Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 2023, T. 511, № 1, стр. 67-77

1. ДИНАМИКА ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ И КАРБОНОЕМКОСТИ ЭКОНОМИКИ В РОССИИ В 1990–2020 гг.

За последние три десятилетия в динамике выбросов парниковых газов (ПГ) в России выделяются два периода – резкое снижение в 1990-е годы и постепенный рост в 2000–2020 гг. (рис. 1). Минимум нетто-эмиссии (с учетом поглощения СО₂ биотой) пришелся на 2010 г., что было вызвано увеличением поглощающей способности лесов за счет сокращения заготовки древесины и зарастания брошенных сельхозугодий.

Если падение выбросов в 1990–2000 гг. затронуло практически пропорционально все отрасли национальной экономики и отразилось на выбросах всех ПГ (диоксид углерода, метан, закись азота, хлорфторуглеводороды и др.), то последовавшее затем частичное восстановление объемов эмиссии пришлось в основном на энергетику и в меньшей степени – на промышленные процессы, где выросли выбросы углекислого газа (рис. 1).

Основными причинами этих изменений стала глубокая перестройка экономики страны (рис. 2, 3).

Рис. 2.

Энергопотребление, физический объем ВВП и выбросы ПГ (в пересчете на СО_2экв) относительно уровня 1990 г. (а) и энергоемкость и карбоноемкость ВВП и карбоноемкость энергопотребления (б) России по данным Росстата и [10].

Рис. 3.

Структура ВВП (а) и энергопотребления (б) в России по данным Росстата и [10].

Резкое падение объема валового внутреннего продукта (ВВП) в 1990-е годы сопровождалось и структурной перестройкой экономики – снижением доли промышленного производства и ростом услуг (рис. 3а), причем этот процесс продолжался вплоть до экономического кризиса 2008 г., что привело к существенному снижению энергоемкости ВВП (рис. 2а).

Эти же экономические драйверы обеспечили в 1990–2010 гг. практически двукратное снижение карбоноемкости экономики России (рис. 2б), чему способствовали также переход на менее углеродоемкий природный газ и новый импульс в строительстве и вводе АЭС в отечественной энергетике (рис. 3б).

Однако наметившаяся с 2014 г. тенденция к опережающему развитию добывающей и обрабатывающей промышленности (рис. 3а) вместе с замедлением темпов газификации (рис. 3б) отечественной экономики привели практически к стагнации энергоемкости ВВП России и, соответственно, к прекращению снижения карбоноемкости энергопотребления (рис. 2б).

Уникальной особенностью России, оказывающей значительное влияние на углеродный баланс не только самой страны, но и планеты в целом, являются масштабные лесные пожары (рис. 4). Эта особенность приобрела в последние десятилетия характер национального бедствия и потребовала вмешательства Президента страны [11], в императивной форме потребовавшего 50%-ного сокращения объема выгораний к 2030 г. относительно уровня 2021 г. (заметим, рекордного за всю историю наиболее полных спутниковых наблюдений). Пока же данные дистанционного зондирования Земли (как отечественные [12–16] и Авиалесоохраны, так и зарубежные базы данных GFED, Global Forest Watch) свидетельствуют о росте лесных площадей, пройденных огнем, и увеличении соответствующей эмиссии СО₂, которая составляет в среднем около 40% от выбросов при сжигании топлива, но в отдельные годы достигая 75% (рис. 4б). Увеличение площади лесных пожаров со временем обусловлено, помимо антропогенных факторов, таких как развал лесоохраны в 1990-х гг., потеплением климата, которое на территории России почти повсеместно приводит к увеличению горимости древостоя и продолжительности пожароопасного периода на срок до 1–3 нед в течение текущего столетия. Это обстоятельство является дополнительным серьезным препятствием на пути осуществления планов по увеличению фиксации углерода лесами.

Рис. 4.

Лесные площади, пройденные огнем, и гибель лесов от пожаров (а), и выбросы углекислого газа от потерь лесов в сравнении с эмиссией при сжигании топлива (б) в России (по данным [12–16], Авиалесоохраны, GFED и Global Forest Watch).

2. МЕЖДУНАРОДНЫЕ СРАВНЕНИЯ

Для оценки возможностей достижения углеродной нейтральности выполнен сравнительный анализ процессов, происходящих в экономике, и, прежде всего, в энергетике ряда стран – как лидеров декарбонизации (ЕС, Япония, США и Канада), так и крупнейших развивающихся экономик, находящихся только в начале пути к заявленной ими углеродной нейтральности (Китай, Индия, Турция).

В сфере энергетики для стран-лидеров характерна смена периода стабилизации удельного (на душу населения) энергопотребления на его умеренное снижение (рис. 5а), в то время как в развивающихся экономиках (куда входит и Россия) продолжается рост этого показателя.

Рис. 5.

Удельное энергопотребление (а) и углеродная интенсивность энергопотребления (б) по данным [17, 18] и EDGAR.

При анализе карбоноемкости энергопотребления (рис. 5б) такого же явного разделения не наблюдается. У большинства стран (ЕС, США, Япония, Китай, Турция) на протяжении последних 50 лет сохраняется тенденция снижения удельных выбросов в энергетике (с трехлетней паузой в Японии, связанной с массовой остановкой АЭС после аварии на Фукусиме в 2011 г.), в Канаде они стабилизировались в 1985 г. на беспрецедентно низком уровне в результате широкого использования гидро- и атомной энергии. В России стагнация этого показателя наблюдается с 2008 г. на уровне едва ниже среднемирового, а энергетика Индии на всем 50-летнем интервале отличается удивительным постоянством в результате устойчивого преобладания угля в национальном энергетическом балансе.

Все исследуемые страны за последние 40 лет значительно сократили энергоемкость своих экономик (рис. 6а), причем если в 1980 г. различие между довольно неожиданным лидером – Турцией и понятным аутсайдером – Китаем, – составляло один порядок, то в настоящее время границы диапазона различаются всего в 3 раза, причем максимальные значения зафиксированы в странах с наиболее холодным климатом – России и Канаде.

Рис. 6.

Энергоемкость (а) и углеродоемкость (без ЗИЗЛХ) (б) ВВП по ППС по данным [17], EDGAR и МВФ.

Сочетание этих двух тенденций – снижения углеродоемкости энергопотребления и энергоемкости ВВП ожидаемо привели к существенному уменьшению углеродоемкости экономик всех рассмотренных стран (рис. 6б), но с разными темпами (см. табл. 1).

Характер изменений удельных выбросов ПГ на душу населения (рис. 7), как и следовало ожидать, в точности соответствует динамике душевого потребления энергии, основного источника ПГ, но в зависимости от страны выбросы ПГ могут как уменьшаться, так и увеличиваться.

Рис. 7.

Удельные выбросы ПГ на душу населения (без ЗИЗЛХ) по данным [18] и EDGAR.

Средние годовые темпы изменения удельных показателей выбросов ПГ за последние 50 лет приведены в табл. 1.

Климатическая нейтральность достигается в том случае, когда антропогенная эмиссия ПГ уравновешивается биосферными стоками, поэтому таким важным является соотношение этих величин. Среди больших стран Россия по этому параметру сегодня является безусловным лидером (рис. 8), поскольку в последнее десятилетие леса поглощали около трети объема выбросов ПГ из антропогенных источников [10]. Важно отметить, что огромное преимущество в этой сфере, которым сейчас располагает Россия, является не постоянным, а временным, и неизбежно будет утрачено еще до середины нынешнего столетия в результате фундаментальной трансформации национального лесного резервуара углерода. Дело в том, что нынешние исключительно высокие значения биосферного стока, пик которых, кстати, уже давно остался позади, обусловлены кратным сокращением рубок в 1990-х гг. и зарастанием брошенных тогда же сельскохозяйственных земель. Выросший на этих площадях молодой лес активно поглощал углерод атмосферы в течение нескольких десятилетий, но по мере его перехода в категорию возрастных он утрачивает эту способность вплоть до перехода в стационарную фазу практического равновесия с близким к нулю нетто-потоком углерода – примерно так, как это происходит теперь в зрелых и управляемых лесах Европы или Канады, согласно данным инвентаризаций РКИК.

Рис. 8.

Нетто-сток ПГ за счет ЗИЗЛХ (относительно суммарной эмиссии из остальных источников) по данным РКИК.

3. СЦЕНАРИИ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В РОССИИ ДО 2060 г.

События последнего года разом перечеркнули все существовавшие ранее прогнозы экономического развития не только России, но и многих других государств. Именно поэтому для целей нашего исследования, когда ставится задача выполнить весьма рискованную экстраполяцию интенсивности осуществления политики по сдерживанию эмиссии ПГ на несколько десятилетий вперед, был избран историко-экстраполяционный метод в противовес традиционному, основанному на детальных предположениях о развитии экономики. В том, что историческая экстраполяция способна давать полезные результаты, убеждает наш собственный опыт построения дальних прогнозов развития мировой энергетики, когда выполненные, например, в 1990 г. прогнозы продемонстрировали совпадение с действительными значениями потребления энергии в мире в пределах 2% на горизонте свыше 30 лет [19, 20]. Тем не менее, учитывая необычайно высокую зависимость конечного результата от политических решений, мы сочли необходимым здесь рассмотреть два крайних сценария движения России к климатической нейтральности: оптимистический и реальный, учитывающий, в том числе, и текущие события. В качестве демографического сценария в обоих вариантах избран медианный сценарий ООН [18], предполагающий снижение численности населения страны до 128 млн к 2060 г.

Оптимистический сценарий основан на предположении, что идеи борьбы за сохранение климата приобретут в российском обществе значительно большее влияние, соизмеримое с тем, которое возобладало в развитых странах мира в последние три десятилетия. В этом случае Россия может рассчитывать на развитие скоростей декарбонизации на уровне лучших мировых стандартов (см. табл. 1). В целом параметры оптимистического сценария декарбонизации выглядят следующим образом:

1) темпы снижения удельных (на душу населения) антропогенных выбросов ПГ составляют 1% в год (среднее значение для развитых стран мира в 1990–2020 гг.);

2) показатели лесопользования следуют Стратегии-2030 (2021 г.) и предполагают полное лесовосстановление после всех сплошных рубок; динамика поглощения углерода лесами следует максимальным национальным оценкам, которые, подчеркнем, сегодня заметно расходятся с международными рекомендациями;

3) учтена дополнительная фиксация углерода лесами с учетом изменения климатических факторов (температуры и количества осадков), а также эффекта фертилизации в результате обогащения атмосферы углекислым газом [21];

4) реализовано 50%-ное сокращение площади лесных пожаров (согласно Указу Президента России [11]) к 2030 г. с сохранением этого показателя в дальнейшем.

Реальный сценарий декарбонизации учитывает те трудности, которые связаны с радикальной перестройкой всех отраслей экономики – от энергетики до лесопользования, и характеризуется следующими параметрами:

1) темпы снижения удельных (на душу населения) антропогенных выбросов ПГ соответствуют умеренным показателям, достигнутым в 1990–2020 гг. в Японии и Канаде и составляют 0.5% в год, что заметно лучше современных российских показателей (см. табл. 1);

2) показатели лесопользования следуют международным рекомендациям и основаны на результатах официальной инвентаризации лесов [2] и Лесной стратегии-2030 [22] с учетом реальных перспектив развития лесного комплекса и динамики поглощающей способности лесной биоты, согласно которым нетто-сток углерода обнаруживает тенденцию к небольшому росту [23]. В этом варианте стареющие леса теряют свою биопродуктивность, но одновременно в лесном хозяйстве реализуются технически и экономически возможные лесоклиматические проекты, а борьба с лесными пожарами имеет ограниченный успех.

Расчеты антропогенных выбросов и биотического нетто-стока ПГ в рамках этих двух сценариев декарбонизации приведены на рис. 9 вместе с оценками других авторов. Здесь следует особо подчеркнуть, что все имеющиеся сценарии кратного повышения нетто-стока ЗИЗЛХ – суть результаты моделирования, никак не связанные ни с данными Национального кадастра ПГ [10], ни со Стратегией развития лесного комплекса России [22].

Рис. 9.

Сценарии: суммарной эмиссии ПГ (без ЗИЗЛХ) – оптимистический (1а) и реальный (1б) настоящей работы, базовый (2а) и исходный (2б) [9], rcp4.5 (3a) и rcp2.6 (3б) [24] и целевой (4) [1]; нетто-стока ЗИЗЛХ – оптимистический (5а) и реальный (5б) настоящей работы, базовый (6) [2], rcp4.5 (7a) и rcp2.6 (7б) [24].

Немедленный старт мероприятий по декарбонизации экономики России способен снизить выбросы ПГ с современных 2 млрд т СО_2экв до примерно 1.3 млрд т СО_2экв к 2060 г., что соответствует рассчитанной по национальной методике и удвоенной по сравнению с современной поглотительной способностью лесов страны, при условии полной компенсации сплошных рубок, двукратного сокращения площадей лесных пожаров и увеличению биопродуктивности лесов.

Реализация как низкого, так и высокого сценариев не так давно утвержденной Энергетической стратегии России на период до 2035 г. [25] (рис. 10) отодвигает начало декарбонизации и увеличивает к 2060 г. выбросы до 1.5–1.6 млрд т СО_2экв (рис. 11).

Рис. 10.

Оценки добычи (а) и потребления (б) энергоресурсов согласно низкому сценарию Энергетической стратегии России [25] (ЭСР) и базовому сценарию ИНЭИ РАН [9] (ИНЭИ) с экстраполяцией до 2060 г.

Рис. 11.

Оценки суммарной эмиссии ПГ (без ЗИЗЛХ) и нетто-стока ЗИЗЛХ для оптимистического и реального сценариев.

События последнего года согласно обновленному “базовому” сценарию ИНЭИ РАН [9] на десятилетия снижают добычу и экспорт энергоресурсов, а с ними и объем эмиссии, который следует весьма близко к реальному сценарию настоящей работы на горизонте до 2040 г.

Сравнение полученных в настоящей работе оценок с представленными в [24] сценариями эмиссии ПГ в России на период до 2100 г. показывает, что оптимистический сценарий декарбонизации лежит между вариантами максимального rcp2.6 и умеренного сдерживания потепления rcp4.5 , ближе к последнему.

Что касается наших расчетов биотического нетто-стока, то с учетом климатически обусловленного увеличения биопродуктивности лесов они близки к варианту rcp4.5 [24], а без этого увеличения – к варианту rcp2.6 той же работы.

Отдельно следует остановиться на результатах расчетов лесного нетто-стока ПГ, недавно выполненного специалистами в области лесного хозяйства [2]. Анализируя показатели новой Стратегии развития лесного комплекса России на период до 2030 г. [22] и современное состояние лесной отрасли, они делают вывод о невозможности роста поглощения СО₂ лесами, ожидая двукратного снижения этого показателя уже к 2030 г., а в более отдаленной перспективе и вовсе снижения его до уровня 1990 г. Актуализированная оценка той же научной группы [23] допускает, что в результате совершенствования методики государственного учета лесов, выполнения лесоклиматических проектов, а также снижения лесопожарной опасности реально достижимое увеличение стока углерода в леса может в целом составить примерно 380 млн т СО_2экв. к 2060 г. Однако на наш взгляд эта величина должна быть вдвое снижена за счет возрастания объема рубок [22] и ограниченной эффективности борьбы с лесными пожарами, характерной для стран, обладающих обширными массивами бореальных лесов (Канаде, США, Швеции). Таким образом, при развитии событий по реальному сценарию оказывается, что небаланс эмиссии и стока сокращается более чем в два раза – с современных 1.5 до 0.7 Гт СО_2экв к 2060 г. (рис. 9). Тем не менее удаление столь значительной остаточной эмиссии за короткий исторический срок не оставляет альтернативы построению национальной индустрии улавливания и захоронения углерода (CCS) с мощностью, превосходящей мощность современной газовой промышленности (500 Мт природного газа). Это означает необходимость ввода установок CCS мощностью 18–20 Мт СО_2экв ежегодно на протяжении четырех ближайших десятилетий при том, что располагаемая мощность всех установок CCS в мире, по данным GCCSI, составляет сегодня 42.5 Мт СО_2экв/год. К этому следует добавить, что Россия в настоящее время не располагает ни одной установкой CCS промышленного масштаба, и до 2030 г. их ввод не планируется [25].

ВЫВОДЫ

1. Падение добычи, потребления и экспорта энергоносителей, связанное с ограничениями геополитического характера, значительно ускоряет процесс декарбонизации, но само по себе не обеспечивает достижение климатической нейтральности.

2. Необходимыми, но недостаточными условиями для достижения углеродной нейтральности являются многолетнее снижение удельных (на душу населения) антропогенных выбросов ПГ со скоростью 1% в год, полная компенсация лесных вырубок за счет лесовосстановления с одновременным сокращением площадей лесных пожаров не менее чем на 50%.

3. Для покрытия перспективного небаланса необходимо либо удвоение (по сравнению с современным значением) нетто-стока в ЗИЗЛХ, что выглядит сомнительным, либо развитие национальных технологий CCS в масштабах, которые превосходят современные глобальные мощности примерно в 15 раз.

4. С точки зрения мирового исторического опыта противостояния глобальному потеплению достижение углеродной нейтральности экономики России к 2060 г. вряд ли возможно.