导言
气候变化正在通过极端高温、降雨量变化、海平面上升以及对生态系统和社会的破坏造成经济损失。
清洁技术的扩散并不一致，在不同背景下的传播速度也不一样。图4.1显示了能源技术从原型到市场引入和早期采用所需的时间，早期采用在此定义为达到1%的市场份额。例如，核能在法国发明后20年内就从原型发展到早期采用，而直接还原铁则用了60年。即使是近期的成功案例也说明进展缓慢：太阳能光伏（PV）需要半个多世纪才能获得显著的市场份额。
近期经验凸显了清洁技术扩散的几大趋势。通过早期研究开发（研发）、补贴、上网电价和大规模制造，推动了陡峭的学习曲线，从而实现了成本的快速下降。随着中国的产业战略重塑供应链、降低价格并促进中等收入经济体的采用，生产和采用已转向亚洲。然而，扩散在边缘地区停滞不前：低收入国家和难以减排的部门仍然远远落在后面。当前的政策挑战主要体现在两个方面——一是调动资本、基础设施和技能，使成本下降惠及最贫穷的采用者；二是通过有针对性的研发、示范项目和早期市场培育，推动产业技术降低成本曲线。
本章探讨了清洁技术的传播方式、采用不均衡的原因以及这对下一阶段扩散的影响。本章聚焦于减缓技术，侧重于是过去二十年的部署，而不是早期的科学发现。
首先，本章确定了关键的减缓技术，并评估了这些技术在各个领域和区域的成熟度，特别关注了中国在全球格局中的影响地位。接下来，本章介绍了三个具有启发性的案例研究：太阳能（光伏）、电动汽车（EV）和氢能。
太阳能光伏展示了从早期研发到全球部署的完整扩散历程；电动汽车展示了如何通过政策支持和行业协调来解决技术竞争问题；氢能则突出了克服复杂的市场形成挑战的战略，这些挑战需要同时进行基础设施建设和需求开发。这些经过精心挑选的案例揭示了清洁技术如何成功克服基础设施障碍、现有产业抵制和协调挑战的共同模式和具体差异。本分析识别了关键的成功因素、潜在的政策干预措施以及克服采用障碍的战略方法。最后，本章探讨了新出现的风险和机遇，包括地缘政治紧张局势、供应链脆弱性以及融资挑战，这些因素将决定下一阶段全球清洁技术扩散。
减缓气候变化需要有针对性的技术创新，以减少经济活动对环境的影响。清洁技术又称低碳技术，具有多种重要功能：减少温室气体排放、提高能源效率、优化资源利用、最大限度地减少废物产生以及促进再利用和再循环。与传统化石燃料替代品相比，这些技术产生的二氧化碳排放量要低得多。
要了解最需要哪些清洁技术，就必须研究全球温室气体排放的来源、其在各经济部门之间的分布，以及哪些技术可以有效减少排放。
表4.1全面概述了这些减缓方案。该表将每个部门的排放份额与现有的和新出现的技术解决方案联系起来，揭示了全球清洁技术转型在过去二十年中的进展并不均衡。该表包括技术就绪水平（TRL），以显示每种解决方案的市场成熟度。
创新很少以线性方式通过这些不同的技术就绪水平阶段：反馈循环、逆转和重新设计屡见不鲜。不过，技术就绪水平量表还是很有价值的，因为它突出了在不同阶段通常会出现的障碍类型。在低技术就绪水平阶段，技术和融资风险占主导地位；在中等水平阶段，示范项目和早期采用取决于供应链、认证和早期需求；在较高水平阶段，主要挑战涉及与能源系统、基础设施和市场的整合。
各行业的技术成熟度差异很大
首先，成熟的技术已经解决了很大一部分排放问题，特别是在发电和建筑领域，这些领域的解决方案已经实现了广泛的市场部署。从2000年代中期的风力发电开始，在丹麦的上网电价补贴和产业支持措施等开创性政策框架的支持下，发电行业引领了这一转型。太阳能光伏发电后来居上，随着组件成本的大幅下降和政策支持机制在全球范围内的扩展，太阳能光伏在2000年代后期之后实现了指数级增长。在学习效应和竞争日益激烈的竞标推动下，风能和太阳能共同主导了整个2010年代可再生能源容量的增加。
其次，难以减排的部门，如重工业和长途运输，仍然严重依赖于仍处于原型、示范项目或早期采用阶段的技术，既有迫切的创新需求，也有巨大的投资风险。工业约占全球二氧化碳排放量的三分之一，是最难实现脱碳的部门之一。通过提高效率和中低温供热电气化（该技术已实现商业化应用），可以取得一些进展。但大多数高温工艺，如钢铁、水泥和化工工艺，所依赖的技术仍处于试点或示范阶段。方案包括氢基炼钢、替代水泥粘合剂以及化工和铝业的电气化流程。碳捕集与封存也可以发挥作用，尽管其成本仍然很高，而且对基础设施要求严苛。总体而言，工业排放的大幅削减取决于尚未完全商业化的技术的进步和规模化。
第三，电网基础设施、能源储存、氢能和碳管理系统等跨领域推动因素在多个部门发挥着重要作用，但技术成熟度跨度很大，在转型路径中产生了复杂的相互依存关系。例如，交通运输部门的转型明显滞后，电动汽车直到2010年代末仍处于边缘地位。电动汽车随后的快速增长主要得益于主要市场（尤其是中国、欧洲和美国）的政策推动。到2020年代初，随着汽车制造商致力于大规模电池平台的建设，电动汽车在主要市场的市场份额已达到两位数。
这一框架清楚地表明，深度脱碳既需要成熟技术方案的快速扩散，也需要持续努力将低技术就绪水平的技术推向市场。然而，各部门面临的具体挑战大不相同。在某些部门，主要的挑战不是技术本身的成本，而是贯穿了从早期采用到广泛部署的各技术就绪水平的系统集成。工业排放量的大幅削减取决于尚未完全商业化的技术的进步和规模化。
跨领域推动因素具有特殊的复杂性：其成熟度的多样性凸显了发展推动基础设施——电网、二氧化碳管道、储能库和氢能网络——的关键重要性，没有这些基础设施，特定技术就无法有效规模化。同时，在建筑领域中，主要障碍不是技术可行性，而是扩散挑战，包括前期成本、建筑规范和改造后勤。在农业领域，虽然有广泛的技术工具包，但采用这些工具在很大程度上依赖于政策支持、消费者行为和制度能力，而不是技术发展。
过去20年的清洁技术：分布与规模
在梳理了现有减缓技术及其成熟水平的格局之后，问题是这些方案的扩散程度如何。在过去二十年里，清洁技术已从全球能源系统的边缘走向中心（见图4.2和4.3）。太阳能光伏、风力涡轮机和电动汽车的规模已从2000年代初的微不足道发展到如今的数百吉瓦的装机容量，年销售额达数百万美元（见第1章）。
这些并行的部署和创新模式为本节提供了框架。
图4.4显示，绿色技术轨迹到达目的地地区的速度差异很大，从1年到17年不等。拉丁美洲的清洁技术在一年之内就扩散到了亚洲和欧洲，但该地区在从大多数其他区域获得技术时却经历了12-17年的漫长延迟，其中从大洋洲到拉丁美洲的路径表现出17年的最长时间障碍。相比之下，北美洲则表现出一贯高效的吸收能力，无论技术源自何处，均能在2.6至5.5年内整合传入轨迹。这可能反映出存在健全的制度框架和完善的合作网络。
清洁技术从科学出版物到专利的扩散需要8到14年的时间，具有明显的区域性特征（见图4.5）。区域内的转化速度最快：亚洲科学转化为亚洲专利的时间为7.82年，而拉丁美洲和大洋洲科学转化为国内专利的时间约为8至9年。这证实了同地的重要性。
跨区域知识流动的速度一直较慢，通常需要10至13年。非洲面临的延迟最为严重，科学论文被非洲专利引用需要13到14年的时间，无论其来源如何，这表明研究与创新基础设施之间的联系薄弱，而不是科学质量低下。事实上，非洲和拉丁美洲的研究成果被其他区域的专利引用的速度相对较快（9-11年），这表明这些区域虽能产出有价值的知识，但缺乏将外部科学迅速转化为当地创新的制度能力。北美洲科学传导至发展中区域专利的时间最长（13-14年），这可能反映了相关性差距或获取障碍。
有几个因素支撑着这一增长，特别是中国太阳能光伏战略三个发展阶段的结构性转变。
其次，直到2020年代初，高收入国家以外的采用仍然有限，不过最新趋势表明，这种情况可能正在开始改变。创新趋势反映了这一转变。清洁技术的采用主要集中在高收入经济体和中国，中低收入国家的作用要小得多。随着中收入市场通过拍卖、优惠融资和电网投资扩大部署，以及一些低收入国家启动初期项目，这种不平衡开始发生变化。中国的制造业产能过剩进一步降低了全球太阳能价格，使非洲等地区更容易获得太阳能电池板。
清洁技术扩散的驱动因素和障碍：以太阳能光伏、电动汽车和氢能为例
多种相互关联的因素推动着清洁技术的扩散：内在技术特征、可负担性和成本轨迹；配套基础设施网络；技术标准化；劳动力能力；组织吸收能力；以及制度和监管框架。这些因素既能创造加速采用的良性循环，也会设置阻碍市场渗透的障碍。本节探讨这些因素对太阳能光伏、电动汽车和绿色氢能的具体影响，阐明不同的扩散路径，并揭示在不同技术和市场背景下加快清洁能源转型的可借鉴见解。
可负担性
风能、太阳能和电动汽车的部署与这些技术成本的大幅下降密不可分。清洁技术成本的下降源于几种相互促进的机制：研发带来了根本性的改进；随着企业生产经验的积累，实践学习降低了成本；规模经济随着产出的扩大降低了单位成本。这些过程往往因知识溢出和市场增长而得到放大，是许多清洁技术陡峭学习曲线的基础。尽管如此，在可再生能源领域观察到的快速学习效应也存在一个隐患，如果用户预计市场上很快会出现更便宜、更高效的产品，他们可能宁愿采取观望行为，延缓扩散。
任何技术要想扩散，都必须满足特定用户和应用对成本和质量的要求，并能与现有的替代方案有效竞争。就清洁技术而言，扩散的关键在于清洁技术是否能够与污染性（化石燃料）技术平等竞争。然而，在实践中，由于未定价的环境外部因素和既有的市场支配地位，以化石燃料为基础的现有企业享有竞争优势。碳定价的缺失意味着污染的社会成本没有反映在市场价格中，从而扭曲了投资决策。
太阳能光伏
例如，就太阳能光伏而言，面向中国市场的大规模生产促进了实践学习和规模经济的加速发展，如图所示，随着累计产能的增加，太阳能光伏的成本价格大幅下降。极大促进规模化经济的速度和程度的是光伏制造中的模块化设计
关于太阳能光伏，美国自2014年起和欧洲在2013-2018年期间实施的贸易限制措施增加了太阳能光伏的进口成本，导致太阳能应用减少。有证据表明，2014年美国征收关税后，美国太阳能光伏的价格相对于其他市场上涨了约10%，2018年征收关税后上涨了20%，导致美国太阳能电池板的采用率下降。
电动汽车
可负担性仍然是阻碍电动汽车广泛普及的最顽固障碍之一。虽然纯电动汽车的使用寿命成本通常更具优势，但在欧洲和美国，纯电动汽车的购买价格仍比同类燃油汽车高出10%至50%，这阻碍了高收入家庭以外的消费者购买。
氢能
相比之下，钢铁、水泥或大型反应堆等重工业中集成式、特定场所的系统的资本成本较高，项目周期较长，迭代机会较少，这可能有助于解释其传播速度较慢且不均衡的原因。
成本是制约清洁氢能扩散的主要因素。可再生氢气和其他低碳氢气的价格仍比未减排化石燃料生产的氢气（“灰色”氢气）高出数倍，这就造成了持续的“绿色溢价”（低碳氢气比起灰氢更高的生产成本）。造成这一差价的主要因素有三个：（i）电价和电解槽利用率，（ii）资本密集度和堆栈耐久性，以及（iii）压缩、储存和运输的中游成本。电力是主要的成本组成部分，但最新证据也表明电解槽的成本高于预期。虽然可再生能源发电成本的下降改善了长期前景，但2022年后天然气价格的下降降低了灰氢和蓝氢的成本，从而在短期扩大了成本差距。要克服这种溢价，需要的不仅仅是补贴；还需要持续的研发，以提高效率、耐久性和催化剂设计；开展示范项目，将甲烷热解和核电解等新兴路径推向市场；扩大制造规模和系统集成规模，以获取学习效应和规模经济。就绿氢而言，目前全球99%以上的氢气来自灰氢，而低碳“蓝色”和可再生“绿色”路径仍处于示范阶段或早期商业化规模。
基础设施
在清洁技术的扩散过程中，“系统性失灵”
事实上，辅助技术和基础设施的可用性是太阳能扩散的制约因素，这关系到电网的可靠性。需要在高压输电线路、输电网络（即改善与其他区域的互联）、电网稳定设备（即电压控制设备、先进的逆变器）、净计量系统（例如，当产消者政策允许消费者将剩余能源注入该网络时）和改善配电网络（例如，智能电网、传感器）方面进行许多配套投资，以管理当地的供需波动。若未能及时对电网基础设施进行投资，将阻碍太阳能光伏系统的有效整合。
在发展中国家，缺乏将可再生能源纳入电网的配套基础设施尤其具有挑战性。随着越来越多的人口能够使用耗能商品，预计未来几十年发展中世界对电力的需求将急剧上升，而发展中国家如今对能源基础设施的选择将对经济发展和全球气候变化产生重大影响。
电动汽车需要密集的充电基础设施网络才能实现大规模应用，但充电服务提供商在电动汽车尚未得到充分普及之前往往不愿投资。充电基础设施是电动汽车扩散的关键瓶颈。如图4.7所示，全球公共充电桩存量从2018年的不足100万个增至2024年的超过500万个。尽管快速和超快速充电设备正在迅速增加，但增长主要来自慢充设备。超快速充电设备（>USD 150~kW）越来越普遍，2024年增长了约50%，但仍只占全球公共快速充电器的10%左右。跨国比较显示，充电网络密集的市场电动汽车占有率较高，这凸显了基础设施在促进电动汽车采用方面的核心作用。如图所示，挪威的成功反映了慷慨的激励措施和对公共充电设施的持续投资。
氢能需要建设新的管道，而太阳能和风能只有在配套投资电网灵活性、储能和输电设施的情况下才能实现规模化。专用管道、储能设施和港口基础设施稀缺。在56个制定了氢能战略的国家中，43个国家认为基础设施是最关键的障碍。
人力资本与技能
技术的采用取决于技术劳动者、工程师和技术人员的可用性，他们使企业能够吸收新创新中蕴含的隐性知识。有证据表明，科学家的流动有利于技术扩散。
除了科学家和工程师，清洁技术的部署还需要一支熟练的安装、维护和修理队伍。在美国，太阳能光伏的普及只有在有合格安装人员后才得以加速。
培训项目、职业教育、技能再培训和劳动力转型政策大大有助于扩大清洁技术行业的劳动者储备。发展中国家面临的主要挑战是建立技能基础，使这些国家能够直接采用清洁技术。然而，吸引劳动者从事绿色工作在很大程度上取决于工作质量（即非正规程度、污染暴露程度和工资），可能需要对劳动法规进行补充性制度改革，以及建立专门的教育和培训机构。
采用者的行为在清洁技术扩散中起着关键作用。
实证证据显示，太阳能光伏和电动汽车采用群体的社会人口特征存在巨大差异，这反过来又形成了截然不同的区域扩散模式。空间错配对智能能源系统集成有重大影响。对区域电动汽车与太阳能光伏整合的情景研究表明，车辆到电网（V2G）系统不一定在每个区域都可行，因为电动汽车采用的地理分布不一定与太阳能光伏部署较多的地区一致。这突出表明，在设计支持清洁技术扩散的政策时，需要采用基于地方的方法，考虑当地采用者的特征、基础设施限制和能源系统配置。
知识产权
知识产权是清洁技术扩散的一把双刃剑。专利和相关权通过提供临时垄断保护，激励企业进行成本高昂的研发，但它们也在设计上限制了获取途径。在气候方面，这种权衡尤为突出：扩散每推迟一年，温室气体（GHG）的累积排放量就会增加。这种不对称并不在于气候行动的紧迫性——各地的紧迫性都很高——而在于所有权和资源的地理分布。大多数清洁技术专利由高收入国家的实体所有，而中低收入国家则亟需资金支持和技术援助，以大规模实施减缓和适应措施。这种不平衡使知识产权成为国际气候谈判中经常出现的争论点。
然而，专有权也会造成障碍。许可谈判成本高昂，获取受限，采用也会延迟。对于发展中国家来说，有限的财政资源和吸收能力使得这些挑战更加严峻。太阳能行业便体现了这种影响：即随着市场日趋成熟、竞争日益激烈，关于微小但有价值的创新所引发的纠纷激增。First Solar最近因竞争对手涉嫌侵犯“TOPCon电池”专利而提起的诉讼，标志着诉讼的广泛增加；
专利承诺作为传统排他性做法的替代方案也引起了关注，但其对扩散的实际影响仍不确定。特斯拉在2014年宣布不会对其电动汽车专利的善意使用者提起诉讼，就是最突出的例子。虽然这一举措被誉为加速市场增长的大胆举措，但学者们仍在争论这种承诺究竟是真诚的承诺、战略性的品牌推广，还是将自己的技术定位为主导标准的尝试。
过去二十年来，大多数清洁创新都集中在发电、储能和电网领域，其中支撑电力和交通的电池和智能电网技术增长尤为强劲。相比之下，难以减排行业的创新仍然较少：碳捕获与封存专利虽然在增长，但仍保持在每年约100项专利家族；氢能活动在2000年代初相对活跃，但在锂离子电池在交通领域占据主导地位后就有所减弱。
制度、法规和竞争
清洁技术的扩散并不是在政治真空中进行的。由于清洁技术取代了根深蒂固的产业，因此既会产生赢家，也会产生输家，从而影响有权势的行为人支持或抵制变革的积极性。化石燃料现有产业有强烈的动机捍卫现有的收入来源，保护沉没资本。公用事业公司、煤炭生产商以及石油和天然气巨头历来游说反对碳定价、排放标准和取消补贴。
大型太阳能发电场对环境和土地使用的影响使部署工作更加复杂，特别是在人口稠密地区，当地居民通过“不要建在我家后院”邻避运动表达反对意见。
政治经济和贸易
政治和产业因素也会影响电动汽车的普及程度。在美国，电动汽车的采用呈现高度两极分化——即主要集中在特定的政治地区。在2012年至2023年期间登记的所有新电动汽车中，约有一半购自仅占全国10%的民主党倾向最强的县。三分之一购自民主党倾向最强的前5%的县。
全球电动汽车产能过剩正开始扭曲市场。中国国内的积极扩张使生产超出了国内需求，引发了激烈的价格竞争。2024年初，由于特斯拉和比亚迪降价以保护市场份额，电动汽车的平均交易价格下跌了约10%。虽然这在短期内有利于消费者，但长期的价格战可能会削弱盈利能力，阻碍对进一步创新的投资。
新兴政策工具：枢纽与公平
由于屋顶太阳能和电动汽车等技术通常由收入较高的家庭购买，早期的补贴计划不成比例地惠及富裕家庭。因此，政策设计必须预见分配后果。美国的《通胀削减法案》通过将电动汽车税收抵免与收入和汽车价格门槛挂钩来解决这一问题，而发展中国家的电价改革或可再生能源支持计划也需要平衡公平性和政治可行性。
氢能枢纽已成为一个突出的政策理念，尽管目前更多停留在理论层面而非实践层面。其理念是，将生产设施、中游基础设施和终端用户集中在一个区域内，可以加快部署速度。通过同步投资时间表和共享资产，枢纽有望帮助项目从试点走向商业规模。在这一框架中，枢纽起到了协调作用——既能降低先行者的风险，又能为技术学习提供环境。
核心问题是，枢纽能否有效解决上述障碍。原则上，其设计旨在通过共享基础设施降低生产成本，通过锚定承购商创造可信的需求信号，加快管道和储能设施的建设，并通过示范项目和认证提供更明确的监管。然而，现阶段的证据基础还很薄弱。大多数枢纽仍处于宣布或早期实施阶段，要知道这些机制是否会在实践中或在规模上发挥作用还为时尚早。
这些不确定性凸显了在枢纽从概念走向运行的过程中进行系统性评估的必要性。精心设计至关重要：需积极征询社区意见，确保排放核算透明，并使项目与长期脱碳目标保持一致。跨区域的比较证据对于评估枢纽是否兑现了承诺或只是以新的形式重新包装现有的障碍尤为重要。
对太阳能光伏、电动汽车和氢能的案例研究说明了这些技术扩散过程中的共同机制和具体差异。领先市场的早期研发和有针对性的需求拉动政策启动了扩散。随后，中国的产业战略扩大了生产规模，大幅降低了成本。补充投入——电网、充电基础设施、金融和技能——对持续采用至关重要。政治经济方面的不利因素减缓了进展速度，但在制定了可信的政策框架的情况下并没有阻碍进展。
展望未来：下一阶段扩散面临的挑战和风险
本章回顾了清洁技术是如何传播的，为什么采用情况不平衡，以及这对下一阶段的扩散意味着什么。有四个典型事实尤为突出。
在电力和轻型运输领域的部署速度很快，但在难以减排的部门仍然有限。
中国已成为创新和部署的核心参与者。
模块化在降低成本和扩大规模方面发挥了决定性作用。
尽管发展潜力巨大，但高收入经济体以外的国家最近才开始采用这种技术。
对太阳能光伏、电动汽车和氢能的案例研究揭示了清洁技术如何成功克服基础设施障碍、现有产业抵制和协调挑战的共同模式和具体差异。
下一阶段清洁技术的扩散将面临紧迫的挑战。除了在发展中国家加快采用的紧迫任务之外，还出现了一些风险。关键矿产供应的脆弱性加剧引发了对成本和可负担性的新担忧，而人工智能的变革性——以及潜在的破坏性——影响的不确定性为清洁创新和部署带来了机遇和风险。与此同时，地缘政治紧张局势正在重新定义全球格局，并可能以不可预见的方式改变清洁技术的扩散轨迹。
未来的扩散与其说取决于突破，不如说取决于系统性风险的管理。矿产稀缺、人工智能扩张和政治阻力可能会提高成本并导致市场碎片化，但创新、多元化和可信的政策可以抵消这些因素。平衡是不确定的：在某些情况下，这些压力可能会减缓采用的速度，而在另一些情况下，它们可能会催化新的投资和协调。清洁技术能否以所需的速度不断扩展，将取决于制度如何有效地提供稳定性、开放性和复原力。