碳中和路径下化石能源开采与碳移除技术(CDR)的协同优化研究

为应对《巴黎协定》的减排目标，研究者通过构建非可再生资源开采与碳移除技术(CDR)的动态模型，揭示了在无累积碳存储限制时，负净排放阶段的必要性及化石能源开采总量与气候成本的解耦关系。该研究为全球碳中和政策提供了关键经济学框架，发表于《Journal of Environmental Economics and Management》。

　　

全球气候治理正面临严峻挑战，《巴黎协定》要求本世纪下半叶实现净零排放，但单纯依靠减排难以达成目标。碳移除技术(CDR)成为关键突破口，但其与化石能源开采的交互机制尚不明确。这项研究通过经济学建模，首次系统分析了二者协同作用对碳中和路径的影响。

研究采用动态优化方法，构建包含化石能源开采成本函数b(A)、CDR成本函数c(α)及气候损害函数D(S)的跨期模型。通过汉密尔顿函数推导最优条件，结合稳态分析和敏感性检验，比较了无CDR约束、无限CDR容量及有限CDR存储三种情景。

Carbon dioxide removal and the feasibility of negative net emissions
研究表明，当CDR存储容量充足时，最优路径必然包含负净排放阶段。此时累积化石能源开采量A^*
独立于气候成本，仅取决于CDR的边际成本c'(α)。

The general model
模型设定资源开采成本b(A)随累积量递增，CDR成本呈凸函数特征。关键方程(7)-(10)显示，影子价格γ与碳存量S的动态关系决定了技术选择临界点。

The outcome without CDR
无CDR时，碳存量S(t)=A(t)持续增长，能源价格p(t)因气候成本γ(t)上升而递增，最终收敛于稳态值γ?=(1/r)D'(S?)。

Unlimited cumulative CDR
当c'(0)<>^*

S
，实现R
=A
-S
的净移除。

A binding limit to cumulative CDR
当存储上限R?<>^*
时，负排放阶段消失。引入拉格朗日乘数α后，β=γ-μ的动态变化导致资源开采量受气候成本直接制约。

这项研究颠覆了传统认知：在充足CDR容量下，化石能源开采可不受气候政策约束；而存储限制则会重建气候成本与资源开采的关联。为《巴黎协定》实施提供了关键理论支撑，指出扩大碳封存基础设施应优先于单纯限制化石能源开采。