我们如何从空中移除Co2以避免气候灾难

通过充足的投资和战略部署,二氧化碳的去除和储存可以在使全球变暖保持在一个我们能够生存的水平上发挥关键作用。

克劳斯·拉克纳(Klaus Lackner)在他的脑海中描绘了一幅未来的图景,它看起来像这样:100的半挂车大小的盒子,每一个都装满了米色的布料,看起来像粗毛地毯,使表面积最大化。 每个盒子都像吸气一样吸入空气。 就像织物一样,织物吸收二氧化碳,然后以浓缩的形式释放出来形成混凝土或塑料,或者通过管道输送到地下,有效地消除了它对气候变化作出贡献的能力。

亚利桑那州立大学负碳排放中心主任拉克纳说,尽管该技术尚未投入使用,但它“即将移出实验室,所以我们可以展示它的小规模运作”。 一旦他解决了所有问题,他算得出,这些盒子的网络每天可以捕获大约100亿公吨(110亿吨)的CO2,每吨成本为30美元,这使他可以辨别出凹痕。自从2年前人类开始燃烧化石燃料以来,空气中累积的气候破坏性二氧化碳过多。

拉克纳(Lackner)是全球数百名(甚至数千名)科学家之一,他们致力于研究从大气中清除二氧化碳,利用植物,岩石或化学反应从大气中捕获碳并将其存储在土壤,混凝土等产品中的方法。以及塑料,岩石,地下水库或深蓝色的大海。

“我们不能让经济脱碳,否则我们不会实现碳排放的目标。” - 诺亚德奇

一些被称为二氧化碳去除或负排放技术的策略,在他们的设想者眼中只是闪烁的。 其他 - 低技术计划,如种植更多的森林或在田间留下作物残留,或更高科技的“负排放”设置,如 CO2捕获生物质燃料工厂去年春天上线 在伊利诺伊州的迪凯特 - 已经在进行中。 他们的共同目标是帮助我们摆脱气候变化的困扰。


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Noah Deich说:“我们不能使经济脱碳,否则我们不能实现碳排放的目标。”联合创始人兼执行董事Noah Deich说。 除碳中心 在加利福尼亚州的奥克兰。 “我们不得不从大气中清理碳。 ...如果我们要有真正的市场和真正的解决方案,我们需要紧急启动2030安全和成本效益。“

许多方法

几乎所有的气候变化专家都同意,为避免灾难,我们必须首先将我们所有的一切都用于减少二氧化碳的排放。 但是越来越多的人说这还不够。 他们认为,如果要将大气变暖限制在不可避免的水平以下,我们就必须积极地从空气中大量清除二氧化碳。

阿伯丁大学植物与土壤科学主任皮特·史密斯说:“如果没有某种负排放技术,我们几乎不可能达到2°C,甚至更低的1.5 [°C]。世界 减缓气候变化的领导人.

事实上,来自世界各地的科学家最近已经起草了 一个未来的“路线图”,使我们很有可能保持升温幅度低于2ºC阈值 通过完全淘汰化石燃料极大地减少了碳排放,但同时也要求我们积极地从大气中去除二氧化碳。 他们的计划要求到2年每年封存0.61公吨(十亿吨,缩写为Gt,是十亿公吨或0.67亿吨)的二氧化碳,到2年分别为2030和5.51年的2050。人为产生的CO17.72排放量约为2100 Gt在2年, 根据国家海洋和大气管理局.

“如果没有某种负面排放技术,我们几乎不可能达到2°C,更不用说1.5。”--Pete Smith

报告周期性地指出,这种或那种方法不会削减:树可以储存碳,但是它们与农业竞争土地,土壤储存不够,像拉克纳那样的机器需要太多的能量,我们不能没有找到地下储存的工程。

很可能没有一个解决方案是修复程序,每个方案都有优点和缺点,而且许多错误在准备黄金时间之前需要解决。 但是,如果组合得当,并进行认真的研究和开发,它们可能会发挥很大的作用。 并作为 一个国际气候科学家小组最近指出越早越好,因为减缓温室气体排放的任务只会越来越大,越拖越艰巨。

史密斯建议将许多方法分为两类 - 即相对低技术的“无悔”战略,如重新造林和改进农业实践,以及需要大量研究和发展才能成为可行的先进选择。 然后,他建议,部署前者和 开始研究后者。 他还主张通过将正确的方法与正确的位置仔细匹配来最大限度地减少缺点和最大化利益。

史密斯说:“做任何事情都可能有很好的方式和坏的方法。 “我认为我们需要找到做这些事情的好方法。”

德奇也支持同时追求多种选择。 “我们不想要技术,我们想要 很多 在更广泛的产品组合中提供互补的解决方案,并随着有关解决方案的新信息的出现而更新。

考虑到这一点,这里快速介绍了正在考虑的一些主要方法,其中包括根据目前对各种来源的二氧化碳封存潜力的认识而得出的大致预测,包括 密歇根大学的初步研究结果 预计将在今年晚些时候发布 - 以及各自最佳适用情况下的优缺点,成熟度,不确定性和想法的总结。

造林和再造林

支付入场费,在加利福尼亚的红杉国家公园穿过蜿蜒曲折的道路,在树林中徒步半英里,你会发现自己身处世界上最大的树木谢尔曼将军的脚下。 这个庞然大物有一些52,500立方英尺(1,487立方米)的树干 超过1,400公吨 仅在其行李箱中捕获了1,500吨的二氧化碳。

尽管它的大小显然是例外的,但是将军给出了树木从空气中吸收二氧化碳并将其储存在木材,树皮,树叶和根中的潜力的想法。 实际上,政府间气候变化专门委员会估计,一公顷(2英亩)的森林每年可以吸收2.5至1.5公吨(30至1.6吨)的二氧化碳,具体取决于树木的种类,树龄。它们是气候等。

全球森林目前按照2 Gt CO2per年份的顺序隔离。 在新的地方种植树木(绿化)和重新种植砍伐的树木种植面积(再造林)可能会使这种情况增加一倍或更多,取决于物种,生长模式,经济,政治和其他变量。 强调碳储存和树木和其他森林植物的基因改造以提高其吸收和储存碳的能力的森林管理做法可能会推高这些数字。

帮助提高树木储存碳的能力的另一种方法是用它们制造持久的产品-木结构建筑,书籍等。 例如,将高碳木材用于建筑可以将树木的储存能力扩展到森林边界以外,而木材的储存和绿化每年可能会产生1.3–14 Gt的二氧化碳, 根据气候研究所,一个澳大利亚的研究机构。

碳农业

大多数农业是为了生产从土地上收获的东西。 碳养殖是相反的。 它使用植物来捕获CO2,然后策略性地使用如 减少耕种,种植长根作物和将有机物质掺入土壤 鼓励被困的碳进入并留在土壤中。

“目前,许多农业,园艺,林业和花园土壤都是净碳源。 也就是说,这些土壤的碳排放量比它们隔离的碳排放量还要多,“澳大利亚非营利组织创始人Christine Jones指出, 惊人的碳。 “通过改善植物和土壤管理来逆转二氧化碳向大气中净迁移的潜力是巨大的。 的确,以增强土壤吸收和稳定储存大量大气碳的能力的方式管理植物覆盖层,为解决当今人类面临的一些最具挑战性的问题提供了一种实用且几乎立即的解决方案。”

土壤的碳储存能力可能会更高,如果研究倡议的 高级研究计划署能源部,一个为创新能源技术提供研究支持的美国政府机构,另一个旨在提高作物向土壤转移碳的能力的政府机构是成功的。 而且,Eric Toensmeier指出, 碳农业解决方案的作者通过在等式中包括树木,农田储存碳的能力也可以大大提高。

Toensmeier说:“通常情况下,那些含有最多碳的树木的做法通常是每公顷二倍于10倍碳,这是非常重要的。

其他植被 

尽管森林和农田引起了人们的极大关注,但其他植被类型的草地,沿海植被,泥炭地等也都吸收并储存了CO2,为提高其能力而做出的努力可能有助于世界各地的碳储存事业。

沿海植物, 例如红树林,海草和潮汐盐沼中的植被,在隔离二氧化碳方面表现出色-与陆地森林相比,每个区域的二氧化碳排放量要多得多, 根据Meredith Muth,国家海洋和大气管理局国际项目经理。

Emily Pidgeon说:“这些碳丰富的生态系统令人难以置信, 保护国际 战略海洋计划高级总监。 那是因为它们生长在缺氧的土壤中会抑制CO2向大气的释放,因此,与其说碳循环回大气,还不如说是几个世纪以来碳逐层堆积的原因。 用 大约每公顷1,400公吨(1,500吨)的红树林(2。5英亩); 盐沼,900公吨(1,000吨); 和海草,400公吨(400吨),恢复失去的沿海植被和扩大沿海栖息地有潜力螯合大量的碳。 而研究人员正在着眼于减少污染和管理沉积物干扰等策略 使这些生态系统吸收更多的CO2.

而且,皮江还说,这种植被提供了双重的气候效益,因为它也有助于保护海岸线免受侵蚀,因为变暖导致海平面上升。

她说:“这是一个完美的气候变化生态系统,特别是在一些比较脆弱的地方。 “它提供风暴保护,侵蚀控制,维护当地的渔业。 就气候变化而言,无论是减缓还是适应,都是非常有价值的。“

生物能源与埋葬

除了利用植被将二氧化碳存储在植物部位和土壤中的能力外,人类还可以通过吸收其他方式吸收的碳植物来增强固存。 一种 今年早些时候开始运营的208万美元电厂 在伊利诺伊州的农业中心农场是这种方法的一个实际例子,目前被广泛认为是从空气中去除大量碳的最有前途的基于技术的策略:生物能碳捕获和储存或BECCS。

BECCS通常从将生物质转化为可用能源(如液体燃料或电力)开始。 但是,这个概念又进一步迈出了关键的一步。 与传统设备不同的是,它不像传统设备那样将处理过程中释放的CO2发送到空气中,而是将其捕集并浓缩,然后将其收集在混凝土或塑料等材料中,或者像迪凯特工厂那样将其注入到岩层中,将碳捕获到远低于地球表面的地方。

相关策略提出使用海藻等海洋植物代替陆地植物。 这将减少与粮食生产和土地保护的土地栖息地竞争的需要。 然而,这种方法并没有像陆基BECCS那样被探索,所以未知数量甚至更高。

在存储方面,提出的许多技术仍处于概念或早期发展阶段。 但是,如果开发得当,这种方法“可能会产生相当大的影响”,阿伯丁大学的史密斯说。

生物炭 

提高植物储存碳的能力的另一种方法是部分燃烧材料,如砍伐砍伐树木或作物废物,以制造一种富含碳的,分解缓慢的物质 生物炭,然后可以埋在农田里或传播。 生物炭已经使用了几个世纪来丰富土壤的农业,但最近由于其螯合碳的能力而引起越来越多的关注 - 10的三个决赛入围者在25万美元 地球挑战 维京在2007推出这种方法。

施肥的海洋 

居住在海洋中的植物和类植物生物每年吸收的二氧化碳量不可估量,它们的吸收能力仅受其生长和繁殖所需的铁,氮和其他营养物质的可用性的限制。 因此,研究人员正在研究使海洋肥沃或从深处吸收养分的策略,以增强植物的捕集和储存碳的能力。

大约十年前,公司开始形成这样的计划,即将从即将建立的全球碳市场获得回报。 这样的计划基本上仍然在绘图板上,由于对碳价格的标记存在很大的不确定性,对更广泛地破坏渔业和海洋生态系统的担忧以及可能涉及的高能源需求和成本而受到阻碍。 另外,我们并没有清楚地了解被困碳的实际留在海洋中的多少,而不是重新进入大气层。

Rock Solutions

每天,通过雨水和岩石之间的反应,自然会将CO2从大气中清除。 一些气候科学家建议通过人为措施来增强这一过程,从而增加从大气中清除二氧化碳的能力,例如,将岩石压碎并将其暴露在反应室中的二氧化碳中,或将其散布在大片土地或海洋上,从而增加其表面积。反应会发生。

如目前所想象的,由于需要运输和处理大量重质材料,通过使CO2与岩石反应来提高碳储存的策略既昂贵又耗能。 有些还需要大量土地使用,因此有潜力与其他需求竞争,例如粮食生产和生物多样性保护。 研究人员正在寻找 如何利用矿山废弃物,以及如何完善降低成本和提高效率的战略。

直接空气捕获和存储

美国亚利桑那州立大学拉克纳分公司的碳封存容器,以及其他一些项目 Climeworks在瑞士刚刚开放的碳捕集设施代表了当今被广泛讨论的温室气体捕集与封存技术之一。 这种方法被称为直接空气捕获和存储,这种方法使用化学物质或固体来捕获稀薄空气中的气体,然后像BECCS那样将其存储在长途地下或长期使用的材料中。

拉克纳说,理论上,直接空气捕获已经被用于海面以下的潜艇和远处的太空飞行器中,从空气中去除二氧化碳的效率比植物高一千倍。

但是,这项技术是萌芽的。 而且由于它需要从空气中的其他所有物质中吸收二氧化碳分子,因此这是一个巨大的能源消耗。 另一方面,这种方法具有可部署在地球上任何地方的巨大优势。

从哪里来? 

如果从此概述中得出任何明确的结论,那就是以下两点:首先,通过增加从大气中清除CO2的策略,有很大的潜力来加大减少CO2排放的力度。 其次,在我们能够以有意义的规模开展工作之前,还有许多工作要做,这不仅可以缩小碳差距,而且可以保护环境并满足人类的更直接需求。

科学与政策主任Peter Frumhoff说:“根据目前的技术,目前没有真正的负面排放技术的组合,可以在足够的规模下使用,以帮助实现低于2°C的目标,而没有真正的重大影响。一位首席科学家 有关科学家联盟。 “我们原则上可以部署负排放技术,但是我们没有足够的理解或政策去做。”

随着需要做的事情变得越来越迫切,研究人员正在开始 仔细看看各种机会的优点,缺点和潜力 并放在一起 研究议程 在适当的时间在正确的地方推进最有希望的。 5月2017,国家科学院研究小组开始举行 一系列的战略会议 确定前进的研究重点。

“我们在这个委员会的工作是推荐一个研究议程来解决这些问题,降低成本,提高方案的效率,克服扩大和实施和治理的障碍,特别是验证和监测“,专家组主席斯普林斯帕卡拉,普林斯顿大学生态学和进化生物学教授,在一个说 视频描述的主动权.

也就是说,重要的是要记住,技术可能不是长期的限制因素。

史密斯承认,最终碳储存并不便宜,但他指出,气候变化也不是。

“我不认为这是一个技术挑战,”Deich说。 “我认为这是一种愿意付出的代价,并愿意在这些解决方案中获得清晰,一致和公平的规定。”换句话说,让碳储存最终运转起来就是创造市场和/或奖励政策,同时也考虑到考虑社会和环境方面。 “这不一定,”这些东西可以扩大规模吗? 就是说,有人愿意为他们付钱吗?

做这件事最明显的方法就是贴上一个 价格转化为碳,这将把它转化为财务利益。

史密斯承认,最终碳储存并不便宜,但他指出,气候变化也不是。

拉克纳的说法是这样的:我们正在高速下山的一辆汽车上发动一个发夹转弯,而不是我们是否碰到护栏,是否能够放慢脚步所以当我们这样做的时候,我们会反弹而不是被遗忘。

他说他的CO2诱捕装置说:“我不能保证它会起作用。 “我是一个乐观主义者,但我可能无法保证。 事实上,它可能行不通,它可能无法工作,本身并不是一个借口不试图。 如果我们不这样做,我很确定我们将会遇到非常艰难的时刻。“ 查看Ensia主页

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关于作者

霍夫玛丽玛丽·霍夫是恩索的主编。 她是一位屡获殊荣的科学传播者,她有超过二十年的经验,通过印刷媒体和网络媒体帮助我们提高对环境的理解,欣赏和管理。 她拥有威斯康星大学的动物学学士学位和明尼苏达大学科学传播硕士学位。 在玛丽(at)ensia(dot)com与她联系。

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