CHƯƠNG 4. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 86
4.1 Các kịch bản phát thải khí nhà kính
4.1.1 Khái niệm về kịch bản phát thải khí nhà kính
Kịch bản là hình ảnh của tương lai. Kịch bản không phải là kết quả dự đoán hay dự báo. Mỗi kịch bản là một bức tranh tưởng tượng dựa trên những suy luận có căn cứ khoa học về sự phát triển của tương lai có thể xảy ra.
Những hoạt động của con người trong vài thập kỷ gần đây đã làm tăng đáng kể nồng độ các KNK trong khí quyển, từ đó làm tăng nhiệt độ toàn cầu. Sự phát thải KNK do hoạt động của con người được quyết định bởi nhiều yếu tố khác nhau, như sự tăng dân số, sự phát triển kinh tế – xã hội và tiến bộ khoa học kỹ thuật, v.v.. Do đó, nó có thể có những biến động lớn trong tương lai. Với mục đích hỗ trợ cho việc phân tích, đánh giá BĐKH và tác động của nó, tìm giải pháp thích ứng và giảm nhẹ BĐKH, các kịch bản phát thải KNK đã được ra đời. Kịch bản phát thải là một công cụ hữu hiệu để phân tích ảnh hưởng của các nhân tố lên tình trạng phát thải, từ đó đưa ra những “viễn cảnh” để lựa chọn cho tương lai. Các kịch bản phát thải KNK được xây dựng dựa trên những thay đổi của các nhân tố như kinh tế, dân số, chính trị hay công nghệ.
Các kịch bản phát thải là thành tố trung tâm của bất kỳ đánh giá BĐKH nào. Phát thải KNK là yếu tố đầu vào cơ bản của các mô hình khí hậu để đánh giá BĐKH trong tương lai. Kết quả về BĐKH có thể xảy ra trong tương lai, cùng với những nhân tố khác như phát triển kinh tế, tăng dân số và điều kiện môi trường đã cung cấp những thông tin cơ bản cho phép đánh giá về những mối đe dọa, những tác động xấu có thể xảy ra và cả những chiến lược thích ứng. Những nhân tố hình thành kịch bản cũng đồng thời cung cấp cơ sở cho những đánh giá về chiến lược giảm nhẹ và xây dựng những chính sách để ứng phó với BĐKH.
Từ vài thập kỷ gần đây, nhiều nghiên cứu toàn cầu đã sử dụng các kịch bản như là một công cụ để tiếp cận lượng khí CO2 và các KNK khác được phát thải trong tương lai. Một trong những kịch bản đầu tiên cuối thập kỷ 1970 được Viện Quốc Tế về Phân tích các Hệ thống ứng dụng tiến hành (http://www.iiasa.ac.at) trong một nghiên cứu có tên là Năng lượng trong một thế giới hữu hạn (Energy in a Finite World). Tiếp đó cũng đã có một số nghiên cứu khác về lĩnh vực này. Tuy nhiên, phải đến khi các báo cáo của IPCC được công bố thì các kịch bản về phát thải KNK trong tương lai mới đóng một vai trò thực sự quan trọng.
Những thay đổi của các nhân tố như kinh tế, dân số, chính trị hay công nghệ tác động đến sự gia tăng phát thải các KNK, có thể dẫn đến sự biến đổi của khí hậu. Việc ước lượng được sự thay đổi đó trong tương lai là vấn đề rất khó do các nhân tố cấu thành chứa đựng trong đó những yếu tố luôn luôn biến đổi. Tuy nhiên, để có thể so sánh mức độ tác động giữa các thành phần nhằm dự báo khí hậu tương lai, dù các nhân tố luôn biến đổi, IPCC cũng đã quyết định đưa ra các kịch bản phát thải KNK được
xây dựng dựa trên những giả định về thế giới tương lai. 3 chuỗi kịch bản đã được IPCC phát triển và công bố vào các năm 1990, 1992 và 2000 đã thay đổi đáng kể theo thời gian về cách phân loại, các giả thiết cũng như các phương pháp sử dụng. Kịch bản sớm nhất là SA90 (1990 IPCC Scenario A), tiếp theo là bộ kịch bản IS92 (IS92a–IS92f) được công bố năm 1992, và bộ các kịch bản SRES (Special Report on Emissions Scenarios) được ban hành chính thức năm 2000…
4.1.2 Kịch bản SA90
Tháng 01 năm 1989, Nhóm Làm việc Chiến lược Ứng phó RSWG (the Response Strategies Working Group) yêu cầu một nhóm các chuyên gia Hà Lan và Mỹ chuẩn bị một tập hợp các kịch bản phát thải toàn cầu cho các khí CO2, CH4, N2O, CFCs, NOx
và CO đến năm 2100. Các kịch bản này được hoàn thành vào tháng 12 năm 1989 và được sử dụng làm đầu vào cho các mô hình toàn cầu cũng như để đánh giá BĐKH tương lai (theo IPCC, 1990a và b).
Trong các kịch bản của SA90 (bao gồm 4 kịch bản A, B, C, D), dân số được giả thiết sẽ tiệm cận 10,5 tỉ người trong nửa sau của thế kỷ 21. Phát triển kinh tế được giả thiết sẽ tăng khoảng 2 –3%/năm trong thập kỷ tiếp sau trong các nước OECD (Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế) và từ 3 – 5% ở Đông Âu và ở các nước đang phát triển. Mức độ tăng trưởng kinh tế được giả thiết sẽ giảm đi sau đó.
Đối với kịch bản A (Scenario A hay còn được gọi là kịch bản BaU – Business–as–Usual), các giả thiết được đưa ra là năng lượng than đá được sử dụng nhiều và hiệu quả sử dụng năng lượng ít được cải thiện. Sự quản lý mônôxit cacbon (CO) kém, phá rừng vẫn tiếp tục cho đến khi các khu rừng nhiệt đới bị suy kiệt; phát thải khí mêtan và ôxit nitơ từ các hoạt động nông nghiệp là không quản lý được. Nghị định thư Montreal nhằm hạn chế các khí CFCs được đưa vào thực hiện với sự tham gia không đầy đủ từ các nước.
Trong kịch bản B (Scenario B), cung cấp năng lượng chuyển dịch về phía cacbon thấp. Hiệu quả sử dụng năng lượng tăng cao. Việc quản lý CO được thực hiện chặt chẽ. Các khu rừng được bảo toàn và Nghị định thư Montreal được thực hiện một cách toàn diện.
Trong kịch bản C (Scenario C), chuyển dịch theo hướng năng lượng tái tạo và năng lượng hạt nhân được đưa ra trong nửa cuối của thế kỷ 21. Các hợp chất CFCs được ngừng sản xuất và phát thải nông nghiệp được hạn chế.
Với kịch bản D (Scenario D), chuyển dịch theo hướng năng lượng tái tạo và năng lượng hạt nhân xuất hiện từ nửa đầu thế kỷ 21 và mức phát thải đạt đến độ ổn định ở các nước công nghiệp. Kịch bản này chỉ ra rằng mức độ quản lý nghiêm ngặt trong các nước công nghiệp kết hợp với mức tăng trưởng trung bình trong phát thải ở các nước đang phát triển có thể làm ổn định nồng độ khí quyển. Phát thải khí cácbônic đến giữa thế kỷ 21 giảm đến 50% so với mức độ phát thải của năm 1985.
4.1.3 Kịch bản IS92
Hai năm sau khi đưa ra các kịch bản SA90, IPCC đã đưa ra 6 kịch bản phát thải mới gọi là các kịch bản IS92 cho thời đoạn từ 1990 đến 2100. Các kịch bản IS92 theo nhiều khía cạnh là rất tiến bộ. Đây là những kịch bản toàn cầu đầu tiên cung cấp các thông tin đầy đủ về các KNK, và là các kịch bản đầu tiên cung cấp các thông tin phát thải cho SO2.
6 kịch bản phát thải từ IS92a đến IS92f, được đưa ra vào năm 1992. Các giả thiết sử dụng cho các kịch bản IS92 đến chủ yếu từ các kết quả dự báo đã được công bố bởi các tổ chức quốc tế lớn hoặc từ các phân tích chuyên gia. Các tiền đề cho 2 kịch bản IS92a và IS92b khá giống và cập nhật với kịch bản SA90 được sử dụng trong báo cáo của IPCC lần thứ nhất năm 1990.
IS92a được chấp nhận rộng rãi như là một kịch bản tiêu chuẩn dùng để sử dụng cho các nghiên cứu đánh giá tác động, mặc dù các khuyến nghị của IPCC ban đầu là cả 6 kịch bản IS92 cần được sử dụng để biểu diễn khoảng bất định trong các phát thải.
Theo kịch bản này, dân số tăng lên đến 11,3 tỉ người vào năm 2100 và tăng trưởng kinh tế đạt trung bình 2,3% một năm từ 1990 đến 2100, với việc sử dụng kết hợp giữa nguồn năng lượng truyền thống và nguồn năng lượng tái tạo.
Phát thải KNK nhiều nhất là kịch bản IS92e ở đó kết hợp mức tăng trưởng dân số trung bình, tăng trưởng kinh tế cao, sử dụng nhiều năng lượng hóa thạch trong khi không sử dụng nguồn năng lượng hạt nhân. Ở phía cực trị ngược lại, IS92c là kịch bản mà ở đó phát thải CO2 sẽ giảm xuống thấp hơn mức phát thải của năm 1990. Kịch bản này giả thiết rằng dân số đầu tiên là sẽ tăng, sau đó giảm từ giữa thế kỷ 21, khi mà kinh tế tăng trưởng chậm và có một số yếu tố hạn chế nguồn cung năng lượng hóa thạch.
Trong 6 kịch bản IS92, IS92a được coi là ước lượng tốt nhất cho tương lai trong trường hợp các vấn đề về môi trường không ảnh hưởng nhiều tới vấn đề chính trị. Hình 4.1 cho biết mức độ phát thải KNK đến 2100 theo 6 kịch bản năm 1992.
Hình 4. 1. Phát thải khí CO2 trong thế kỉ tới theo 6 kịch bản của IPCC 1992
Năm 1994, IPCC đã đánh giá lại các kịch bản IS92 và cho thấy tính đột phá của chúng khi được công bố. Các kịch bản này đã mô tả được tình hình phát thải KNK trên quy mô toàn cầu và khu vực. Đồng thời, bản đánh giá này cũng chỉ ra những hạn chế của các kịch bản này trong việc xác định cường độ phát thải CO2 tính theo năng lượng cũng như chưa đề cập đến sự khác biệt đáng kể trong thu nhập bình quân giữa các nước phát triển và đang phát triển sau một thế kỷ.
Một điểm khác dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi các kịch bản IS92 là các kịch bản này mới chỉ sử dụng số liệu từ trước năm 1990, chưa cập nhật được những số liệu mới. Người ta nhận thấy rằng, ở một số khu vực phát thải SO2 có tầm quan trọng đối với BĐKH tương đương với phát thải các KNK khác. Sự tăng nhanh phát thải SO2 cũng đã đặt ra vấn đề cần cập nhật các kịch bản IS92 này. Bên cạnh đó, những dự án phát thải của các nước thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD) dẫn đến những thay đổi trong luật, hay sự sửa đổi trong đạo luật về không khí sạch của Hoa Kỳ, nghị định thư lần thứ II của Châu Âu
về Sunfua đều không được phản ánh trong các kịch bản IS92. Sự tan rã của các nước Đông và Trung Âu; Sự ra đời của các nước độc lập tách ra từ Liên Bang Xô Viết cũng không hề được tính đến khi xây dựng IS92. Ngoài ra còn có sự phát triển của các mô hình tổng hợp cho phép đánh giá được tác động nội tại giữa các thành phần như năng lượng, kinh tế, thay đổi sử dụng đất, từ đó có được đánh giá tác động qua lại giữa phát thải và các tác động khí hậu.
IPCC 1994 đã chỉ ra cần phát triển các kịch bản mới trong đó phải đạt được những bước tiến mới như:
- Ước lượng được tình trạng phát thải trong tương lai, chi tiết cho các trường hợp sử dụng đất khác nhau.
- Cập nhật những thông tin mới nhất về sự thay đổi tình hình kinh tế thế giới.
- Mở rộng khoảng phát triển kinh tế – xã hội, bao gồm cả sự thu hẹp về thu nhập bình quân giữa các nước đang phát triển và các nước công nghiệp.
- Kiểm định các xu hướng mới và đánh giá mức độ trong thay đổi về công nghệ.
- Đánh giá hậu quả của kinh tế thị trường cũng như kinh tế tư nhân.
- Phản ánh những cam kết về phát thải liên quan với Công ước khung của LHQ về BĐKH.
IPCC 1994 đã chỉ ra bốn hướng sử dụng cơ bản của các kịch bản phát thải IS92 là:
- Cung cấp đầu vào cho việc đánh giá hậu quả đối với khí hậu và môi trường của phát thải KNK.
- Cung cấp những cơ sở tương tự với những can thiệp về chính trị để giảm phát thải KNK.
- Cung cấp đầu vào cho việc định ra khả năng ứng phó và giảm thiểu cũng như chi phí cần thiết ở các khu vực và vùng kinh tế khác nhau.
- Cung cấp cơ sở cho các cuộc thương lượng về giảm phát thải KNK.
4.1.4 Kịch bản SRES
Đến tháng 9 năm 1996, tại phiên họp toàn thể ở thành phố Mexico, IPCC đã quyết định phát triển bộ kịch bản phát thải mới.
Đó là các họ kịch bản gốc A1, A2, B1 và B2, hay còn gọi là các kịch bản SRES được ban hành chính thức năm 2000. Những kịch bản này bao trùm rộng lớn các nhân tố chính tác động đến phát thải trong tương lai, như dân số, công nghệ hay sự phát triển kinh tế. Ngoài ra, những kịch bản này còn đề cập đến những nhân tố khác ảnh hưởng tới nguồn phát thải KNK như cấu trúc của hệ thống năng lượng và thay đổi sử dụng đất. Việc xây dựng bộ kịch bản phát thải mới này dựa trên những đánh giá tổng hợp, sử
dụng 6 mô hình khác nhau và một “quá trình mở” có sự tham gia và phản hồi các ý kiến từ nhiều cá nhân, tổ chức. Bộ kịch bản này trình bày về những phát thải liên quan đến hoạt động của con người đối với hầu hết các loại KNK (Bảng 4.1). Các kịch bản này bao trùm các khoảng phát thải KNK rất lớn theo các tài liệu về kịch bản đã được xuất bản. Ví dụ như đối với phát thải CO2
vào năm 2100 ở trong khoảng từ dưới 6 cho tới hơn 40 tỷ tấn cacbon nguyên tử (GtC), tức là gần bằng mức phát thải năm 1990 và cho tới gấp 7 lần mức phát thải này.
Bảng 4. 1. Tên và công thức hóa học (hoặc ký hiệu) của các KNK được đề cập trong các kịch bản phát thải
Cácbônic CO2
Mônôxit cacbon CO Hydro clorua florua
cacbon HCFCs
Hydro florua cacbon HFCs
Mêtan CH4
Ôxit nitơ N2O
Các ôxit nitơ NOx
Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không chứa mê tan
NMVOCs Các hóa chất flo hóa PFCs
Điôxit sunfua SO2
Hexaflo sunfua SF6
Các kịch bản mới SRES chỉ hướng vào ba mục đích là:
- Cung cấp đầu vào cho việc đánh giá hậu quả đối với khí hậu và môi trường của phát thải KNK.
- Cung cấp đầu vào cho việc định ra khả năng ứng phó và giảm thiểu cũng như chi phí cần thiết ở các khu vực và vùng kinh
tế khác nhau.
- Cung cấp cơ sở cho các cuộc thương lượng về giảm phát thải KNK.
Các mục đích này không bao gồm bất kỳ một chính sách nào cụ thể cho việc giảm phát thải KNK. Do vậy, không thể trực tiếp sử dụng các kịch bản này cho mục đích thứ hai của kịch bản IS92 (xem phía trên). Thay vào đó, chúng có thể sử dụng trong các trường hợp tham khảo để xây dựng các thỏa hiệp chính trị.
Với ba mục đích nêu trên, các kịch bản phát thải mới đã chia thành 3 cộng đồng sử dụng chính:
- Nhóm I, bao gồm các nhà mô hình hóa khí hậu, những người sử dụng các chiến lược phát thải trong tương lai làm đầu vào cho các mô hình khí hậu để xây dựng các kịch bản BĐKH.
- Nhóm II, bao gồm các nhà phân tích, đánh giá tác động, ảnh hưởng dựa trên sản phẩm của nhóm I. Việc phân tích, đánh giá tác động căn cứ vào những kiến thức liên quan về thay đổi trong kinh tế – xã hội, như tác động của BĐKH tới hệ sinh thái và con người phụ thuộc vào nhiều nhân tố.
- Nhóm III, phân tích các phương án giảm thiểu để ứng phó với BĐKH.
Những vấn đề được quan tâm của từng nhóm sử dụng đã tạo ra nhu cầu tự nhiên mà các kịch bản phát thải cần thỏa mãn. Ví dụ như các nhà mô hình hóa khí hậu và những người phân tích, đánh giá tác động cần các kịch bản ở quy mô khoảng 100 năm hoặc dài hơn do đòi hỏi về thời gian phản ứng lại của hệ thống khí hậu. Nhưng các nhà hoạch định chính sách thì lại cần tập trung vào quy mô trung hạn, từ 20 đến 50 năm. Các kịch bản phát thải do vậy cần thu thập đủ các thông tin có hiệu quả cho các nhóm sử dụng khác nhau.
Trong việc xây dựng các kịch bản phát thải của IPCC, đồng nhất thức Kaya đóng một vai trò như là một hạt nhân chính.
Đồng nhất thức được lấy theo tên của nhà kinh tế học năng lượng Nhật Bản Yoichi Kaya, được biểu diễn dưới dạng:
F = P × (G / P) × (E / G) × (F / E) = P × g × e × f
trong đó F là phát thải CO2 do hoạt động của con người; P là dân số; G là tổng sản phẩm nội địa GDP và g=(G/P) là GDP theo đầu người; E là mức tiêu thụ năng lượng tổng cộng và e=(E/G) là mật độ năng lượng tính theo GDP, nghĩa là năng lượng sử dụng cho một đơn vị GDP; f=(F/E) là mật độ cacbon theo năng lượng, nghĩa là mức độ phát thải cacbon trên một đơn vị năng lượng tiêu thụ.
Đồng nhất thức Kaya rất đơn giản và dựa trên các số liệu có được, đồng nhất thức này là một công cụ để tính toán phát thải