美国的每个地区都有独特的特点，这将导致全国各地的建筑排放差异很大。麻省理工学院的一个团队试图理解并应对这些地区差异。信用:安德鲁·洛根/麻省理工学院混凝土可持续发展中心美国正在进入建筑热潮。从2017年到2050年，它将建造相当于纽约市20倍以上的建筑。然而，为了达到气候目标，该国还必须大幅减少其建筑物的温室气体(GHG)排放量，这占该国总排放量的27%。一个由现任和前任麻省理工学院混凝土可持续性中心(CSHub)研究人员组成的团队正在解决这些相互冲突的需求，目的是为决策者提供采取行动的工具和信息。他们在《应用能源》杂志最近的一篇论文中详细介绍了他们合作的结果，该论文预测了美国所有建筑在两种GHG减排方案下的排放量。
他们的论文发现，尽管进行了大规模的建设，但在2016年至2050年间，“具体化”的排放——来自材料生产和建筑的排放——将占到排放的四分之一左右。
此外，许多地区减少GHG排放的优先次序不同；一些国家，如西方，将从减排中受益最大，而另一些国家，如中西部的部分地区，将从干预中获得最大的回报，从能源消耗中获得最大的排放。如果这些地区优先事项得到积极解决，在2016年至2050年间，建筑行业的排放量可能会减少约30%。
量化矛盾
现代建筑比它们的前身复杂得多，也更有效率。由于新技术和更严格的建筑规范，它们可以提供更低的能耗和运行排放。然而，更高效的材料和改进的建筑标准也能产生更大的隐含排放。
从很多方面来说，混凝土是这种权衡的缩影。尽管它的耐用性可以最大限度地减少建筑物使用寿命期间的高能耗维修，但其生产规模意味着它对建筑行业的影响占很大比例。
因此，该团队在其分析中以具体的GHG缩减为中心。
“我们采取了自下而上的方法，基于一套住宅和商业建筑模型开发参考设计，”内华达大学里诺分校助理教授、前CSHub博士后埃桑·瓦希迪(Ehsan Vahidi)解释道。这些设计因屋顶和平板隔热、暖通空调效率和建筑材料(主要是混凝土和木材)而有所不同
在测量了每个参考设计的运行和体现的GHG排放量后，该团队根据建筑存量预测将其结果扩大到县一级，然后扩大到国家一级。这使得他们能够估算2016年至2050年间整个建筑行业的排放量。
为了了解各种干预措施如何能够减少GHG的排放量，研究人员通过他们的框架运行了两种不同的情景——一种“预计”情景和一种“雄心勃勃”情景。
预测的情景符合当前的趋势。它假设电网脱碳将遵循能源信息管理局的预测；新能源法规的广泛采用；提高照明和电器的效率；对于混凝土，在所有新混凝土建筑中实施50%的低碳水泥和粘合剂，并对所有水泥和混凝土排放物采用全碳捕获、储存和利用(CCUS)。
瓦希迪说:“我们雄心勃勃的设想旨在反映未来采取更积极的行动来减少GHG的排放并实现目标。“因此，雄心勃勃的方案采用了(预计方案中的)同样的策略，但在实施时采用了更激进的目标。”
例如，它假设到2050年电网排放减少33%，并将照明、电器和隔热的预计截止日期分别提前了5年和10年。混凝土脱碳也发生得更快。
减少和变化
对美国建筑行业的广泛增长预测将不可避免地产生大量排放。但是这个数字能降到多少呢？
研究小组发现，如果不实施任何GHG减排战略，建筑行业在2016年至2050年间将排放620亿吨二氧化碳当量。这相当于156万亿乘用车英里行驶产生的排放。
但两种GHG减排方案都可以大幅减少这种未缓解的“一切照旧”方案的排放。
在预测的情况下，排放量将降至450亿吨二氧化碳当量——在分析期间减少27%。这一雄心勃勃的设想将比预计的设想进一步减少6%，达到400亿吨二氧化碳当量——就像在此期间减少大约55万亿英里的客运车辆行驶里程。
瓦希迪指出:“在这两种情况下，减排的最大贡献者是能源网的绿化。“其他值得注意的减排机会来自提高照明、暖通空调和电器的效率。综合起来，这四个属性在分析期间贡献了85%的排放量。对它们的改进提供了最大的潜在减排。”
其余属性，如隔热和低碳混凝土，对排放的影响较小，因此提供的减排机会较小。这是因为在分析中，这两个属性仅适用于新建筑，而在整个分析期间，现有建筑的数量超过了新建筑。
针对新结构和现有结构的战略之间的影响差异强调了一个更广泛的发现:尽管在此期间进行了大量建设，但2016年至2050年期间，隐含排放仅占累计排放的23%，其余主要来自运营。
“这是现有结构远远多于新结构的结果，”CSHub博士后、即将上任的马萨诸塞州洛厄尔大学助理教授Jasmina Burek解释道。“2016年至2050年期间，所有新建和现有建筑产生的运营排放将始终大大超过任何给定时间新建筑的具体排放，即使建筑变得更加高效，电网变得更加绿色。”
然而，这两种情景下的减排并没有在全国范围内平均分配。该小组确定了几个区域差异，这些差异可能对决策者必须如何采取行动减少建筑部门的排放产生影响。
瓦希迪说:“我们发现，从干预到住宅排放，美国西部地区将看到最大的减排机会，在分析期间，住宅排放将占该地区总排放量的90%。
住宅排放占主导地位源于该地区持续的人口激增及其随后的住房存量增长。提议的解决方案将包括用于混凝土生产的CCUS和低碳粘合剂，以及针对住宅建筑的能源规范的改进。
和西方一样，东南地区的理想解决方案包括CCUS、低碳粘合剂和改进的能源规范。
“就东南部地区而言，干预措施应该同样针对商业和住宅建筑，我们发现这些建筑在建筑存量中分配得更均匀，”伯克解释道。“由于两个地区严格的能源法规，对运行排放的干预不如对具体排放的干预有效。”
中西部大部分地区看到了相反的结果。它的能源组合仍然是全国碳最密集的地区之一，能源效率和电网的改善将带来巨大回报——尤其是在密苏里州、堪萨斯州和科罗拉多州。
新英格兰和加州的降幅最小。由于他们已经非常严格的能源法规将限制进一步的运营减排，减少隐含排放的机会将是最有影响力的。
麻省理工团队发现的这种巨大的地区差异在很多方面反映了整个国家巨大的人口和地理多样性。还有更多变量需要考虑。
除了GHG的排放，未来的研究可以考虑其他环境影响，如水的消耗和空气质量。其他需要考虑的缓解策略包括延长建筑寿命、改造、屋顶太阳能以及回收和再利用。
从这个意义上说，他们的发现代表了建筑行业的下限。即使进一步的改善最终是可能的，他们已经表明地区差异总是会影响环境影响的减少。
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