Может ли человечество удовлетворить основные потребности всех людей, не дестабилизируя систему Земли?

В 2009 году  группа из 28 ученых вместе с директором Стокгольмского центра жизнестойкости Йоханом Рокстремом определила концепцию планетарных границ. Границы означают девять процессов, которые регулируют стабильность и жизнестойкость земной системы. В их пределах человечество может продолжать развиваться и процветать в течение последующих поколений. Если человечество пересечет эти границы, то риск возникновения крупномасштабных, резких или необратимых изменений окружающей среды увеличится и ей будет нанесен большой ущерб. 

Британский экономист Кейт Раворт, развивая эти идеи, в 2012 году в отчете международного объединения Oxfam представила альтернативную экономическую модель — «экономику пончика». Цель модели — обеспечить потребности всех жителей Земли, не подрывая её природных ресурсов и поддерживая равновесие всех систем.

Между социальной основой человеческого благополучия и экологическим потолком планетарного давления находится безопасная и справедливая область для человечества — тот самый пончик. Она предназначена для устойчивого и инклюзивного развития.

Дыра в пончике, находящаяся за внутренним кольцом, поделена на 12 областей. В каждой из них — стандарт, который гарантирует социальное благосостояние общества:

• вода;
• еда;
• здоровье;
• образование;
• работа и доход;
• мир и правосудие;
• политическое участие;
• социальная справедливость;
• гендерное равенство;
• жилье;
• социальные связи;
• энергия.

Иными словами, во внутреннем кольце пончика находятся те минимумы, которые необходимы человечеству для комфортной жизни по критериям, установленным ООН в области устойчивого развития. Красный цвет здесь говорит о падении ниже социального основания и дефиците в каждом из стандартов.

За внешним кольцом расположены девять областей с рисками эксплуатации планеты человеком — планетарные границы:

• изменение климата;
• закисление океана;
• химическое загрязнение;
• азотная и фосфорная нагрузка;
• исчезновение запасов пресной воды;
• переустройство земель;
• потеря биоразнообразия;
• загрязнение воздуха;
• истощение озонового слоя.

Это пределы, за которыми человечество не должно оказывать дальнейшего давления на Землю, чтобы сохранить на ней стабильность. Красный цвет в модели экономики Кейт говорит об избытке в каждом из сегментов.

Экология | В мире Йохан Рокстрём: Мы вступили в совершенно новую эпоху, где мы не только являемся самой большой силой изменений на планете, но и начинаем упираться в потолок жестко запрограммированных биофизических процессов, регулирующих функционирование Земли

Резюме:

Человечество продолжает приближаться к экологической нестабильности. Пока потребление ресурсов остается таким огромным, значительная часть населения все еще лишена достойной жизни. Концепция безопасного и справедливого рабочего пространства (the safe and just operating space, SJOS) предполагает, что можно одновременно соблюдать экологические нормы и удовлетворять основные потребности.

Однако доказательств того, что такое состояние может быть достигнуто при существующем населении и доступных технологиях, недостаточно. В этой статье мы пытаемся показать, что SJOS существует, моделируя потребности в материалах и энергии для удовлетворения основных потребностей при различных технологических сценариях. Воздействие корзины продуктов, удовлетворяющих основные потребности, на окружающую среду измеряется с помощью анализа жизненного цикла и впервые сравнивается с планетарными границами. Мы обнаружили, что все рассмотренные планетарные границы могут соблюдаться для 8,0 и 10,4 миллиардов человек с вероятностью 81% и 73% соответственно.

Однако для этого требуется энергетическая система, не использующая ископаемые источники энергии, и веганский рацион, а также отсутствие дополнительного преобразования пахотных земель.

Чтобы действительно создать и расширить безопасное и справедливое рабочее пространство, необходимо еще больше сократить выбросы углекислого газа, фосфора и азота, поддерживать биоразнообразие, главным образом за счет совершенствования методов ведения сельского хозяйства и циркуляции материалов.

 

Актуальность исследования:

Цель этого исследования – выяснить, может ли человечество удовлетворить основные потребности всех людей, не дестабилизируя систему Земли. Эта информация важна для определения путей к будущему, в котором все люди смогут жить хорошей жизнью, не ставя под угрозу средства к существованию будущих поколений. Наши результаты показывают, что теоретически возможно удовлетворить основные потребности 10,4 миллиарда человек в рамках экологических ограничений. Однако для обеспечения безопасных климатических условий необходимы масштабные преобразования во всех секторах и изменения в рационе питания.

Сокращения

CO2	carbon dioxide	углекислый газ
DLS	decent living standards	стандарты достойного уровня жизни
EF	environmental footprint	воздействие на окружающую среду
FF	fossil-free (scenario)	без ископаемого топлива (сценарий)
GWP	global warming potential	потенциал глобального потепления
ISIC	International Standard Industrial Classification of All Economic Activities	Международная стандартная отраслевая классификация всех видов экономической деятельности
LCA	life cycle assessment	оценка жизненного цикла
LCIA	life cycle impact assessment	оценка воздействия жизненного цикла
LD, HD	low, high demand (scenario)	низкий, высокий спрос (сценарий)
noLT	no land transformation	без преобразования земель
Pv	probability of violation	вероятность нарушения правил
PB	planetary boundaries	планетарные границы
SDG	sustainable development goals	цели устойчивого развития, ЦУР
SJOS	safe and just operating space	безопасное и справедливое рабочее пространство
SoS	safe operating space	безопасное рабочее пространство
WB	wooden buildings (scenario)	деревянные постройки (сценарий)
ESB	equitable and sustainable boundaries	граничные параметры справедливого и экологически безопасного мира

 

1. Введение

На протяжении всей истории человечества существовали общества, которые поддерживали себя на протяжении тысячелетий (Suzman, 2020; Gowdy, 1998). Напротив, современное общество присваивает огромное количество природных ресурсов (Krausmann et al., 2013, 2018; Flörke et al., 2013; Elhacham et al., 2020), изменяя естественные геохимические циклы в глобальных масштабах и выходя за многочисленные планетарные границы (PBs) (Steffen et al., 2015a). Дестабилизирующие процессы в земной системе угрожают самим основам, которые позволили человечеству процветать в течение последних 11 000 лет (Rockström et al., 2009b; Steffen et al., 2015b). Например, неослабевающие антропогенные выбросы парниковых газов подвергают будущие поколения опасности усиливающегося глобального потепления, что может привести к экзистенциальным последствиям для человечества (Steffen et al., 2018; Lenton et al., 2019; Armstrong McKay et al., 2022; Wunderling et al., 2022).

Несмотря на огромное потребление ресурсов и имеющиеся в техносфере запасы (Elhacham et al., 2020), базовые потребности удовлетворяются не у всех людей (O’Neill et al., 2018). Например, в 2020 году 720 миллионов человек страдали от недоедания (Food and Agricultural Organisation, 2021). Многомерная бедность сосуществует с чрезмерной роскошью (Chancel et al., 2021; Oswald et al., 2020). Богатые несоизмеримо больше ответственны за нарушение планетарных границ (Otto et al., 2019; Wiedmann et al., 2020).

Однако возвращение к операционному пространству в рамках планетарных границ – это не только вопрос перераспределения ресурсов, но и сокращения общего потребления и преобразования систем обеспечения. Кейт Раворт постулирует существование безопасного и справедливого рабочего пространства для человечества (SJOS), то есть общества, живущего выше удовлетворения основных потребностей всех, соблюдая при этом экологические ограничения (Raworth, 2012, 2017).

В предыдущих исследованиях анализировалось, достигает ли конкретное общество социальных целей для всех, не выходя за установленные экологические рамки. Исследования проводились для региональных (Dearing et al., 2014; Cooper and Dearing, 2019), национальных (Cole et al., 2014; Sayers and Trebeck, 2015; Allen et al., 2021; Roy and Pramanick, 2020), континентальных (Heijungs et al., 2014) и глобальных масштабов (Randers et al., 2019; O’Neill et al., 2018; Hickel, 2019; Ehrenstein et al., 2020; Conijn et al., 2018; Fanning et al., 2022).

Некоторые исследования посвящены конкретным социальным целям, таким, как продовольственное обеспечение (Conijn et al., 2018; Gerten et al., 2020; Willett et al., 2019), уровень счастья (Ehrenstein et al., 2020) и валовой национальный продукт (Heijungs et al., 2014), в то время как другие учитывают множество социальных целей (Soergel et al., 2021; Randers et al., 2019; Allen et al., 2021), включенных в Цели устойчивого развития (ЦУР) (United Nations, 2015). Сила ЦУР заключается в их международном признании.

Тем не менее, сомнительно, что ЦУР адекватно отражают социальные стандарты достаточности, поскольку они (i) не имеют последовательной шкалы стандартизации (Drees et al., 2021), (ii) не всегда поддаются количественной оценке (Drees et al., 2021) и (iii) подвергаются критике за то, что содержат противоречия между отдельными целями (Eisenmenger et al., 2020; Alcamo et al., 2020; Menton et al., 2020).

Кроме того, результаты зависят от того, какие показатели и в каком количестве выбраны для каждой цели (Drees et al., 2021).

Согласно другому подходу, удовлетворение основных потребностей для всех рассматривается как средство достижения социальных целей (Rao and Baer, 2012). Определение материальных и энергетических потребностей, необходимых для обеспечения достойного уровня жизни (decent living standards, DLS) (Rao and Min, 2018; Kikstra et al., 2021; Millward-Hopkins et al., 2020), позволяет реализовать теорию человеческих потребностей с помощью количественных и физических предпосылок для благополучия человека.

Однако трудности возникают с потребностями, удовлетворение которых напрямую не связано с привлечением ресурсов (например, вовлеченность, безопасность или психическое здоровье). Gough (2020) опирается на подход достойного уровня жизни и разрабатывает концепцию коридоров потребления, еще одну форму идеи «Пончика», которые характеризуются нижним пределом потребления, соответствующим удовлетворению потребностей, и верхним пределом для ограничения чрезмерного потребления, несовместимого с экологическими лимитами или социальными нормами.

Экологические ограничения, которые не следует нарушать, могут быть определены по-разному. В исследованиях местного или регионального масштаба часто определяются пределы для показателей качества воздуха, воды и почвы (Dearing et al., 2014; Sayers and Trebeck, 2015) или конкретные характеристики экосистем (например, популяции рыб; Cooper and Dearing, 2019). В исследованиях более крупного масштаба для этого используются планетарные границы (PBs) (Randers et al., 2019; Conijn et al., 2018; Sayers and Trebeck, 2015), иногда в сочетании с воздействием на окружающую среду (planetary boundaries and environmental footprints, PB&EF) (O’Neill et al., 2018; Cole et al., 2014; Ehrenstein et al., 2020; Allen et al., 2021; Roy and Pramanick, 2020).

В ходе анализа достижений 150 стран ни одна из них не достигла всех ЦУР и не уложилась во все показатели планетарных границ (O’Neill et al., 2018). Немногие из этих стран теоретически могли бы войти в безопасное и справедливое рабочее пространство (SJOS), сократив неравенство внутри страны и незначительно увеличив потребление ресурсов (Hickel, 2019). Но анализ тенденций в период с 1995 по 2015 год для 91 из этих стран показывает, что биофизические ограничения нарушаются быстрее, чем достигаются социальные цели (Fanning et al., 2022). При экстраполяции этих тенденций на период до 2050 года становится явно, что ни одна страна, скорее всего, не войдет в безопасное и справедливое рабочее пространство (Fanning et al., 2022). Даже при реализации амбициозной климатической политики не все цели могут быть достигнуты до 2050 года (Soergel et al., 2021). Для приближения к безопасному и справедливому рабочему пространству необходимы гораздо более амбициозные сценарии (Stockholm Resilience Centre, 2018). Например, утверждается, что сценарий Гигантского скачка в модели Earth4All (Dixson-Declиve et al., 2022) приведет к достижению безопасного и справедливого рабочего пространства.

Однако количественные доказательства этого утверждения отсутствуют.

Эмпирические данные о несуществовании SJOS не являются доказательством того, что оно не может быть достигнуто, поскольку существующие исследования не отражают потенциал более экологичных систем обеспечения (например, 100% возобновляемых источников энергии (Breyer et al., 2022)). Однако в исследованиях, в которых рассматриваются экологически оптимизированные технологии, отсутствуют либо многомерные социальные цели (Ehrenstein et al., 2020; Conijn et al., 2018; Gerten et al., 2020; Willett et al., 2019), либо экологические цели (Millward Hopkins et al., 2020), или глобальный масштаб (Allen et al., 2021). Soergel et al. (2021) учитывают все вышеперечисленные аспекты, однако в качестве социальных целей используют поставленные под сомнение ЦУР, а в качестве климатической цели – углеродный бюджет, соответствующий нагреву на 1,5 °C.

Хотя это разумно в краткосрочной или среднесрочной перспективе, остается открытым вопрос, сможет ли человечество в долгосрочной перспективе поддерживать концентрацию CO2 в атмосфере на уровне 350 миллионных долей или ниже, что означает, что глобальные чистые выбросы не превысят естественные возможности по удалению CO2 (Myhre et al., 2013; Stein, 1991).

Таким образом, вопрос о том, существует «Пончик» или нет, то есть, возможно ли обеспечить достойную жизнь для всех в рамках экологических ограничений, остается без ответа.

Данное исследование призвано восполнить этот пробел путем анализа воздействия на окружающую среду ассортимента продуктов, соответствующих достойному уровню жизни, при различных сценариях системы обеспечения и с учетом факторов неопределенности. Для этого мы стремимся выяснить, можно ли достичь устойчивого состояния SJOS, и если да, то оценить его размер. Кроме того, будет разработан основанный на достаточности ключ распределения, который будет связывать категории воздействия и сегменты ресурсов. Это может помочь в поиске устойчивых ресурсных бюджетов (поскольку ресурсы являются физической «валютой» нашей экономики (Desing et al., 2020b,a)), основанных на удовлетворенных потребностях.[1]

Подводя итог, можно сказать, что это исследование является первой попыткой определить, может ли потенциально существовать «Пончик» (SJOS) — возможна ли хорошая жизнь для всех. Наше понимание «возможного» относится к технической осуществимости, т.е. достижимости с помощью существующих технологий, и не учитывает, например, политические или социальные препятствия.

Разработан пятиэтапный метод (раздел 2) для оценки наличия безопасного и справедливого рабочего пространства и разработки принципов распределения на основе достаточности (раздел 3).

Последствия и ограничения обсуждаются в разделе 4; краткое изложение результатов и перспективы будущих исследований представлены в разделе 5. Подробную информацию о процедуре, а также дополнительные данные, обоснования выбранных значений и код можно найти в дополнительных материалах (см. раздел S1).

---

2. Метод, данные и тестовое исследование

Для измерения безопасного и справедливого рабочего пространства мы используем следующий подход: сначала мы определяем социальную основу с помощью набора продуктов и услуг, обеспечивающих достойный уровень жизни, масштабируем связанные с этим воздействия на окружающую среду для населения мира и, наконец, сравниваем их с границами земной системы, которые устанавливают пределы максимального воздействия, совместимого с долгосрочной стабильностью земной системы в состоянии, подобном голоцену (Rockström et al., 2009a) (концепция планетарных границ является одним из подходов к их описанию).

Согласно определению, SJOS существует, если воздействие, возникающее в результате предоставления достойного уровня жизни для данного населения, не нарушает границ устойчивости системы Земли. Промежуток между достижением достойного уровня жизни для всех и границами системы Земли разграничивает «Пончик» (Raworth, 2012). Наконец, доли воздействия распределяются по сегментам ресурсов, что дает ключ распределения, основанный на достаточности.

Рисунок 1. Краткий обзор метода, использованного в тематическом исследовании. Цифры соответствуют общим этапам метода, описанным в тексте.

Нами анализируется стабильное состояние, т.е. когда все вводимые ресурсы и системы обеспечения остаются неизменными с течением времени. Для проверки влияния технологических изменений можно рассмотреть различные сценарии для систем обеспечения. Переход к такому устойчивому состоянию здесь не рассматривается, поскольку мы заинтересованы в измерении потенциала социальных (т.е. сокращения потребления до уровня достаточности) и технологических изменений для достижения возможной устойчивости социально-экономической системы.

Метод состоит из следующих пяти шагов (рис. 1):

1. Определение социальной основы путем определения требований к достойному уровню жизни для среднестатистического человека и определения корзины продуктов, необходимых для удовлетворения этих требований.

2. Выбор систем обеспечения (например, производство продовольствия, энергетическая инфраструктура, транспортная система), которые обеспечивают достаточный набор продуктов для жизни. Подборка сценариев развития мирового населения (UN Department of Economic and Social Affairs, 2022).

3. Выбор экологических целей: категории воздействия, границы земной системы и методы оценки воздействия на жизненный цикл (LCIA).

4. Измерение SJOS: расчет влияний достаточности (в масштабе выбранной группы населения) и сравнение их с соответствующими показателями границ земной системы.

5. Определение влияния производства ресурсов для обеспечения достаточности с точки зрения соблюдения планетарных  границ. 

Существует множество вариантов применения описанного выше метода. Например, социальная основа может определяться либо целями устойчивого развития, либо достойным уровнем жизни, а границы земной системы могут быть определены либо планетарными границами, либо пределами воздействия на окружающую среду. В нашем тематическом исследовании мы переводим основные потребности в физическую корзину продуктов на основе условий достойного уровня жизни, оцениваем воздействие на планетарные границы (используя оценку жизненного цикла) и сравниваем их с допустимыми значениями планетарных границ, используя текущую и ожидаемую пиковую численность населения мира.

 

2.1. Требования к достойной жизни

На первом этапе необходимо определить социальную основу, определяемую в абстрактных терминах, таких как средства к существованию, доступ к образованию или свобода слова. Мы выбрали подход достойного уровня жизни (DLS) (Rao and Min, 2018), который уже был внедрен для измерения энергии, необходимой для достойной жизни (Millward-Hopkins et al., 2020; Millward-Hopkins, 2022; Kikstra et al., 2021) и материальных потребностей (Vélez-Henao and Pauliuk, 2023). Однако до сих пор они не были сопоставлены с экологическими целями.

Таблица 1

Идея о том, что каждый человек имеет право на определенный уровень благосостояния, широко распространена и закреплена в международных соглашениях (United Nations, 1948, 1966, 2015), а также отражена в нескольких научных концепциях (например, Brand-Correa and Steinberger, 2017; Rawls, 1971; Reinert, 2011; Gough, 2019; Rao and Baer, 2012; Rao and Min, 2018). Основные потребности и возможности человека определены как пороговые значения для достижения благополучия (Max-Neef, 1992; Sen, 1993; Nussbaum, 2000), однако они слишком абстрактны, чтобы их можно было применить на практике (Doyle and Gough, 1991). Поэтому были предложены универсальные средства удовлетворения, которые представляют собой межкультурные средства удовлетворения человеческих потребностей (Doyle and Gough, 1991) (подробнее о потребностях и средствах удовлетворения смотрите раздел S2). Эти универсальные критерии были воплощены в физические требования в рамках программы достойного уровня жизни (DLS) (Rao and Baer, 2012; Rao and Min, 2018; Millward-Hopkins et al., 2020; Kikstra et al., 2021).

В этом исследовании мы опираемся на метод DLS, при необходимости дополняем его сведениями из литературы (см. Раздел S2) и определяем глобально репрезентативную корзину продуктов, способную обеспечить социальную основу. Эта система обеспечения достаточности моделируется в оценке жизненного цикла (LCA) как система переднего плана (таблица 1), в то время как система обеспечения, обеспечивающая эту систему, моделируется как система заднего цикла. В качестве справочных баз данных мы используем ecoinvent версии 3.8 (Ecoinvent, 2021) и его модификации Gуmez-Camacho et al. (в стадии подготовки) (см. Раздел 2.2).

Это делает необходимым выражение корзины достаточности уровня жизни в единицах измерения, соответствующих ecoinvent.

Что касается питания, мы следуем подробным рекомендациям по планетарному здоровому питанию (Willett et al., 2019) и переводим калории, необходимые для каждой категории продуктов, в килограммы конкретных продуктов питания, которые являются глобально репрезентативными и смоделированы в ecoinvent (см. раздел S2). Требования к жилью моделируются в соответствии с условиями достойной жизни с дополнительными допущениями, необходимыми в отношении сроков эксплуатации зданий и высоты помещений. Для одежды мы добавляем данные о жизненном цикле обуви (Gottfridsson and Zhang, 2015). Для количественной оценки физических потребностей в медицинском обслуживании больницы моделируются на основе данных о жизненном цикле и функциональных требованиях Швейцарии (Keller et al., 2021; BAG, 2020), которые могут рассматриваться как желательные в глобальном масштабе. Доступ к школам и коммуникации моделируются в соответствии с условиями достойного уровня жизни, но без указания необходимого количества учителей, поскольку их количество не связано с наличием материальных или энергетических ресурсов.

Свобода выражения мнений зависит от общественного пространства, достаточно большого для проведения массовых демонстраций. Мы оцениваем необходимое общественное пространство, которое может вместить крупнейшие собрания в новейшей истории (Ortiz et al., 2022). Распределение по видам транспорта основано на данных Millward-Hopkins et al. (2020), но за исключением авиаперелетов, поскольку их трудно обосновать в качестве универсального средства передвижения, и включения скутеров в распределение по видам транспорта.

Более подробную информацию о сборе данных и обосновании значений смотрите в разделе 2.

Для некоторых универсальных элементов достойного образа жизни невозможно определить потребности в ресурсах. Например, семья и воспитание детей, безопасность детей, физическая и экономическая безопасность не могут быть напрямую связаны с физическими потребностями. Мы утверждаем, что такие нематериальные потребности могут быть удовлетворены при условии, что будут удовлетворены все другие материальные потребности. Например, психическое здоровье детей, в первую очередь, зависит от родительской любви, которая, скорее всего, будет обеспечена, если родителям не нужно беспокоиться о еде или крове. Корреляция между бедностью и развитием детей, а также насилием (Hsieh and Pugh, 1993; Letourneau et al., 2013; Brooks-Gunn and Duncan, 1997) подтверждает это предположение.

Во-вторых, мы утверждаем, что доступ к материальным и энергетическим ресурсам, необходимым для достойной жизни, обеспечивает экономическую безопасность по определению. Поэтому мы не определяем материальные и энергетические потребности в соответствии с потребностями, касающимися семьи, детства, физической и экономической безопасности, и предполагаем, что они могут быть удовлетворены без дополнительных затрат (смотрите Раздел 4 для обсуждения).

DLS не может быть определен с максимальной точностью. Поэтому мы рассмотрим диапазон возможных значений (таблица 1 и раздел S1). Были определены три различных сценария – низкий спрос (LD), базовый и высокий спрос (HD) – для изучения возможных отклонений в спросе для удовлетворения основных потребностей. Базовый сценарий основан на центральных или средних значениях, указанных в литературе (см. раздел S2); предполагается, что средний размер домохозяйства составляет четыре человека (это средний размер домохозяйства в 153 проанализированных странах; United Nations, Department of Economic and Social Affairs, Population Division 2019). Сценарий высокого спроса (HD) предполагает, что для обеспечения достойного уровня жизни требуется больше материалов и энергии. Определенные требования к HD ориентированы на верхние пределы, указанные в литературе, и средний размер домохозяйства составляет три человека. В сценарии низкого спроса (LD) требования к DLS состоят из более низких значений, приведенных в литературе, а средний размер домохозяйства определен равным пяти человекам. Кроме того, сценарий LD предполагает преимущественно веганскую диету (сохраняется потребление рыбы).

Пороговые значения для этих трех сценариев приведены в таблице 1.

Несмотря на региональные различия в удовлетворении основных потребностей (например, различные потребности в энергии для отопления или охлаждения (Kikstra et al., 2021)), в данном исследовании рассматриваются только репрезентативные для всего мира потребности в материалах и энергии.

Мы выбираем два разных сценария численности населения мира. В сегодняшнем сценарии учитывается численность населения по состоянию на 2023 год, которая составляет 8 миллиардов человек, в то время как в пиковом сценарии максимальная прогнозируемая численность населения составляет 10,4 миллиардов (медиана прогнозов), которая, как ожидается, будет достигнута примерно к 2085 году (UN Department of Economic and Social Affairs, 2022).

 

2.2. Системы обеспечения

Цепочки поставок обеспечивают всё необходимое для системы обеспечения достаточности (смоделированной как базовая система в LCA) и называются системами обеспечения, смоделированными здесь как базовая система LCA. Системы обеспечения извлекают природные ресурсы из окружающей среды, преобразуют их в продукты и полезную энергию (производственные системы) (O’Neill et al., 2018; Fanning et al., 2020), а также восстанавливают материалы в конце срока службы (системы вторичной переработки) и возвращают вещества обратно в окружающую среду (утилизация отходов и выбросы).

Одни и те же продукты могут поставляться с помощью различных систем обеспечения (например, энергия из ископаемого топлива или гидростанций). Мы используем две разные базы данных ecoinvent в качестве базовых систем для моделирования систем обеспечения для двух уровней экологической эффективности.

База данных ecoinvent 3.8 (Ecoinvent, 2021) представляет собой систему традиционных энергетических и транспортных технологий (например, угольная энергетика, газовые котлы, автомобили внутреннего сгорания и т.д.), которые, в основном, работают на ископаемом топливе (традиционное обеспечение). Поскольку выбросы ископаемого топлива являются наиболее серьезной экологической проблемой (Desing et al., 2020a; Desing и Widmer, 2021), мы используем версию ecoinvent 3.8, свободную от ископаемого топлива (Gémez-Camacho et al., в стадии подготовки), где все ископаемые источники энергии и транспортные процессы заменяются возобновляемыми аналогами (например, фотоэлектрические системы, тепловые насосы, электромобили и т.д.; обеспечение без использования ископаемых ресурсов).

Ecoinvent связывает историческое расширение пахотных земель с сельскохозяйственными процессами (Reinhard J., 2017). Чтобы лучше отразить устойчивое состояние, мы дополнительно тестируем эффект приостановки преобразования сельскохозяйственных земель (noLT), т. е. изменения в распределенном землепользовании для сельскохозяйственных процессов равны нулю. Обратите внимание, что вид землепользования остается неизменным.

Здания моделируются по двум различным сценариям (бетон/кирпич, как описано в ecoinvent, и дерево (Kakkos et al., 2020)), чтобы оценить влияние различных строительных материалов, которые на сегодняшний день формируют самые большие по массе потоки материалов (Krausmann et al., 2018).

Сочетание трех сценариев спроса (LD, базовый, HD), двух сценариев предложения

(традиционный, без использования ископаемого топлива), двух сценариев застройки (бетон/кирпич, дерево, только в сочетании с низким спросом, не связанным с использованием ископаемого топлива), двух сценариев без изменения сельскохозяйственного предназначения земель (с преобразованием земель, отсутствие трансформации земель, только в сочетании с низким спросом на ископаемые ресурсы) и два сценария роста численности населения (сегодняшний, пиковый) приводят к 18 исследованным сценариям (см. рис. S3 для общего обзора).

 

2.3. Биофизические пределы

Расчет SJOS требует определения экологических пределов, категорий воздействия, уровней достоверности и методов оценки воздействия жизненного цикла (LCIA). Сохранение состояния, подобного голоцену, описано десятью планетарными границами (PBs) (Steffen et al., 2015b; Desing et al., 2020a) и одной дополнительной PB, определяемой  допустимым изъятием энергии из земной системы (Desing et al., 2019). Пороговые диапазоны и типы распределения взяты из статьи Desing et al. (2020a), поскольку долгосрочная граница выбросов CO2 согласуется с исследованием, в котором делается допущение о стабильности положения. Это приводит к одиннадцати категориям воздействия: прямые выбросы CO2, допустимое глобальное потепление, утрата биоразнообразия, допустимое разрушение озонового слоя, выбросы фосфора в океан, фосфора в почву, химически активные выбросы азота, приемлемая площадь природных экосистем, приемлемая площадь пахотных земель, потребление чистой воды и приемлемый технический потенциал возобновляемых источников энергии. Значение PB для подкисления океана не учитывается, поскольку оно учитывается при определении порогового значения прямых выбросов CO2. PB для потоков зеленых (внутрипочвенных) водных ресурсов (Wang-Erlandsson et al., 2022), аэрозольное загрязнение атмосферы (Richardson et al., 2023) и новые факторы (Persson et al., 2022) существуют, но они исключены из данного исследования из-за отсутствия данных и методов LCIA. PB-LCIA взяты из работы Desing et al. (2020a) (см. также раздел S5). Пороговые значения для PBs и процедуры расчета показателей подробно описаны в дополнительных материалах (S8).

 

2.4. Измерение безопасного и справедливого пространства

Определив социальную основу и «экологический потолок», мы получаем SJOS, сравнивая влияние обеспечения достаточности для населения с PBs. Моделирование методом Монте-Карло (N=1000) проводится для определения распределения вероятности влияния корзины достаточности. Чтобы получить пороговое значение PBs, проводится второе моделирование методом Монте-Карло на основе диапазона и типа распределения PB (Desing et al., 2020a). Вероятность нарушения Pv рассчитывается для каждой категории границ, и наибольшее значение указывает на предельную границу (код расчета приведен в разделе S8).Если все Pv меньше определенной допустимой вероятности нарушения Pv, acceptable (ценность которого должна быть определена обществом), «Пончик» существует. SJOS может быть измерено как разница между PBs и воздействием корзины достаточности, приводящая к Pv = Pv, acceptable. Нарушение одной пограничной категории не может быть компенсировано за счет рабочего пространства в других категориях.

 

2.5. Распределение на основе достаточности

Оценка абсолютной устойчивости в субглобальных масштабах (например, стран, промышленных секторов, продуктов) требует установления глобальных границ для исследуемых видов деятельности (Ryberg et al., 2020). Разработанная здесь корзина достаточности позволяет получить основанный на достаточности ключ распределения, который мы приводим в качестве примера для распределения по сегментам ресурсов. Ключ получается путем распределения долей воздействия определенных процессов производства материалов по сегментам ресурсов. Распределение долей между девятью сегментами ресурсов (химикаты, металлы, энергия (энергоносители), полезные ископаемые, текстиль, растениеводство, животноводство и переработанные пищевые продукты, древесина и вода) основана на встроенной Международной стандартной отраслевой классификации всех видов экономической деятельности (МСОК, ISIC) (UN, 2008) в ecoinvent. Подробную информацию о выявленных процессах, анализе вклада и схеме агрегирования сегментов смотрите в разделе S7.

 

3. Результаты

В 2011 году шесть из одиннадцати планетарных границ (PBs) были нарушены (рис. 2) (Desing et al., 2020a). Энергетический, металлургический и химический секторы оказали наибольшее воздействие на климат и были ответственны за более чем 40% воздействий на биоразнообразие (Fig. 2a, Grandfathering). Сокращение потребления до уровня достаточности для всех без преобразования систем обеспечения сокращает воздействие на все PBs примерно вдвое (коэффициент сокращения с 1,8 до 4,2 для 8 миллиардов и с 1,4 до 3,2 для 10,4 миллиардов человек соответственно). Сокращение выбросов фосфора в почву и океаны значительно больше, поскольку выбросы фосфатов в почву не учитываются в ecoinvent, в отличие от exiobase, которая является источником данных о глобальных воздействиях в 2011 году (Wood et al., 2015; Desing et al., 2020a). Достаточность уже выводит еще две границы – фосфор для почвы и землепользования – в безопасное рабочее пространство (см. рис. 2b, база 10,4 млрд). Однако одной лишь достаточности мало для перехода к «Пончику», поскольку границы выбросов CO2, глобального потепления, биоразнообразия и азота все еще нарушены. В сценарии достаточности относительная значимость сельскохозяйственного сектора возрастает в категориях климата и биоразнообразия (см. рис. 2а, база). Смещение акцента в сторону сельскохозяйственного сектора можно объяснить более значительным сокращением материального воздействия (с 11,9 т/год на душу населения в 2011 году до 4,7 т/год на душу населения в базовом сценарии) по сравнению с обеспечением продовольствием (со среднего уровня потребления на душу населения в 2870 ккал/день в 2011 году United Nations Environment Programme, World Environment Situation Room 2023 до 2250 ккал/сут в случае достаточности).

Поскольку в случае достаточности по-прежнему превышаются нормы по нескольким PBs, в дополнение к сокращению потребления неизбежна трансформация систем обеспечения. Обеспечение достойной жизни с помощью энергетической системы, не использующей ископаемые источники энергии (FF), т.е. замена всех видов ископаемой энергии возобновляемыми источниками энергии (Gуmez-Camacho et al., в стадии подготовки), значительно снижает воздействие на климат в дальнейшем. Это приводит к тому, что воздействие на глобальное потепление оказывается ниже допустимого уровня, а воздействие CO2 – в пределах допустимого диапазона (Pv,CO2 = [0.51, 0.62]) и снижает вероятность нарушения биоразнообразия (вплоть до Pv,biodiv = [0.15, 0.23]) и выбросы азота (вплоть до Pv,N = [0.26, 1]). Несмотря на то, что системы снабжения, не использующие ископаемые ресурсы, увеличивают землепользование, использование пахотных земель, загрязнение почвы, потребление чистой воды и спрос на энергию (например, из–за расширения лесного хозяйства, преобразования солнечной энергии и удаления древесной золы с помощью земледелия) последствия остаются в безопасной зоне. Снижения потребления до уровня достаточности и полного отказа от ископаемого топлива все еще недостаточно для перехода к «Пончику».

Для дальнейшего снижения последствий мы тестируем сценарии с низким спросом: «FF LD» описывает сценарий, при котором потребность в достаточном количестве продуктов снижается до нижней границы расчетных значений для DLS и вводится веганская диета наряду с системой обеспечения без использования ископаемых продуктов (FF); сценарий «FF LD WB noLT» дополнительно изменяет типы застройки на деревянные здания (WB) и останавливает расширение пахотных земель (noLT). При обоих сценариях сокращение выбросов азота и утрата биоразнообразия ниже границы. CO2 остается последней границей, которая нарушается с вероятностью θ = [0,19, 0,27]. В сценарии деревянных зданий выбросы CO2 снижаются за счет снижения производства клинкера и увеличения производства карбамида, необходимого для производства древесноволокнистых плит (карбамид поглощает CO2 в процессе производства). Это снижает воздействие CO2 при строительстве на 73% по сравнению с бетонными/кирпичными зданиями (4% от общего воздействия FF LD WB по сравнению с FF LD). Приостановленное расширение пахотных земель дополнительно снижает общий уровень CO2 на 27% по сравнению с FF LD WB. Наилучший сценарий – т.е. низкий спрос на энергоресурсы, не использующие ископаемое топливо, отсутствие расширения пахотных земель и деревянные здания – обеспечивает достойную жизнь в пределах планетарных границ с вероятностью 73% (население 10,4 миллиарда человек). При нынешнем населении мира в 8 миллиардов человек вероятность достижения «Пончика» возрастет до 81%. В сценарии FF LD WB noLT сельское хозяйство вносит наибольший вклад во все категории воздействия, за исключением спроса на энергию (см. FF LD WB noLT на рис. 2а). Обратите внимание, что вклад животноводства и переработанных пищевых продуктов не равен нулю, несмотря на вегетарианскую диету, поскольку в этот сегмент также входят рыба и продукты переработки, такие как биополимеры и растительное масло (аналогичное подразделение согласно МСОК, ISIC (UN, 2008)).

 

4. Обсуждение

В этом исследовании впервые оценивается техническая осуществимость достижения SJOS с учетом неопределенности путем совместного применения DLS, LCA и ESB.

Одного только потребления на уровне минимальной достаточности мало для достижения SJOS для человечества при текущих или ожидаемых оценках численности населения. Чтобы вернуться к безопасному климату, биоразнообразию и азотному циклу, необходимы крупномасштабные преобразования наших систем снабжения. Полная декарбонизация секторов электро-, теплоэнергетики и транспорта, а также переход промышленности от использования ископаемых видов топлива к био- и синтетическим массам значительно снижают воздействие на климат и биоразнообразие. Чтобы с высокой степенью достоверности удовлетворить основные потребности в пределах планетарных границ, спрос должен снизиться до более низких оценок достаточности (низкий спрос, включая преимущественно веганскую диету), а расширение пахотных земель прекратиться в дополнение к созданию системы обеспечения, не использующей ископаемые ресурсы. В наших протестированных сценариях существование безопасного и справедливого рабочего пространства может быть подтверждено только после определения приемлемой вероятности нарушения планетарных границ. Как показано в разделе 3, наилучший сценарий нарушает границу выбросов CO2 с θ = 0,27 (10,4 миллиарда человек). Если приемлемая вероятность выше (например, в текущих дебатах о климате приемлемые вероятности превышения целевых показателей по климату установлены на уровне около 50%; IPCC, 2022; Desing and Widmer, 2021), для этого случая существует безопасное и справедливое рабочее пространство. Однако, если она ниже (например, в технических системах, таких как самолеты, электростанции или вакцины), допустимые вероятности отказа обычно составляют ≈ 10-4. (Desing and Widmer, 2021), то даже базовые потребности не могут быть удовлетворены.

Рисунок. 2. (а) Доля безопасного операционного пространства (SoSOS, share of safe operating space) для девяти сегментов ресурсов, измеренная для трех сценариев: "Дедушкин дом" на 2011 год (по данным Desing et al. 2020a), базовый (сценарий базового спроса, традиционный), FF LD WB noLT (сценарий низкого спроса, без использования ископаемого топлива, деревянные здания, без преобразования земель). (b) Распределение влияния корзин DLS, рассчитанных на население в 10,4 миллиарда человек и нормализованных к 0,5%-ному квантилю PBs (красная линия): базовый спрос, обычный; базовый спрос, без использования ископаемых (FF); низкий спрос, без использования ископаемых, деревянные здания, без преобразования земель (пахотных земель) (FF и WB noLT); воздействие в 2011 году и в 2020a. θ (ось y, правая часть) описывает вероятность нарушения PB в FF LD Сценарий WB noLT (перекрытие влияния и распределения PB). Крестики показывают медианы распределений; столбики располагаются от первого до третьего квартиля распределений. Последствия представлены в логарифмическом масштабе. Исключение составляют выбросы CO2, которые нанесены на график в линейном масштабе, поскольку в некоторых сценариях возможны отрицательные чистые выбросы. Ограниченный набор сценариев показан на рисунке 2b для наглядности; другие сценарии приведены в разделе S6.

 

Для создания и расширения SJOS существуют дополнительные возможности совершенствования, которые еще не были рассмотрены в данном исследовании. Например, повышение эффективности систем обеспечения за счет технологических и организационных достижений может снизить влияние системы обеспечения достаточности.  Результаты этого исследования служат основой для изучения дальнейших улучшений и направления усилий в области развития. Поскольку более половины остаточных выбросов CO2 в наилучшем сценарии происходит из почвы и биомассы, наибольший потенциал для дальнейшего сокращения заключается в улучшении сельскохозяйственного производства (например, пермакультура, агро-разнообразие, уменьшение количества пищевых отходов и т.д.). Методы ведения сельского хозяйства, способствующие поглощению вредных веществ, могут сыграть важную роль в увеличении SJOS. В более общем плане необходимо изучить практику устойчивого землепользования, поскольку необходимо также сократить воздействие на биоразнообразие и выбросы азота. Необходимо проявлять осторожность в отношении перераспределения бремени, вызванного изменениями в методах ведения сельского хозяйства, при поиске компромиссов с биохимическими потоками, биоразнообразием и землепользованием (однако для землепользования (растениеводства) будут существовать возможности).  

В нашей базовой модели мы не учитываем возможность обучения новым технологиям (в отличие от Sacchi et al. 2022), придерживаясь консервативного взгляда на будущие технические возможности. Таким образом, мы можем переоценить воздействие будущих систем обеспечения на окружающую среду. Однако, насколько нам известно, в других исследованиях также не рассматривается обучение новым технологиям для сельскохозяйственных систем, которое, согласно нашим результатам, является наиболее важной системой подготовки к соответствию условиям SJOS. Таким образом, маловероятно, что обучение новым технологиям преобразования энергии, промышленных процессов и т.д. качественно влияли бы на наши результаты.

Еще одной областью, требующей дальнейших улучшений, являются циркулярные стратегии (Desing et al., 2020b; Desing and Blum, 2023). В этом исследовании не был изменен преимущественно линейный характер существующей системы обеспечения. На металлы, минералы, текстиль и химикаты приходится 16% остаточных воздействий CO2, которые можно снизить за счет увеличения вторичной переработки (циркуляции). Однако эти выгоды могут быть сведены на нет истощением запасов природных ресурсов (например, снижением качества руды), что увеличивает затраты на добычу и переработку в будущем. В итоге, сложные взаимодействия динамичны по своей природе, поэтому для их анализа требуется моделирование перехода к SJOS.

Теоретические доказательства того, что существует состояние «Пончик», не являются доказательством того, что возможен переход к нему. Возможность перехода определяется множеством факторов, включая геополитическое сотрудничество, общественное признание, энергетические и материальные ограничения, связанные с переходами, переломные элементы в системе Земля, проблему возврата к безопасным концентрациям CO2 (Desing et al., 2022), и т.д. — каждый из этих факторов потенциально может стать препятствием для достижения «Пончика». Изучение процесса перехода к «Пончику» с использованием подхода DLS выходит за рамки данного исследования и является потенциальной областью для будущих исследований.

Мы смоделировали потребности в материалах и энергии только для удовлетворения потребностей, связанных с непосредственными физическими затратами. Это означает, что для удовлетворения таких потребностей, как безопасность детства и воспитание, а также физическая безопасность, не предполагается универсальных физических затрат. Мы считаем такой подход законным, поскольку (i) эмоциональные потребности (например, потребности детей) требуют наличия социальных возможностей, которые неосязаемы и не требуют прямых материальных затрат, (ii) потенциальные средства обеспечения физической безопасности также могут потенциально нанести ущерб удовлетворению человеческих потребностей (например, жестокость полиции), что противоречит условиям концепции DLS (Rao and Min, 2018), и (iii) приемлемые критерии физической безопасности не являются универсальными (например, инфраструктура на случай стихийных бедствий, например, защита от цунами, сейсмостойкие здания и т.д.). Определение универсальных критериев выявления таких потребностей и определение их потенциальных потребностей в ресурсах – это будущая задача инженеров, антропологов, социологов и психологов.

Требования к DLS, воздействию на окружающую среду и границы экологически и социально безопасного пространства (Safe and just Earth system boundaries - ESB)  в этом исследовании не привязаны к регионам, а определены как глобально репрезентативные продукты, обеспечивающие универсальные показатели, среднемировое воздействие и глобальные границы. Мы утверждаем, что глобальный подход является целесообразным, поскольку в предыдущих исследованиях ESB применялись в глобальном масштабе, многие цепочки поставок являются глобальными, DLS определены как универсальные, и мы стремились отобрать репрезентативные в глобальном масштабе продукты для "корзины достаточности". Недавно ESB были определены на местном и региональном уровнях (Rockström et al., 2023; Richardson et al., 2023); однако подходящие методы LCIA отсутствуют. Чтобы лучше отразить региональные различия в воздействиях и пропускной способности, в первую очередь необходимо разработать подходящие методы LCIA и ввести в действие региональные ESBs для LCA. Кроме того, ESBs могут измениться в будущем. В наших сценариях мы предполагаем, что общество, пережившее трансформацию, вернулось к безопасным климатическим условиям. Гистерезис, однако, может сделать будущие земные системы менее устойчивыми и, следовательно, будущие пороговые значения ESBs могут отличаться от сегодняшних. Кроме того, данных недостаточно для регионализации требований к DLS (например, потребности в мобильности, жилая площадь, одежда и т.д.) и региональных систем обеспечения (в ecoinvent большинство продуктов моделируются только для некоторых регионов, но не для всех).

Наша модель, вероятно, недооценивает воздействие фосфора, поскольку поступление фосфатов в почву не моделируется в базе данных ecoinvent 3.8. Использование удобрений является основным фактором, влияющим на поступление фосфора и азота в окружающую среду. Если мы предположим, что выбросы фосфора сократятся на тот же коэффициент, что и выбросы азота, это приведет к выбросам фосфора в почву в пределах безопасной границы, даже если они будут примерно в 80 раз выше, чем рассчитано с помощью ecoinvent. Кроме того, некоторые технологические металлы, такие как иридий, неодим и диспрозий, которые используются в электролизерах и ветроэнергетике, не моделируются в ecoinvent, и поэтому их воздействие не учитывается. Кроме того, выбросы CO2 при производстве пластмасс (полистирола, этилена и ксилола) и срок годности пластмасс завышены, поскольку в ecoinvent процессы моделируются по принципу "черного ящика". Вот почему замена кормов продуктами на биологической основе или синтетическими материалами (которые могут снизить выбросы углекислого газа) требует более детального моделирования базовой системы.

Был получен основанный на достаточности ключ распределения между одиннадцатью выделенными PBs и девятью сегментами ресурсов. Этот ключ распределения может быть применен наряду с другими принципами распределения для получения ресурсов или воздействия для секторов или заинтересованных сторон при проведении оценок абсолютной устойчивости (Ryberg et al. 2018, 2020, Hjalsted et al. 2021). Будущие исследования могут продолжить изучение этой возможности.

 

5. Заключение и направления будущих исследований

Сегодня человечество не обеспечивает ни достойной жизни для всех, ни экологических условий существования для будущих поколений. Предыдущие исследования свидетельствуют о том, что можно добиться прогресса в согласовании минимального уровня жизни для всех и долгосрочной экологической стабильности. Однако отсутствуют доказательства того, что этого прогресса достаточно для создания безопасного и справедливого рабочего пространства (SJOS). Здесь мы показываем, что можно обеспечить достойную жизнь для всех с уверенностью не менее 73% при известных технологиях и в соответствии с ожидаемыми демографическими сценариями.

Однако для этого потребуется следующее:

• Обеспечение достойного уровня жизни для 10,4 миллиарда человек в пределах 11 планетарных границ, установленных с высокой степенью достоверности, требует кардинальных изменений в рационе питания, минимального потребления и полного отказа от ископаемых источников энергии. Это возможно с помощью доступных в настоящее время технологий, однако мы не можем найти доказательств наличия экологического пространства для обеспечения роскоши.

• SJOS ограничен границей допустимых выбросов CO2, за которой следуют допустимые границы утраты биоразнообразия и биогеохимических потоков. Для формирования экономики «Пончика» полный отказ от ископаемого топлива необходим, но не достаточен.

Будущие исследования могут быть направлены на совершенствование методов ведения сельского хозяйства, таких как органическое земледелие, пермакультура, усовершенствованное управление земельными ресурсами, поскольку они обладают наибольшим потенциалом для дальнейшего снижения воздействия DLS. Это будет особенно актуально для соблюдения границ климата, биоразнообразия и биогеохимических потоков. Еще одним потенциалом для улучшения является повышение циркулярности материальных систем (Desing et al., 2020b). Кроме того, системы обеспечения, потребности DLS, воздействие на окружающую среду и границы земной системы варьируются в зависимости от местных условий. Поскольку здесь это было исключено, в будущих исследованиях необходимо будет учитывать региональные различия, чтобы повысить значимость наших результатов для местного управления. Эти улучшения в нашем исследовании могут показать, может ли существовать безопасное и справедливое рабочее пространство, удовлетворяющее требованиям достойного уровня жизни.

Хауке Шлезиер, Мальте Шефер, Харальд Десинг

Источник

 

 

• ‹ Пред. материал
• 7 из 12
• След. материал ›