2018年9月10日，世界资源研究所（WRI）发布主题为“碳射击：在美国创造大规模碳去除的选择”（Carbon Shot: Creating Options for Carbon Removal at Scale in the United States）的系列报告，探讨了利用碳去除技术来应对气候变化的挑战和机遇，并为美国决策者提供了可以考虑采取的实际措施。其中，《美国的技术除碳》和《美国森林和农场的碳去除》报告探讨了从空气中去除碳的多种方法，如从恢复森林和改变农业实践，到使用直接空气捕集和生物炭等技术；《美国碳去除的基本问题》报告概述了碳去除存在的问题。本文对3份系列报告中探讨的6种碳去除方法及其面临的挑战进行简要介绍。

1  森林

利用光合作用自然地去除二氧化碳——树木尤其擅长通过光合作用储存从大气中去除的碳。扩大森林、恢复现有森林和管理森林以鼓励更多的碳吸收，可以利用光合作用将空气中的二氧化碳转化为储存在木材和土壤中的碳。仅在美国，这些措施的碳去除潜力每年就高达数亿吨。例如，恢复到温带森林的每英亩土地每年可以吸收大约3吨的二氧化碳。这些方法相对便宜（通常每吨不到50美元），并在此过程中产生更清洁的水和空气。

一个主要的挑战是确保一个地区的森林扩张不会以牺牲其他地区的森林为代价。例如，将农田进行重新造林会减少粮食供应。除非农业生产率的提高能弥补这一缺口，否则需要将其他森林转化为农田。同样，不从一个森林砍伐木材可能导致另一个森林的过度砍伐。这些动态使得恢复和管理现有森林，以及除农田外的重新造林尤为重要。

2  农场

土壤可以自然地储存碳，但由于集约利用，农业土壤正在出现大量亏损。仅美国就有超过9亿英亩的农业用地，即使每英亩土壤中的碳增加很少，也会对碳储存产生影响。土壤储存碳对农民和牧场主也有好处，因为它可以增加土壤健康和作物产量。在农场上种植树木也可以去除碳，同时还能提供其他好处，比如树荫和牲畜饲料。增加土壤中碳的方法有很多。在农田贫瘠的情况下种植覆盖作物，可以延长全年的光合作用，每年每英亩可吸收约0.5吨二氧化碳。使用堆肥可以提高产量，同时在土壤中储存堆肥的碳含量。科学家们还在努力培育根系更深的作物，使它们更能抵御干旱，同时将更多的碳存储到土壤中。

大规模管理土壤中的碳是一个棘手的问题。自然系统本质上是可变的，这使得预测、测量和监控某一英亩土地上任何一种特定做法的长期碳效益成为一个真正的挑战。一些做法的有效性还需要继续进行科学讨论。此外，年复一年地改变环境或管理实践可能会抹去以前的收益。由于需要大量的农田来去除大量的碳，政府和其他方面需要为土地所有者创造合适的条件来储存更多的碳。

3  生物质能碳捕集与封存（BECCS）

BECCS是利用光合作用应对气候变化的另一种方法，但比植树或管理土壤复杂得多，而且并不总是适用于应对气候变化。BECCS是在工业、电力或运输部门使用生物质作为能源的过程，在碳被释放回大气之前捕获其包含的碳，然后将其储存在地下或者储存在长寿命产品中（如混凝土）。如果BECCS比其他方式带来更多的生物质生长，或者储存更多的碳，它可以提供净碳去除。

但是，要确定这些条件是否满足并不容易。此外，如果BECCS依赖生物能源作物，它可能取代粮食生产或自然生态系统，加剧粮食不安全和生态系统损失。某些形式的BECCS会将农业残留物或垃圾等废物转化为燃料。这些原料可能是未来BECCS的关键，因为它们不需要专门的土地使用。即便如此，核算也必须是正确的，否则BECCS可能无法实现预期的气候效益。

4  直接从空气中捕集

直接从空气中捕集是用化学方法直接从环境空气中去除二氧化碳，然后将其储存在地下或长寿命产品中的过程。这项新技术与发电厂和工业设施等各种排放源的碳捕集与封存技术并无不同。不同之处在于，直接从空气中捕集可以从大气中去除碳，而不是减少排放。测量和计算直接从空气中捕集对气候的效益相对简单，且其潜在的部署规模是巨大的。但是，该技术仍然昂贵且耗能。通常很难确定该新技术的成本，最近一项研究估计，每吨成本约为94~232美元。

直接的空气捕集也需要大量的热力和电力输入，从空气中去除10亿吨的二氧化碳需要美国2050年所有预计能源产量的7%。该项技术还需要使用低碳或零碳能源，以实现净碳去除。尽管在该项技术上几乎没有公共研发支出，但多家公司已经开发了可直接从空气中捕集二氧化碳的系统。

5  海水捕集

海水捕集与直接从空气中捕集类似。通过降低海洋中的二氧化碳浓度，海水可以从空气中吸收更多的碳以恢复平衡。与周围空气相比，海水是二氧化碳浓度更高的溶液，这意味着将其分离出来的工作量比直接从空气中捕集要少。但海水也比空气重得多，这意味着需要做更多的工作才能使海水通过系统。在恶劣的海洋环境中，海水捕集还必须解决技术部署的复杂性。

美国海军已经开发出一种海水捕集装置的原型。因为二氧化碳可以通过增加能量转化为燃料，这样的技术可以让船只自己制造燃料，并避免停止加油。当然，如果捕集的碳被转化为燃料并燃烧，它只会返回到大气中，但这种技术的未来应用可以为捕集的碳提供长期储存。

6  增强风化作用

一些矿物质会与二氧化碳自然反应，把碳从气体转化为固体。这一过程通常被称为“风化作用”，并且通常在地质时间尺度发生得非常缓慢。但科学家们正在研究如何加速这一过程，特别是通过增加这些矿物质在空气或海洋中对二氧化碳的暴露。这可能意味着将碱性泉水从地下抽到地表，使矿物质与空气发生反应。科学家已经证明增强风化作用是可能的，但是还需要做更多的工作来确定这种方法的成本效益和谨慎应用。

目前还不确定这些策略中哪些能够在未来提供最大规模的碳去除，哪些最终可能被证明用处不大。每种方法都提供了希望和挑战。如果要避免全球变暖达到危险水平，碳捕集与封存必须成为美国和全球气候战略的一部分。现在是时候开始在碳去除方法研究、开发、示范、早期部署和启动条件等方面进行全面投资，以便其在未来几十年里成为所需的可行选择。


来源：中国科学院兰州文献情报中心《气候变化科学动态监测快报》