《气候经济与人类未来》中的许多故事都是比尔·盖茨的亲身经历，他从五个方面给出温室气体排放量的占比：生产制造，电力生产和存储，种植和养殖，交通运输，取暖和制冷。最终的落脚点是推进清洁能源以及其他气候相关技术的商业化应用。因此，这本书也可以看作是未来投资的风向标。
以下内容经中信出版集团授权，节选自第六章比尔·盖茨对“种植和养殖”产业中二氧化碳排放的解读。内容有删减，标题为摘编者所取。
原文作者 | [美]比尔·盖茨
摘编 | 申婵
《气候经济与人类未来》，[美]比尔·盖茨 著，陈召强 译，版本：中信出版集团 2021年4月
更多食物意味着更多温室气体排放量
食用类动物的饲养是温室气体排放的主要来源之一。在专家讲的“农业、林业和其他土地利用”领域，它是排名第一的温室气体排放源。作为一个涵盖内容广泛的领域，“农业、林业和其他土地利用”包括从动物饲养到农作物种植再到树木采伐的各种人类活动。此外，该领域还涉及多种温室气体排放：就农业而言，主要排放的温室气体并不是二氧化碳，而是甲烷和一氧化二氮；在一个世纪的时间跨度里，甲烷造成的温室效应是二氧化碳的28倍，一氧化二氮造成的温室效应是二氧化碳的265倍。
合计来看，每年甲烷和一氧化二氮的排放量相当于70多亿吨的二氧化碳，占“农业、林业和其他土地利用”领域总排放量的80%以上。除非采取措施控制它们的排放量，否则这个数字还将继续攀升，因为我们需要为越来越多的、越来越富裕的全球人口提供足够的食物。要想接近净零排放的目标，就必须弄清楚怎样才能减少并最终消除农作物种植和动物饲养过程中产生的温室气体。
自1968 年以来，印度人口已经增加了超过8 亿——当前人口规模是1968 年的2倍多，但印度的小麦和水稻产量是那时的3倍多，其经济规模更是那时的50倍。在亚洲和南美洲的很多国家，当地农民也都见证了类似的生产率收益。
全球人口不断增长，食物正变得越来越便宜，而不是越来越昂贵。在美国，普通家庭现在的食物支出占预算的比重比30 年前低。世界其他地区也陆续显现这一趋势。博洛格是一位杰出的农业科学家，正是他发起了一场农业革命，最终让印度和世界其他地区受益匪浅。他培育了品质优良的高产小麦品种，以此提高了单位面积产量，也就是农民所说的收成。
博洛格培育的半矮秆小麦被推广到世界各地，其他育种学家也培育出高产的玉米和水稻。得益于此，大多数地区的粮食产量都较过去增加了2倍，饥饿人口数量则呈直线下降趋势。今天，博洛格受到广泛称赞，被誉为“拯救了10 亿生命的人”。他在1970 年获得诺贝尔和平奖，我们至今仍能感受到他所从事工作的影响：全球种植的小麦几乎都源于他培育的品种。（这些新品种有一个缺点，那就是它们需要大量肥料才能实现高产，但肥料也有一些负面影响。）
那么，诺曼·博洛格跟气候变化有什么关系呢？
到2100年，全球人口规模将接近100 亿，要养活这么多人，我们需要更多的食物。因为人口到21世纪末将增加40%，所以一个很自然的想法就是所需的食物也将增加40%，事实并非如此，我们需要增加的食物远不止这些。
因为随着生活水平的不断提高，人们会摄入更多的卡路里，肉类和奶类的消费量增长尤为明显，而肉类和奶类的生产需要我们种植更多的粮食。比如，一只鸡，它要吃相当于2卡路里的谷物才能提供1卡路里的鸡肉，也就是说，生产1卡路里的鸡肉需要2卡路里的谷物。猪肉的产出比例更低一些——生产1卡路里的猪肉需要3卡路里的谷物，牛肉的产出比例最低——生产1卡路里的牛肉需要6卡路里的谷物。换言之，我们从肉类中摄取的卡路里越多，需要种植的农作物就越多。
下图展示了世界各地的肉类消费趋势。美国、欧盟、巴西和墨西哥基本保持平稳趋势，中国表现出急剧增长趋势。
《气候经济与人类未来》插图。
来看看这个难题：我们需要生产远比现在多的食物，但如果继续采用当前的生产方法，那么对气候来说将是一场灾难。假设单位面积产量没有任何提升，那么要养活100 亿人，与食物相关的温室气体排放将增加三分之二。
另一个担忧：如果大力推进基于植物的能源开发，那么可能引发农田争夺战。利用柳枝稷等植物制造的先进生物燃料可以以“零碳”方式为卡车、船舶和飞机提供动力，但如果把这些植物种在了原本种植粮食的土地上，那么必然在无意之中抬升了粮食价格，进而将更多的人推入贫困和营养不良的境地，同时会导致更多的森林被砍伐，而毁林造成的后果原本就很危险。
观察一个人的胃，会发现它只有一个消化食物的腔室，消化后的食物则会进入肠道。再看牛的胃，它有四个腔室，正是由于这些腔室的存在，牛才可以吃那些人类无法消化的草和其他植物。在被称为“肠内发酵”的过程中，牛胃内的细菌可分解植物的纤维素，然后发酵产生甲烷。牛胃中的大部分甲烷会通过打嗝排到体外，也有一小部分会以肠胃胀气的形式从另一端排出。
在全球范围内，肉牛和奶牛的养殖规模大约为10亿头。它们每年打嗝和放屁所排放的甲烷，就所造成的温室效应而言，相当于20亿吨二氧化碳，约占全球温室气体总排放量的4%。通过打嗝和放屁释放甲烷，这是牛及其他反刍动物（如绵羊、山羊、鹿和骆驼）特有的问题。温室气体排放源中也包括所有动物共有的一个问题——排便。
粪便在分解时会释放强大的温室气体组合：主要成分是一氧化二氮，另加一些甲烷、硫和氨。在与粪便相关的温室气体排放中，约有一半来自猪粪，其余来自牛粪。动物的粪便实在太多了。作为一个类别，它实际上是农业中仅次于肠内发酵的第二大温室气体排放源。
已出现改良牛品种和人造肉等低炭技术
对于排便、打嗝和放屁这类活动，我们该如何处理？这是一个难题。研究人员已经尝试运用各种手段解决肠内发酵问题，比如用疫苗控制牛肠道内产生甲烷的微生物，采用自然饲养方式减少排放，在饲料中添加特殊物质或药物，等等。就这些努力来看，大多无果而终。不过，有一种名为3-硝基氧丙醇的化合物颇具前景，可以将甲烷排放量减少30%，问题是必须每天至少给牛喂食一次该化合物，而就目前的情况来看，这在大多数牧场不具备可行性。
尽管如此，我们仍有理由相信，即便没有任何新技术出现，即便不存在明显的绿色溢价，依然可以减少此类排放。事实表明，一头牛所产生的甲烷量在很大程度上取决于它的饲养地。比如，南美洲的牛产生的温室气体量是北美洲的牛的5倍，非洲的牛排放的温室气体更多。北美洲和欧洲养殖的牛大多是改良品种，可以更高效地把饲料转化为奶和肉。另外，它们也会得到更好的医疗护理和更高品质的饲料，这意味着它们产生的甲烷量更少。
如果能够把这些改良的品种和最佳饲养实践推广到世界各地，那么不仅可以减少甲烷的排放，还可以帮助贫困农民提高收入，比如对非洲牛进行杂交改良，以及推广可负担的高质量饲料。在粪便处理方面也是同样的道理，富裕国家或地区的农民已经掌握多种处理粪便的技术，可以大幅减少温室气体排放。随着这些技术的成本越来越低，贫困国家或地区的农民也会引入使用它们，这样一来也就提高了减少排放的可能性。
严格的素食主义者可能会提出另外一种解决方案：与其尝试所有这些减少排放的方式，倒不如完全停止饲养牲畜。我看到过类似的呼吁，但我不认为这是可实现的。首要的一点是，肉类在人类文明中扮演的角色实在太重要了。在世界很多地区，即便是那些食物匮乏的地区，吃肉也是节日和庆祝活动的重要组成部分。在法国，传统美食，包括头盘、肉或鱼、奶酪和甜点，已被正式列入这个国家的人类非物质文化遗产。联合国教科文组织网站名录是这样介绍的：“法国传统美食强调团聚、味蕾的愉悦及人与大自然产品之间的平衡。”
其实，我们可以在减少肉类食用的同时仍享受肉的美味。选项之一是植物基人造肉，即以各种方式加工的、以仿造肉类味道为目的的植物产品。我投资了两家生产植物基人造肉产品的公司——超越肉类公司（Beyond Meat）和不可能食品公司（Impossible Foods），而且其产品已经上市。你可能认为我存有私心，但我还是要说人造肉真的不错，只要原料配比得当，它完全可以作为牛肉糜的替代品。而且，市面上的所有替代品都更利于环境保护，因为它们的生产占用的土地更少，使用的水更少，而且温室气体排放量更少。此外，我们也可以减少在肉类生产方面投入的谷物，进而减轻粮食作物的产能压力，同时减少肥料的使用。就动物福利而言，这同样是一个巨大的福音，因为被圈养的牲畜会更少。
不过，人造肉有很高的绿色溢价。平均而言，牛肉糜替代品的价格比真正的牛肉糜高约86%。但随着替代品销量的增长，以及投放市场的产品数量的增加，我乐观地认为它们的价格最终会低于真正的动物肉制品的价格。
然而，人造肉的最大问题并不在于价格，而在于味道。虽然用植物仿造汉堡的原材料相对容易，但要让人们真以为自己吃的是牛排或鸡胸肉，那就难多了。人们是否真的喜欢人造肉并愿意为此做出改变？是否有足够多的人愿意为此改变进而产生显著影响？
另一个方法类似于植物基人造肉，但并不是种植植物后把它们加工成肉类的味道，而是在实验室内培育肉类。它有一些不太引人注目的名字——“细胞培养肉”“培植肉”“清洁肉”等。目前，致力于将该产品推向市场的初创公司有20 余家。不过，要想在超市货架上买到它们的产品，最快可能也要到21 世纪20 年代中期了。
记住，它并不是假的肉。无论是脂肪、肌肉还是肌腱，培植肉跟任何两条腿或四条腿的动物的肉是一样的。不同的是，培植肉是在实验室培育的，而不是在农场饲养的。科学家从活体动物身上提取一些细胞，让这些细胞增殖，然后诱导它们形成我们常吃的那种肉的组织。整个培育过程只会产生极少的温室气体，甚至不会产生任何温室气体。当然，驱动实验室运转的电力除外。该方法所面临的挑战是成本过于高昂，而且现在尚不清楚怎样才能把成本降下来。
这两种类型的人造肉都面临另外一个重大难题：在美国，至少有17个州的立法机构试图阻止这类产品在商店出售时被贴上“肉类”的标签，有一个州提议全面禁止销售这类产品。所以，即便技术提高了，即便成本降低了，我们也还是需要一个健康的公共辩论环境，以就这类产品的监管、包装和销售方式展开讨论。
如何减少人类食物生产过程中的温室气体排放量，还有最后一种方法：减少浪费。在欧洲、亚洲的工业化地区及撒哈拉以南非洲地区，有超过20% 的食物被直接扔掉任其腐烂，或以其他方式被浪费。在美国，这个数字是40%。对食不果腹的人来说，这不是好事，对经济和气候来说也是如此。废弃的食物在腐烂时会产生大量甲烷，其所造成的温室效应相当于每年排放33 亿吨二氧化碳。
最重要的解决方案是改变行为——充分利用现有的资源。除此之外，技术也可以提供帮助。比如，有两家公司正在开发隐形的植物基涂层，用以延长水果和蔬菜的保质期。这些涂层是可食用的，而且丝毫不影响食物的口感。还有一家公司开发了“智能垃圾桶”，利用图像识别技术追踪一个家庭或一家企业的食物浪费情况。它会生成一份报告，显示你扔了多少东西，并附有相应的价格和碳足迹。这个系统听起来可能会让人觉得侵犯了隐私，但它的确可以提供更多信息，帮助人们做出更好的选择。
化肥促进植物生长，也加重温室效应
几年前，在坦桑尼亚达累斯萨拉姆的一处仓库，我看到了一个让人兴奋不已的场景：数千吨合成化肥高高地堆在一起，就像风吹聚成的雪堆一样。该仓库是新建的雅苒化肥配送中心的组成部分，也是东非地区最大的化肥配送中心。在仓库内，我一边和工人攀谈，一边看他们往袋子里装白色的颗粒物。这些微小的颗粒物含有氮、磷及其他营养元素，并将很快施于这个世界上极度贫困地区的农田，帮助那里的农作物生长。
比尔·盖茨在雅苒化肥配送中心。《气候经济与人类未来》插图。
同诺曼·博洛格培育的半矮秆小麦及其他专家培育的玉米和水稻新品种一样，合成化肥在20 世纪六七十年代那场改变世界的农业革命中也扮演了关键角色。据估测，如果我们没有生产出合成化肥，那么世界人口可能比现在少40%~50%。
全球早已经在大量使用化肥，而贫困国家应该使用更多的化肥。我提到的农业革命（通常被称为“绿色革命”）在很大程度上绕过了非洲。在非洲地区，一个农民通常从一英亩土地上获得的食物仅相当于美国农民的五分之一。因为在贫困国家，大多数农民得不到购买化肥的信贷服务，而且当地的化肥价格比富裕国家高得多，因为运送化肥到农村地区的道路实在太糟糕了。如果我们可以帮助贫困农民提高农作物收成，那么他们的收入就会增加，以获得更多的食物。这样一来，一些贫穷国家的数百万人口就不用再挨饿，也能获得他们所需要的营养。
为什么化肥如此神奇？因为它为植物提供了其生长所需的基本营养元素，包括磷、钾以及与气候变化高度相关的氮。氮是一种利弊皆有的元素，它与光合作用密切相关，而植物正是通过光合作用将阳光转化成能量的。所以，正是由于氮的存在，植物才能生存下去，而只有植物生存下去了，人类才能获得所需的食物。
但氮也导致气候进一步恶化，要了解其中的原因，我们需要讲一讲它对植物的作用。
种植农作物需要大量的氮，远超在自然环境中所能找到的氮。施加氮肥可以让玉米长到10 英尺高，并大幅提高玉米产量。奇怪的是，大多数植物自身并不能制造氮。它们从土壤里的氨中获得氮，而这些氮是在各种微生物的作用下形成的。只要能够获得氮， 植物就会继续生长，而一旦氮被消耗殆尽，它们就会停止生长。这也是施加氮肥能够促进植物生长的原因。
几千年来，人们通过施用自然肥料（如粪肥和蝙蝠粪）给植物提供额外的氮。重大突破出现在1908 年，当时两位德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）和卡尔·博施（Carl Bosch）发明了在工厂中使用氮和氢生成氨的方法。对于他们这一发明的重要性， 再怎么夸奖也不为过。现在被广泛称为“哈伯-博施法”的制造工艺使得合成化肥的生产成为可能，这一方面极大地提升了人们种植农作物的数量，另一方面大大扩展了农作物的种植区域。时至今日，这仍是氨的主要生产方法。就像诺曼·博洛格是历史上一位被埋没的伟大英雄一样，哈伯—博施法可能也是这个世界上大多数人从未听过的最重要的发明。
我们来看一个难题：在制造氮的过程中，微生物会消耗大量能量，事实上，由于能量消耗实在过大，所以只有在绝对需要的时候，也就是说周围土壤中已经不存在任何氮了，它们才会开动制造机器。如果觉察到有足够的氮，它们就会停止制造过程，以便将能量用在其他地方。所以，施用合成化肥后，土壤中的微生物会觉察到氮的存在，进而停止自我生产。
合成化肥还有其他一些不利之处：首先，为制造合成化肥必须生产氨，这个过程需要热量，热量来自天然气的燃烧，而燃烧天然气会产生温室气体；其次，在把合成化肥从生产车间运送到存储仓库（比如我在坦桑尼亚参观的化肥配送中心）再到农田的过程中，我们需要用卡车运输，而卡车需要汽油提供动力；最后， 施用到土壤中的合成化肥所含的大部分氮根本不会被植物吸收。事实上，在施用到农田的氮肥中，能被农作物吸收的不足一半，剩余部分要么进入地下水或地表水中造成污染，要么以一氧化二氮的形式逃匿到空气中。一氧化二氮造成的温室效应是二氧化碳的265倍。
合计来看，化肥领域于2010年排放的温室气体约为13 亿吨。到21世纪中叶，这个数字可能增加到17亿吨。拜哈伯—博施法所赐的，已经被哈伯-博施法收回。
令人遗憾的是，就化肥而言，目前还没有任何实用的“零碳” 替代品。的确，我们可以用清洁电力取代氨合成过程中所需的化石燃料，从而消除化肥生产过程中的温室气体排放，但这是一种成本高昂的工艺，会导致化肥价格大幅上涨。比如，在美国，用这种工艺生产氮基化肥尿素会使产品成本增加20%。
这还仅仅是化肥生产过程中的排放，我们没有任何方法捕获施肥时产生的温室气体。对于一氧化二氮，还没有相应的碳捕获技术。这意味着我无法为“零碳”化肥计算出一个准确的绿色溢价，而绿色溢价本身又是一个相当有用的信息，因为它会告诉我们哪些领域需要重大创新。
从技术上讲，我们可以让农作物以更高效的方式吸收氮，前提是农民要掌握相应的技术，在农作物生长季节仔细监测土壤中的氮含量，并据此施用绝对适量的化肥。这是一个成本高昂又耗费时间的过程，况且化肥价格还很便宜（至少在富裕国家是如此），所以更经济的方法就是多施肥——至少满足农作物生长所需的量。
有一些公司已经在开发化肥添加剂，帮助植物吸收更多的氮，从而减少进入地下水或逃匿到大气中的氮。目前，使用这类添加剂的化肥仅占全球总量的2%，因为它们的功效并不是很稳定，而化肥生产商也不想投入太多资金来改进现有产品。
还有一些专家致力于通过其他方式解决氮的问题。比如，有些研究人员正在对农作物新品种进行基因研究，希望通过基因技术让农作物“募集”微生物，提高氮的固定性，从而获得生长所需的氮。此外，还有一家公司已经研发出可用于固定氮的转基因微生物。也就是说，不用再通过化肥添加氮，而是往土壤中添加任何时候都会产生氮的微生物——即便土壤中已经包含氮。如果这些方法奏效，那么它们将大幅降低化肥的需求量，也就间接减少了化肥导致的温室气体排放。
原文作者 | [美]比尔·盖茨
摘编 | 申婵
校对 | 王心
