传递价值资讯
透析商业事件

2030年前要“碳达峰” 科学家有哪些办法可“中和”碳？

2021-02-27 23:00:11

　　浙江大学海洋学院师生在乐清市西门岛进行红树林、盐沼蓝碳生态系统碳汇调查。到2100年，海平面会上升逼近1米，而全球超过1.5亿人居住在高于海平面不到一米的地方；超过700种哺乳动物和鸟类正遭受灭绝的威胁，有袋类和人类“近亲”灵长类动物是受影响最严重的群体；一些食物和饮料有可能从人类餐桌上消失，比如吃货们会丧失“巧克力自由”——原料可可树会难以生存，可可豆最快会在30年内绝迹……针对全球变暖问题，科学家们发出的警语不绝于耳。造成全球变暖的重要“元凶”，就是二氧化碳。大国有担当。继去年中国首次向全球明确，力争二氧化碳排放于2030年前达到峰值、2060年前实现“碳中和”后，2020年中央经济工作会议明确指出“做好碳达峰、碳中和工作”是2021年重点任务之一。今年以来，在全国各地陆续召开地方两会上，国家“碳达峰”、“碳中和”部署要求频频出镜。包括浙江在内，实现“碳达峰”目标成为近20个省、自治区、直辖市当前和未来的一项重点工作。“碳中和”作为减缓或控制全球变暖的有效手段被广泛认知。那么，“碳达峰”和“碳中和”是什么？为什么针对二氧化碳？实现“碳中和”的路怎么走？

　　二氧化碳增量惊人，地球被捂“中暑”

　　所谓“碳达峰”，就是指在某一个时点，二氧化碳的排放达到峰值，之后逐步回落，直到“碳中和”时，实现二氧化碳的人为产出和移除相互抵消。没有“碳达峰”，就没有“碳中和”。最新资料显示，目前全球已有54个国家碳排放实现达峰。占全球GDP75%、全球碳排放量65%的重要经济体开始实践“碳中和”目标。如，英国、美国、德国、法国、日本、意大利、加拿大等国陆续承诺在2050年实现零碳排放。中国为2060年。世界各国之所以相继投身“碳达峰”和“碳中和”事业，是因为全球正在快速升温，亟须控制碳排放水平。快速升温，有多快速？中国科学院大气物理研究所的科学家曾指出，现在的地球平均温度和100年前相比高出1.1。如果将地球比喻为人，“现在最大的问题是，地球不仅发烧了，而且还在持续发烧”。至于危害，联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2018年发布的《全球升温1.5特别报告》强调，必须将全球变暖控制在1.5以内，方可避免气候变化造成的严重影响。数据更加直观。该报告指出，相比2，将全球变暖控制在1.5内，全球缺水人口将减少一半，遭遇极端高温天气的人口将减少约6400万，珊瑚礁减少程度可控制在70%-90%而不是消失殆尽。

　　另一个关键，是“控碳”。太阳是地球能力的主要来源。大气中的温室气体会吸收地球所获得又辐射出去的太阳能量。温室气体像一层“被子”给地球保温，让其不至于在夜晚接受不到太阳能量的时候变成“冰球”。

　　要知道，距离太阳最近的行星水星，因为没有温室气体“护身”，骤冷骤热，昼半球平均温度数百度，夜半球只有零下160度左右；法国数学家傅里叶曾经做过测算，正常情况下，全球表面平均温度应该在零下18度左右，但真实的情况是零上15度，高出的33度，就是因为温室效应。然而，大气中的温室气体明明还有甲烷、水蒸气、一氧化二氮等，为什么偏拿二氧化碳“开刀”？老子曰，天道即“平衡之道”。人太热，会中暑。“被子”太厚，地球也会中暑。过多的温室气体，会超出系统的承受能力，打破辐射平衡，导致全球气温上升，造成生态失衡。然水蒸气才是占比最大的温室气体，可自然界水循环响应迅速，所以大气中的水蒸气基本保持恒定。与之相似的，其他各种气体也由于碳循环、氮循环等而保持相对恒定的量。唯独二氧化碳的量没有维稳，增长惊人，自然界来不及“消化”。在过去100多年里，全球的二氧化碳含量已经增加了45%左右。

　　科学界的基本共识是，人类活动释放的二氧化碳是造成全球变暖的主要原因——当然不是指呼吸。

　　上世纪90年代末，“碳中和”概念第一次出现是在英国。这不无原因。2016年科学周刊《自然》发表的一项国际研究成果指出，全球变暖始于180年前，工业革命对气候变化起到了关键影响。在日前新华社的采访中，生态环境部国家应对气候变化战略研究和国际合作中心战略规划部主任柴麒敏也认为，气候变化主要是人类燃烧煤炭、石油为主的化石能源产生的二氧化碳等温室气体造成的。受新冠疫情影响，原定2020年11月在英国举行的第26届联合国气候变化大会推迟一年。2月8日，联合国秘书长古特雷斯公开强调，这届气候变化大会是世界努力避免气候灾难的里程碑，2021年也会成为“对抗气候变化关键的一年”。同时，他也警告，世界还远没有达到《巴黎协定》中关于减少全球变暖一致的目标，要实现将升温幅度控制在1.5以内的目标，任重道远。有两个方案摆在人们面前：第一，加大碳吸收；第二，控制碳排放。

　　海洋捕碳“好手”，增收环保两不误

　　郊区远离城市，绿树成荫。每一次呼吸都像在给肺部进行一次推拿……森林草木是吸碳释氧的一把好手。陆域绿色植物通过光合作用固定二氧化碳，被称为绿碳。相比之下，海洋与二氧化碳之间的“缠绵”要低调多了。学界比较认可，蓝碳是利用海洋活动及海洋生物吸收大气中的二氧化碳，并将其固定、储存在海洋中的过程、活动和机制。“ 浙江大学海洋学院教授吴嘉平说。近十年来，他领队浙江大学海洋学院多名专家，联合澳大利亚的西澳大学海洋研究院团队完成了”中国海岸带蓝碳战略、资源监测及环境效益评估“研究。2020年浙江省海洋科学技术进步奖获奖成果近期公布，该项目获一等奖。这是浙江省首度设立海洋科技方面的专门奖项和首个一等奖。”蓝碳概念是2009年由与我们合作的欧洲科学院院士、西澳大学教授Carlos M。 Duarte(卡路斯·杜阿尔特)首次提出的。吴嘉平介绍，当年以杜阿尔特为主编纂的《蓝碳：健康海洋固碳作用的评估报告》指出，全球自然生态系统通过光合作用捕获的碳中，超过一半(约55%)是由海洋生物捕获的。全球估计年均蓝碳碳汇量几十亿吨。

　　红树林、盐沼、海草床是国际学界公认的三大海岸带蓝碳生态系统。浙江海洋资源丰富。全国第一个国家级海洋特别保护区——西门岛海洋特别保护区有“中国最北”的一片红树林。1957年，由当地渔民从福建引进，至今健康生长。盐沼植物是海边能够在周期性潮水淹没环境下生长的草，在浙江沿海滩涂上均有较大面积的分布。在我国海水较清澈的泥土中，例如海南岛海域，生长的“草甸”就是海草床。浙江海域因为海水浑浊、阳光难以穿透等原因，海草床无法“落户”。相比陆地植被，海洋植物的单位面积固碳能力更强。红树林、盐沼、海草床单位面积的固碳量，可以是亚马逊原始森林的10倍-20倍。观察无色无形的二氧化碳，可以从土壤下手。含有机碳的土壤呈黑色。吴嘉平举例，杭州植物园的黑土厚度一般是20厘米-30厘米，红树林或者盐沼地均在200厘米以上。“陆地植物的叶子和果子掉到土表很快腐烂、分解，导致95%以上二氧化碳气体重新返回大气。海洋植物的枯枝落叶则被海水浸没，部分被鱼类吃了，或者掉到海底被埋起来了。”

　　此外，森林大火会把积累了上百年的林木和土壤碳烧毁，变成二氧化碳返回大气。海洋区域不会着火。蓝碳植物还会“捕获”含碳颗粒物——入海泥沙。浙江沿海平均每年能够被“垫高”滩涂2厘米左右，以“曲线求国”的形式与海平面上升“抗衡”。无论理论还是实践，实现“碳中和”，蓝碳比绿碳更划算。但是由于近五十年围垦造陆等原因，“蓝碳”面积急速缩减，全球范围内的总量已不到原来一半这时候，拥有海带、紫菜、羊栖菜、龙须菜、裙带菜等成员的大家族——海菜(学名：大型海藻)出场了。这是中国目前这么多年来唯一增长的蓝碳。我国上世纪50年代开始大规模养殖的海菜，目前占世界三分之二总养殖量。

　　在全社会保护海洋植物的呼声中，海菜怎么做到逆势上扬？答案是，经济效益。陆地农民平均每亩收入500元左右应该算还可以了，你知道种海菜能赚多少吗？“吴嘉平问道。一个月前，他去了福建宁德。近二十年来，当地渔民们”见缝插针“养龙须菜，每亩海域平均收入大约1万元。在浙江，靠紫菜、羊栖菜致富的案例也比比皆是。这些年来，根据全国，特别是浙江省的情况，海菜碳汇及其生态环境效益逐渐成为他们团队研究的另一个重点，成果迅速得到国际众多学者和官员的关注，为世界蓝碳资源开发与保护提供了”中国方案。

　　近几十年来，浙江沿海重要的经济鱼类，如野生大黄鱼，几乎灭绝。海域中氮磷营养物过剩导致赤潮频发。他们的研究成果证明，海菜是强有力的海洋“清道夫”。它们大量吸收海水中的氮磷，固定二氧化碳，形成碳水化合物，为我们提供食物和工业原料，同时释放出氧气，显著改善海洋生态环境。“在我国，鼓励和拓展海菜养殖是一条康庄大道，经济效益、碳增汇、粮食安全和生态环境效益全部共赢！”吴嘉平说。

　　新能可持续的“终极方案”，研究路漫漫

　　从某种程度上说，靠吸碳达到“碳中和”，治标不治本。开发绿色可持续能源系统，不仅可从根本上改变人类依赖化石燃料的能源结构现状，同时也可消除由化石燃料利用所引发的环境问题。“相比环境破坏，火力发电和交通运输，造成了全球约三分之二的碳排放。”西湖大学工学院特聘研究员王建辉认为，解决问题，要从开发清洁能源，以及研发高效率的能源存储和转化装置入手。风力、阳光、水力——自然界的清洁能源无处不在。“自然，换个词形容，也就是靠天吃饭。内陆比沿海缺水、夏季比冬季少风、晚上没有太阳……这意味着它们的供应并不稳定。另一方面，释放的电能看不见摸不着，储存和传输都是大问题。核能很清洁，也因潜在危险让人又爱又怕”。能否将这些不可控制的能量，转化为一种像化石燃料一样方便使用的化学能量载体？氢能，能。

　　氢气，“赤条条来赤条条去”，燃烧后除了水，什么也不会留下。燃烧值是汽油的3倍。但制氢不易目前的大部分氢气依然来自化石能源，占大约世界产氢量的96%，从根本上说还是“死循环”。过去二三十年，科学家一直在研究，怎么样让水在太阳底下晒出氢能源。“它需要在水里放一块特殊材料去催化反应。但目前的光-氢能源转化率还只有3%左右。利用硅等太阳能电池材料，太阳能的光电转换率能达到20%到30%。”一个虽然成本依旧高昂，但有下降趋势的“节约”方案是，在风、光能过剩的地区建设产氢设备，将多余电力通过装置转化为氢气储存起来。

　　可储氢更难。燃料电池是把化学能转化为电能的转化装置，但全世界科学家研究了数十年，却尚未实现“物美价廉”。

　　氢燃料电池的储氢方式，分物理和化学两种。物理储存，即用高压把氢气“压”进罐子，制成“高压氢气罐”。以汽车为例，日本丰田在近年开发的“Mirai”氢燃料电池车，一个罐子卖10万元人民币，一个为罐子加氢的加氢站投资成本为1500万到2000万元人民币。从2019年开始，中国氢能发展步入“快车道”，现投运加氢站70多座。中国石化销售上海石油分公司总经理沈辉曾透露，加氢站每公斤氢只有十几块钱毛利，每年运营费高达200多万，几乎都处于亏损状态。“而且在大众认知里，氢气容易爆炸。要开装氢气罐的车满大街跑，老百姓适应起来恐怕有障碍。”过去十多年里一直从事储能研究工作的王建辉，主要的研究之一，是利用氢和其他材料的化学反应方式进行化学存氢。

　　镍氢电池一度是市场主流，在早年的数码相机、混动汽车里应用广泛。但很快，它的“霸权”地位被锂电池后来居上。主要还是因为不实惠。“一来，同等体积下，锂离子电池比镍氢电池的能量密度要高出近一倍。”王建辉说，过去十年，数码相机、手机、手提电脑等科技产品越来越轻薄便携，功能越来越多，对电池续航能力要求也就越来越高。“二来，镍氢电池中所需的稀土金属开采成本高，全世界资源存储分布不均。”他记得，早年日本从中国购买稀土原料制成产品后，又高价卖回给中国。

　　科学研究从来不是一蹴而就。在研究氢能的同时，王建辉还一直关注着锂离子电池相关研究。“锂离子电池代表当下的主流，供给手机、小汽车等小型机器；氢能源代表未来的可能，供给卡车等大型机器——它们都是新能源存储技术，可以很好互补。”如何提升其能量密度，以及解决“活泼”的锂金属易放热而造成起火爆炸的安全问题，都还有待进一步研究。

　　于全人类，要在规定时间内完成“碳中和”任务，是一种自我拯救。这是一条迫在眉睫，却又很长，却也没有捷径的路。于个人，先从日常小事着手：每天非电动牙刷能少排出48克二氧化碳；晾晒衣服代替滚筒干衣机少排2.3公斤二氧化碳；下班关电脑代替待机少排三分之一二氧化碳……

本文来源：每日商业报道文章作者：每日商业报道

声明：《每日商业报道》网登载此文出于传递更多信息之目的，文章内容仅供参考，不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。