我们应该如何实现碳中和？关于碳去除技术你想要的都在这了

 

碳去除技术（Carbon dioxide removal，CDR）是近年来大家热议的话题，它是指直接或间接从大气中捕获二氧化碳并永久储存的方法。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）最新的报告指出，想要完成《巴黎协定》提出的目标，将全球变暖限制在比工业化前水平高1.5ºC范围内，需要政府采取行动来去除地球大气中现存的超过3万亿吨的二氧化碳，其中约1/3来自人类化石燃料燃烧的排放。
金融服务公司Stripe近期与包括谷歌母公司Alphabet和脸书母公司Meta在内的几家公司合作，成立了Frontier Fund，通过投资近10亿美元从小企业中购买碳去除额度。今年四月，Jane Flegal 辞去了白宫国内气候政策办公室工业排放高级主管的职位，转而在Frontier Fund工作，足以显示碳去除的重要性日益渐增。

许多气候行动倡导者表达了他们对于企业和政府不再缩减化石燃料排放，转而投靠碳去除技术的顾虑。正如Hausfather在推特上表达的那样：“推延节能减排只会在未来给机构和政府在造成巨大的经济负担”。面对顾虑，IPCC报告清楚地表明要实现《巴黎协定》的目标，要在推广碳去除技术的同时持续努力地减少排放。报告还推荐政府应该在节能减排和碳去除两方面分别设立指标。目前欧盟已经在欧洲气候法提案中宣布了相关的计划措施。

 

Hausfather在推特上说： 即使碳去除技术的成本降至每吨50美元，地球气温升高1.5ºC后每再升高0.1ºC，我们就需要承担11万亿美元的债务 

碳去除大致可以被分为两大途径：自然去碳和人工去碳。值得一提的是碳去除技术跟碳捕捉技术不同，碳捕捉关注的是从源头上制止碳进入大气，而碳去除技术关注的是去除已经存在于大气中的二氧化碳。

 

01「自然去碳」

自然去碳指的是通过自然过程吸收二氧化碳，碳汇包括森林、土壤、农作物等。这些自然过程可以自发进行，也可以通过人为方式被增强。美国自然保育联盟的Joseph Fargione和弗吉尼亚大学Stephanie Roe分别在2018年和2021年对碳去除技术进行了报道。他们对于天然碳汇碳发展前景的报道与美国国家科学院2019年的报告几乎一致，但这些研究在评估不同天然碳汇的能力和大小方面存在差异。

 

森林碳汇
森林碳汇指的是森林植物吸收大气中的二氧化碳将其固定在植被或土壤中，从而减少大气二氧化碳。植树造林、退耕还林、减少滥砍滥伐以及提高森林管理等手段均可以提升森林碳汇的效果。美国国家科学院和Roe的报告显示，植树造林能够以每吨100美元的成本为美国贡献约1.5亿吨的碳去除额度，Fargione 的调查则更是把这一额度提升到了2.5亿吨。这一数据还有进步的空间，如果美国能进一步加强森林管理，例如以更加低危害的手段收割树木，能让美国每年额外去除4千万吨到2.5亿吨不等的二氧化碳（Roe的研究结论显示额外去除量为4千万吨的二氧化碳，美国国家科学院报告的结论为1亿吨二氧化碳，Fargione的结论为2.5亿吨二氧化碳）

农业碳汇

在森林碳汇之外，农业碳汇的前景也不容小觑。农业碳汇指的是在农业生产过程中通过农业种植、植被恢复等措施，吸收大气中的二氧化碳。开展再生农业、使用堆肥和生物炭（biochar）以及轮牧都可以提高农业碳汇的效率。美国国家科学院和Fargione表示如果这一系列的措施都能得到实践，美国能以低于每吨100美元的成本每年额外去除2.5-3.5亿吨的二氧化碳。Roe的研究还强调了生物炭的重要性——单在美国推广生物炭就可以达到每年2.6亿吨的二氧化碳去除量。生物炭是一种作为土壤改良剂，能帮助植物生长的木炭，但Fargoine表示目前来自文化、技术和费用等方面的压力导致生物炭还无法大规模推广，需要寄希望于技术方面的突破。
森林和土壤已经储存了超过3万亿吨的碳。如果能通过调控光合作用来提高天然碳汇过程，将会更大的提高汇碳的效率。2019年美国国家科学院的报告表示，以现在的认知和技术，我们可以通过自然手段以低于100美元每吨的成本每年从全球大气中去除将近100亿吨的二氧化碳。此碳去除成本是非常划算的，不过在执行层面能够达到的效果会因为人类活动、后勤问题、组织能力和政治因素而大打折扣。
不论是森林业还是农业碳汇，在大规模推广层面都涉及到征占粮食生产用地的问题。同时这些碳汇的持久性也存在争议。再生农业捕集到的碳被储存在土壤中，这意味着一旦种植方式发生改变，原本储存在土壤中的碳会立即被释放到大气中。同时，森林火灾和树皮甲虫的爆发也会导致大量储存在树木中的碳被重新释放到大气中。世界资源研究所WRI最新的研究显示，2021年全球森林面积减少了近6200万英亩，单其中减少的9百万英亩热带雨林就释放了25亿吨的二氧化碳。

自然去碳由于土地使用权、政治因素、自然危害等因素使最终的去碳量可能仅能达到预期的一半。如果我们还想要完成《巴黎协定》提出的目标，开展人工去碳就很有必要了。

 

02「人工去碳」

人工去碳指的是基于工程和技术的去碳方案，其中讨论最多、发展潜力最大的几项技术包括生物能源与碳捕获和储存技术（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，BECCS）和直接空气捕获技术（Direct air capture, DAC)。

 

生物能源与碳捕获和储存技术

生物能源与碳捕获和储存技术（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，BECCS）是碳去除中一项极具发展潜力的人工去碳技术。BECCS主要涉及到燃烧生物废料（生物废料主要源于农业，林业和市政资源）作为能源，并在燃烧过程中对释放的二氧化碳进行捕集和封存。因为生物质燃烧产生的二氧化碳是植物生长所储存的碳被重新释放，这一步属于“净零排放”。利用碳捕获技术捕获释放出来的二氧化碳，将其进一步压缩和冷却处理后被注入地质构造中永久储存，这一步属于“负排放”。

美国国家科学院的报告指出BECCS能够在全球范围内达到40亿吨碳的去除量，并在美国境内以100美元每吨的成本去除5亿吨的碳。但由于燃烧生物质效率较低，大概只有燃烧煤炭的一半，目前市面上仅有一家公司在实际运营BECCS。

直接空气捕获和海洋去碳技术

直接空气捕获技术（Direct air capture, DAC) 指直接从大气中捕获二氧化碳后进行永久封存或利用。把碳储存在稳定的地质构造中确实是一种更可靠和永久的手段，但DAC通常需要使用鼓风机以过滤的方式捕获碳，这一手段非常耗能且价格昂贵。

由Climeworks公司在冰岛运营的碳捕获工厂是世界最大的直接空气捕获和储存工厂。工厂每年能捕获4000吨二氧化碳，但运行成本高达每吨600美元。IPCC希望DAC可以在全球范围内捕获50亿到400亿吨二氧化碳碳，但是高额的成本使推广该技术面临极大的障碍。
同样亟待被开发的还有海洋去碳技术。在海洋中进行铁施肥可以提高浮游植物的增长速率，从而提高大气二氧化碳的吸收速率。大面积的海带种植以及污水碱化工程也可以提高海洋去碳能力。但是这些碳去除技术对于海洋生态系统的影响较为复杂，因此2021年美国国家科学院的报告提出希望能开展更多的研究明晰海洋碳去除技术的发展前景。

碳去除技术的分类 图源美国国家科学院

 

03「碳去除技术的发展前景」

那我们到底应该怎样最大程度上利用碳去除技术呢？IPCC报告提出在不同的时间尺度上，碳去除带来的效果有所不同。

短期来说，碳去除技术能够减少人类温室气体的净排放；中期尺度上，碳去除可以抵消某些工、农业活动、交通运输产生的排放从而帮助我们实现碳中和的目标；长期尺度上，它可以降低大气中的碳含量，从而逐渐降低全球气温。

2019年美国国家科学院的报告指出大约有100到200亿吨的温室气体来自于难以根除的排放源。以这样的趋势发展，2050年我们每年预计需要去除100亿吨的二氧化碳，这个数字会在2100年增长到200亿吨。许多碳去除专家们则表示他们对于减少化石燃料，尤其对于工业方面控制依旧保持乐观。Andrew Bergman和Anatoly Rinberg表示如果各个产业的脱碳成效都很显著的话，本世纪末仅会残存300亿吨难以消除的温室气体。

但同时我们也不要忘了，大气碳储量就像一个大的浴缸一样，一边人类不断的在燃烧化石能源给“浴缸”灌水，另一边碳去除计划竭尽全力为浴缸“放水”，要想阻止浴缸漫溢，进出两端都要加强力度管控或推进。

大气二氧化碳的浴缸比喻  图源M. May/Helmholtz-Zentrum Berlin

参考文献

  • 美国国家科学院2019年报道原文https://nap.nationalacademies.org/catalog/25259/negative-emissions-technologies-and-reliable-sequestration-a-research-agenda
  • 美国自然保育联盟Joseph Fargione 2018年文章报道原文DOI: 10.1126/sciadv.aat1869

  • 弗吉尼亚大学Stephanie Roe2021年文章报道原文DOI: 10.1111/gcb.15873

     

    来源：华夏气候

     

新闻资讯

INFORMATIONS

넳 넲