進行連續觀測監測；更好地了解碳匯的潛在不穩定性，以及開發更全面表征碳循環復雜性的模型。

基于大量數據，計算科學有可能創建“數字孿生”，模擬和優化多個經濟部門，到2030年顯著減少碳排放。數字技術可以通過在全球經濟中實現減排并限制計算本身造成的排放，在低碳轉型中發揮重要作用。特別是，有機會將政府、學術界、工業界等聯合起來，創建一個“數字孿生地球”或“地球運行控制回路”，并將真實世界運行數據反饋回模型中迭代更新，通過模擬、優化和改變經濟活動，以最大限度地減少排放和提高效率。“凈零計算”可以在全球、區域和國家凈零戰略中發揮重要作用。數字技術部門的用電量和碳足跡，包括隱含排放量，應與其收益成正比。在數據標準、質量和監管方面加強全球協調將能夠實現可靠地收集、共享和使用相關數據，從而更好地量化溫室氣體排放，并支持減少排放的應用。同時，可以在城市、區域、國家乃至全球層面創建自然和經濟系統的“數字孿生”，以最大限度地減少排放，提供決策信息并促進可持續發展，還可有助于政府探索“假設”情景和干預措施的影響。全球協作對于為凈零系統的計算和數據基礎設施建立可信賴的治理框架至關重要。科技行業應以身作則，科技公司應公開報告其能源使用情況以及直接和間接排放量，并優化可再生能源的使用。需改進全球研究和創新生態系統以支持相關技術進步，并利用由政府推動的免費或低成本“數字共享”平臺。

未來凈零世界中，低碳交通和穩定的電力供應需要更強大、更持久、更快充電的電池。可持續的未來電池還需要使用儲量豐富的材料和零碳制造工藝。電池是存儲可再生電力的最有效方式，但目前技術進展尚不適用于大規模儲能。鋰離子電池是短期內最可行的電池儲能技術，相關研究重點是提高能量密度、降低成本、延長壽命、提高充電安全性和速度，以及電池的回收和再利用。長遠來看，研究人員正在探索使用其他材料和技術的下一代電池，以實現更廣泛、經濟的電氣化。國際合作與協調應側重于識別和試驗新的資源豐富的材料，以降低成本、擴大電池使用并最大限度地減少電池生產對環境的影響。如果足夠重視，未來將開發出成本更低、能量密度更高的全新電池。

供熱和制冷占能源相關碳排放量的40%，住宅、商業和工業環境中的低碳供熱和制冷技術處于不同發展階段，部署進展緩慢。需通過提高能效、應用清潔技術替代化石燃料供熱和制冷，以及在熱能儲存和運輸方面進行創新來減少排放。不同國家需要一系列方法來減少供熱和制冷碳排放，但還有更大的國際合作和網絡互聯的空間。通過改進隔熱、熱反射和其他方式，以降低建筑物供熱和制冷能耗，是任何脫碳計劃的首要目標。與化石能源相關技術相比，許多低碳供熱和制冷技術還處于起步階段，需要大量的示范和部署來測試其成本效益。低碳供熱和制冷的研究、開發和部署關鍵領域包括：熱泵、電加熱器、區域系統、可再生能源供熱和氫氣。

氫和氨在凈零經濟中具有重要的潛在作用，這兩種燃料都是多功能的，能夠以多種方式生產和使用，且能夠由可再生能源生產并應用于難以脫碳的領域，如重型運輸、工業和供熱，并可作為能源存儲和運輸的介質。目前，氫和氨已經廣泛用于工業和農業，但其生產具有較高的溫室氣體足跡。通過對現有技術和新技術的脫碳，可以顯著減少溫室氣體排放。兩種燃料都面臨著技術挑戰，包括生產、儲存和使用方面，特別是實現凈零生命周期排放的成本問題。需要進一步的研究、開發、示范和部署，以確定氫和氨在實踐中可以產生重大影響的領域。在重工業和重型車輛、鐵路和航運以及儲能等行業，應優先示范氫和氨，其具有較大潛力成為經濟高效的低碳替代品。通過工業合作伙伴集群進行大規模示范最具成本效益，此類方式通常適用于港口地區，尤其是與海上風電的集成。國際合作，包括基礎設施合作，有助于在當前試點項目的基礎上擴大部署，而且應與研究相結合以推動進一步的創新。

CCS對于在使用化石燃料或以任何方式釋放碳的經濟體中實現凈零排放至關重要。研究表明，大多數可能的凈零排放路線都需要CCS來實現。CCS是電力和工業部門脫碳的成熟技術選擇。對于重工業等難以脫碳的領域，CCS可能是降低碳排放的最后一道防線。CCS已經過全球工業規模驗證，是一種可靠、安全且可審核的碳封存方法，至少可封存10 000年。但目前CCS建設速度太慢，無法滿足所需規模。全球碳捕集能力約為4000萬噸CO2/年，其中只有25%被地質封存以緩解氣候變化，需要加快部署來加速降低成本和擴大技術規模。隨著CCS部署經驗的積累，建立具備多個碳捕集站點的集群，通過共享管道或運輸將CO2輸送到共享封存地，是一種共享和降低單位成本的方法。目前正在建設和規劃此類CCS項目。對新型捕集技術的研究有望在未來降低成本，但可能需要幾十年才能商業化。CO2去除技術，包括負排放技術，如帶有碳封存的直接空氣碳捕集（DACCS），有助于在本世紀中葉實現廣泛認可的凈零排放目標。個別國家或團體可以通過補貼或實施碳稅以鼓勵CCS技術發展。另外，為了可靠地封存足夠的碳，可能需要碳供應商承擔封存義務。

即使全球溫升被限制在1.5℃以內，人類生計和基礎設施也會越來越多地受到氣候變化和極端天氣的影響，這可能導致數百萬人流離失所。氣候適應相關成本會隨氣溫升高而增加，因此應投資于氣候適應性，通過更好的預測、適應氣候變化的基礎設施和基于自然的解決方案增強氣候適應性。應通過科學研究和專業知識，在未來20年支持建設預計94萬億美元的基礎設施以抵御氣候變化，投資于能夠最可靠降低氣候風險的領域。基于自然的解決方案（保護、恢復和可持續管理生態系統）可以保護社區和基礎設施免受氣候變化影響，增強人類適應進一步變化的能力，并有助于減緩氣候變化。下一代氣候和天氣模型將提供當地氣候影響相關的詳細信息，有助于改進早期預警系統，并可納入備災和長期適應工作。對現場觀測平臺的投資有助于改善預報初始條件，并為預報和模型預測提供“地面實況”。下一代模型和跨學科研究也可以在估計跨尺度適應成本（目前尚未準確量化）以及評估替代適應策略的功效方面發揮重要作用。根據聯合國的分析，氣候融資總額的50%應該用于增強氣候彈性和適應全球變暖的影響。

以可持續的方式保護、恢復和管理土地有助于實現凈零排放目標以及適應氣候變化的影響。到2050年，將全球溫升控制在1.5-2℃所需的凈減排量，陸地可以占到20%-30%，但只有與化石燃料的快速和深度減排相結合才能有效。陸地減排的優先事項是保護現有的富含碳的生態系統、恢復退化的生態系統以及改善農業和林業管理。有效的陸地氣候緩解和適應方案將涉及當地社區，并有助于實現多個聯合國可持續發展目標。研究表明，健康、富含植物的飲食和減少食物浪費將減輕產糧土地的壓力，為解決氣候變化和增強生物多樣性提供空間。更清晰的監測和標準表明，基于陸地的減排方案正在實現真正的溫室氣體減排，應鼓勵政府、企業和其他方提供資金。進一步的研究將確定基于陸地的減排方案良好做法和績效指標，包括考慮對當地人民和社區的益處。

全球糧食系統約占人類活動溫室氣體排放量的1/3。因此，需在實現糧食安全、增強抵御氣候變化影響的同時減少排放，在飲食改變、可持續農業實踐和食品生物技術創新方面開展活動。決策者、農業社區和科學家有機會共同努力消除饑餓，并在凈零排放背景下實現糧食安全和營養，包括減少糧食系統排放、提高其復原力和保護生物多樣性。研究表明，氣候影響與糧食生產和消費之間存在關聯，糧食、農業和水產養殖應遵循戰略系統方法，這將有助于實現聯合國可持續發展目標。鑒于糧食系統對環境的多方面影響，決策者必須解決飲食問題及其對氣候的影響，同時考慮經濟和社會因素。需要研究和開發支持可持續、創新、氣候智能型的全球糧食生產系統，關鍵領域包括農林業的最佳實踐，減少腸道發酵的措施，以及開發可持續提高產量的新作物品種。在氣候變化時期，生物技術在提高質量和產量，以及對抗病蟲害、高溫和干旱方面取得了特別快速的進展。要實現具有低溫室氣體排放的彈性糧食系統，需要充分運用科學技術，從基礎研究和開發到技術和農業實踐的示范和部署，并與農業部門密切合作。

氣候變化直接和間接影響人類健康，影響程度將隨著時間的推移而增加，嚴重程度將取決于為緩解和適應氣候變化而采取的行動。氣候變化的驅動因素，例如化石燃料燃燒，也會對人類健康產生負面影響。因此，為緩解和適應氣候變化而采取的行動將通過多種途徑在近期和長期內有益于人類健康。促進更廣泛地采用更可持續和可負擔的食物并減少浪費，可以改善人類健康并保護自然環境。清潔可再生能源替代化石燃料、零排放汽車等措施可減少空氣污染以保護人類健康。緩解和適應氣候變化的“基于自然的解決方案”也可以對身心健康產生多種益處。面對氣候變化，還需要有效的適應和復原策略來盡可能保護健康，包括能夠更好地應對極端事件和疾病爆發的監測、預警系統以及衛生系統。

政策和經濟工具在凈零技術部署方面發揮著重要作用。國際社會正處于一個獨特的時刻，從新冠疫情中復蘇為應對氣候變化和實現凈零排放提供了機會。應對氣候變化挑戰需要世界經濟迅速和協調一致的轉型，隨著越來越多國家做出凈零承諾，需采取措施將承諾轉化為具體行動計劃。在個別國家，可以通過確定“敏感干預點”來實現減排。通過部署諸如邊境碳調節等機制，在已采取積極脫碳政策的國家和尚未采取措施的國家之間創造公平競爭環境，可以實現更大程度的行動協調。跨學科研究有助于為應對氣候變化和其他相關挑戰所需的社會和環境轉型提供信息。