提升固碳能力 实现双碳目标(科技创新助力“双碳”③)

来源:人民日报时间:2021-10-10 16:04:13

林区固碳作用非常显著。这是森林茂密的河北塞罕坝机械林场。
新华社记者 金皓原摄

红树林是典型的储碳能手。这是广西北海市合浦县廉州湾的红树林。
林启波摄

无论是降低化石能源在使用过程中的碳排放,还是研究用非碳能源进行替代,都属于从排放端来探讨如何减排。实现双碳目标,还需要在固碳端发力,通过生态建设,土壤固碳,碳捕获、利用与封存等工程及技术,去除那些不得不排放的二氧化碳。

充分利用陆地生态系统固碳,最为经济且对环境友好

所谓固碳,也叫碳封存,是指增加除大气之外的碳库碳含量的措施。固碳能够将多余的碳封存起来,不排放到大气中。

“目前主要有物理固碳和生物固碳两种方式。”中国科学院大气物理研究所研究员陈可鑫介绍,物理固碳是将二氧化碳长期储存在开采过的油气井、煤层和深海里;生物固碳是利用植物的光合作用,将二氧化碳转化为碳水化合物,以有机碳的形式固定在植物体内或土壤里。

在过去的10年中,人们越来越关注基于自然的解决方案。生物固碳被认为是缓解全球变暖最具前景的方法。

中国科学院院士方精云说:“陆地生态系统通过植被的光合作用吸收大气中的大量二氧化碳。利用陆地生态系统固碳,是减缓大气二氧化碳浓度升高最为经济可行和环境友好的途径。因此,如何提高陆地生态系统碳储量和固碳能力,既是全球变化研究的热点领域,也是国际社会广泛关注的焦点。”

森林作为陆地生态系统的主体,也是陆地上最大的“碳库”,在调节气候,缓解全球变暖中发挥着重要作用。

那么,我国在这方面的现状如何?

中国科学院院士丁仲礼说:“中国的陆地碳汇中,约56%来自六大生态工程建设相关的区域。这些工程的历史有些甚至可以追溯到上世纪,在多年的积累之后,它们正发挥着越来越重要的作用。”

中国科学院大气物理研究所刘毅团队,今年在《自然》发布的最新研究成果显示,我国生态系统的固碳能力巨大。研究发现,我国陆地生态圈巨大的碳汇能力主要来自于我国重要林区,尤其是西南林区的固碳贡献,同时我国东北林区在夏季也有非常强的碳汇作用。这也是我国近40年来恢复天然森林植被、加强人工林培育取得的成果。

发展碳捕集与封存技术,加强对化石燃料排放二氧化碳的资源化利用

研究认为,碳封存过程中需要提高二氧化碳的浓度,以提高效率,增加埋存量,从而降低成本。同时,大部分的利用场景也需要高浓度的二氧化碳,提高利用转化率。因此,捕集技术成为二氧化碳利用和封存过程中的关键技术。

上世纪80年代,联合国政府间气候变化专门委员会提出了“碳捕集与封存”技术,主要是将捕集的二氧化碳通过一定的方式运输到合适的地点进行封存,使其与大气隔绝,减少向大气中的二氧化碳排放,促使大气碳循环的再平衡。但这项技术存在的最大问题是建设和运行成本高昂。

碳捕获、利用与封存技术是碳捕获与封存技术新的发展趋势,即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯,继而投入到新的生产过程中,可以循环再利用,而不是简单地封存。与碳捕获与封存技术相比,它可以将二氧化碳作为资源再次利用,既能产生经济效益,也更具有现实操作性。

从碳捕获与封存技术到碳捕获、利用与封存技术,进一步强化了对化石燃料利用过程中排放的二氧化碳的资源化利用。

目前,随着全球应对气候变化和碳中和目标的提出,碳捕获、利用与封存作为减碳固碳技术,已成为多个国家碳中和行动计划的重要组成部分。数据显示,截至2020年,全球正在运行的这类大型示范项目有26个,每年可捕集封存二氧化碳约4000万吨。

在实现碳中和的道路上,自然界如岩石化学风化等某些物理化学过程,也能实现捕获和储存二氧化碳,被称为自然界的碳捕集与封存技术。

“比如,我国干旱半干旱地区的碱性土壤中含有很多钙离子,这些钙离子和大气中的二氧化碳结合,降水的时候就会淋溶形成碳酸钙沉淀。”丁仲礼说,“我国有大面积的干旱半干旱地区,这个自然过程对碳的固定,是一个非常重要的过程。”

丁仲礼表示,尽管碳捕集与封存技术、硅酸盐岩石的风化等负排放技术在固碳减排方面潜力巨大,但这些技术还需要进一步研究。“我们估计森林在2060年以前将会达到固碳的峰值,之后固碳速率就会降低。因此,在固碳峰值来临之前,最好不要单纯地封存,那样不产生经济效益,还是要想办法利用二氧化碳。”

海洋储碳量能达到陆地的近20倍、大气的50倍,应大力发挥海洋碳汇潜力

除了绿色植物通过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。

专家介绍,海洋覆盖了地球表面约70%,储碳量则达到陆地的近20倍、大气的50倍,也是气候重要的调节器。从全球来看,以海岸带植物生物量为例,尽管它只有陆地植物生物量的0.05%,每年的固碳量却与陆地植物相当。

从时间尺度来看,与碳在陆地生态系统可储存数十年相比,埋藏在滨海湿地土壤中的有机碳和溶解在海水里的惰性无机碳,能够储存千年之久。

我国是海洋大国,海洋应该在国家减排增汇工作中发挥重要作用,应大力发挥海洋碳汇潜力。

海草床、红树林和盐沼这三大海岸带生态系统是典型的储碳能手。研究发现,鱼类、大型海藻、贝类和微型生物在固定并储存碳方面也发挥着一定作用。

但是固碳并不等于储碳,高碳量也不等于高碳汇。许多颗粒有机碳在沉降的过程中就会降解,到海底埋藏时已经严重衰减。

科研人员愈加关注提高海洋储碳的效率问题。中国科学院院士、厦门大学教授焦念志带领团队,提出了微型生物碳泵这一海洋碳汇机制。他们发现,海洋微型生物能够将活性溶解有机碳转化为惰性溶解有机碳,使得有机碳长期储存。研究显示,微型生物碳泵对碳盐酸泵也有帮助。

在不断加深对海洋碳汇机制的理解基础上,围绕高效利用海洋碳汇,科研人员提出一些建议。

首先,保护好三大海岸带生态系统,增加海草床面积、海草覆盖度,营造和修复红树林,保护盐沼湿地等,坚持实施海洋碳汇工程,推动海洋生态保护和可持续发展。

其次,要坚持陆海统筹、减排增汇。焦念志介绍,我国很多河口、海岸由于被排放入过量氮、磷,造成富营养化。“富营养化看似‘施肥’,浮游植物多,固碳量增加。其实正好相反,在营养盐过量的环境中的有机碳容易被降解,有机物越多,细菌越繁盛,就把有机碳呼吸成二氧化碳释放出去了。”焦念志解释,只有维持适量的营养输入,谋求微型生物碳泵和生物泵的协同效应最大化,才有利于可持续发展。

前不久,深圳推出全国首个《海洋碳汇核算指南》,厦门市碳和排污权交易中心完成了首宗海洋碳汇交易。专家建议,除了从科学技术上探索提升海洋碳汇效率,还要尽快建立更加科学的海洋碳汇资源价值核算标准,探索建设更加规范的海洋碳汇交易市场,完善生态补偿机制。

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