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提升固碳能力實現雙碳目標(科技創新助力“雙碳”③)

发布日期:2021-10-14 09:22   来源:未知   阅读:

  無論是降低化石能源在使用過程中的碳排放,還是研究用非碳能源進行替代,都屬於從排放端來探討如何減排。實現雙碳目標,還需要在固碳端發力,通過生態建設,土壤固碳,碳捕獲、利用與封存等工程及技術,去除那些不得不排放的二氧化碳。

  所謂固碳,也叫碳封存,是指增加除大氣之外的碳庫碳含量的措施。固碳能夠將多余的碳封存起來,不排放到大氣中。

  “目前主要有物理固碳和生物固碳兩種方式。”中國科學院大氣物理研究所研究員陳可鑫介紹,物理固碳是將二氧化碳長期儲存在開採過的油氣井、煤層和深海裡﹔生物固碳是利用植物的光合作用,將二氧化碳轉化為碳水化合物,以有機碳的形式固定在植物體內或土壤裡。

  在過去的10年中,人們越來越關注基於自然的解決方案。生物固碳被認為是緩解全球變暖最具前景的方法。

  中國科學院院士方精雲說:“陸地生態系統通過植被的光合作用吸收大氣中的大量二氧化碳。利用陸地生態系統固碳,是減緩大氣二氧化碳濃度升高最為經濟可行和環境友好的途徑。因此,如何提高陸地生態系統碳儲量和固碳能力,既是全球變化研究的熱點領域,也是國際社會廣泛關注的焦點。”

  森林作為陸地生態系統的主體,也是陸地上最大的“碳庫”,在調節氣候,緩解全球變暖中發揮著重要作用。

  中國科學院院士丁仲禮說:“中國的陸地碳匯中,約56%來自六大生態工程建設相關的區域。這些工程的歷史有些甚至可以追溯到上世紀,在多年的積累之后,它們正發揮著越來越重要的作用。”

  中國科學院大氣物理研究所劉毅團隊,今年在《自然》發布的最新研究成果顯示,我國生態系統的固碳能力巨大。研究發現,我國陸地生態圈巨大的碳匯要來自於我國重要林區,尤其是西南林區的固碳貢獻,同時我國東北林區在夏季也有非常強的碳匯作用。這也是我國近40年來恢復天然森林植被、加強人工林培育取得的成果。

  研究認為,碳封存過程中需要提高二氧化碳的濃度,以提高效率,增加埋存量,從而降低成本。同時,大部分的利用場景也需要高濃度的二氧化碳,2020年铝企业投产、增产情况汇总,提高利用轉化率。因此,捕集技術成為二氧化碳利用和封存過程中的關鍵技術。

  上世紀80年代,聯合國政府間氣候變化專門委員會提出了“碳捕集與封存”技術,主要是將捕集的二氧化碳通過一定的方式運輸到合適的地點進行封存,使其與大氣隔絕,減少向大氣中的二氧化碳排放,促使大氣碳循環的再平衡。但這項技術存在的最大問題是建設和運行成本高昂。

  碳捕獲、利用與封存技術是碳捕獲與封存技術新的發展趨勢,即把生產過程中排放的二氧化碳進行提純,繼而投入到新的生產過程中,可以循環再利用,而不是簡單地封存。與碳捕獲與封存技術相比,它可以將二氧化碳作為資源再次利用,既能產生經濟效益,也更具有現實操作性。

  從碳捕獲與封存技術到碳捕獲、利用與封存技術,進一步強化了對化石燃料利用過程中排放的二氧化碳的資源化利用。

  目前,隨著全球應對氣候變化和碳中和目標的提出,碳捕獲、利用與封存作為減碳固碳技術,已成為多個國家碳中和行動計劃的重要組成部分。數據顯示,截至2020年,全球正在運行的這類大型示范項目有26個,每年可捕集封存二氧化碳約4000萬噸。

  在實現碳中和的道路上,自然界如岩石化學風化等某些物理化學過程,也能實現捕獲和儲存二氧化碳,被稱為自然界的碳捕集與封存技術。

  “比如,我國干旱半干旱地區的鹼性土壤中含有很多鈣離子,這些鈣離子和大氣中的二氧化碳結合,降水的時候就會淋溶形成碳酸鈣沉澱。”丁仲禮說,“我國有大面積的干旱半干旱地區,這個自然過程對碳的固定,是一個非常重要的過程。”

  丁仲禮表示,盡管碳捕集與封存技術、硅酸鹽岩石的風化等負排放技術在固碳減排方面潛力巨大,但這些技術還需要進一步研究。“我們估計森林在2060年以前將會達到固碳的峰值,之后固碳速率就會降低。因此,在固碳峰值來臨之前,最好不要單純地封存,那樣不產生經濟效益,還是要想辦法利用二氧化碳。”

  除了綠色植物通過光合作用固定二氧化碳,海洋也有吸收和封存二氧化碳的作用。

  專家介紹,海洋覆蓋了地球表面約70%,儲碳量則達到陸地的近20倍、大氣的50倍,也是氣候重要的調節器。從全球來看,以海岸帶植物生物量為例,盡管它隻有陸地植物生物量的0.05%,每年的固碳量卻與陸地植物相當。

  從時間尺度來看,與碳在陸地生態系統可儲存數十年相比,埋藏在濱海濕地土壤中的有機碳和溶解在海水裡的惰性無機碳,能夠儲存千年之久。

  我國是海洋大國,海洋應該在國家減排增匯工作中發揮重要作用,應大力發揮海洋碳匯潛力。

  海草床、紅樹林和鹽沼這三大海岸帶生態系統是典型的儲碳能手。研究發現,魚類、大型海藻、貝類和微型生物在固定並儲存碳方面也發揮著一定作用。

  但是固碳並不等於儲碳,高碳量也不等於高碳匯。許多顆粒有機碳在沉降的過程中就會降解,到海底埋藏時已經嚴重衰減。

  科研人員愈加關注提高海洋儲碳的效率問題。中國科學院院士、廈門大學教授焦念志帶領團隊,提出了微型生物碳泵這一海洋碳匯機制。他們發現,海洋微型生物能夠將活性溶解有機碳轉化為惰性溶解有機碳,使得有機碳長期儲存。研究顯示,微型生物碳泵對碳鹽酸泵也有幫助。

  在不斷加深對海洋碳匯機制的理解基礎上,圍繞高效利用海洋碳匯,科研人員提出一些建議。

  首先,保護好三大海岸帶生態系統,增加海草床面積、海草覆蓋度,營造和修復紅樹林,保護鹽沼濕地等,堅持實施海洋碳匯工程,推動海洋生態保護和可持續發展。

  其次,要堅持陸海統籌、減排增匯。焦念志介紹,我國很多河口、海岸由於被排放入過量氮、磷,造成富營養化。“富營養化看似‘施肥’,浮游植物多,固碳量增加。其實正好相反,在營養鹽過量的環境中的有機碳容易被降解,有機物越多,細菌越繁盛,就把有機碳呼吸成二氧化碳釋放出去了。”焦念志解釋,隻有維持適量的營養輸入,謀求微型生物碳泵和生物泵的協同效應最大化,才有利於可持續發展。

  前不久,深圳推出全國首個《海洋碳匯核算指南》,廈門市碳和排污權交易中心完成了首宗海洋碳匯交易。專家建議,除了從科學技術上探索提升海洋碳匯效率,還要盡快建立更加科學的海洋碳匯資源價值核算標准,探索建設更加規范的海洋碳匯交易市場,完善生態補償機制。

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