美国发布《负排放技术和可靠的封存:研究议程》报告
1、碳去除潜力和需求
(1)负排放技术应被视为气候变化减缓计划的组成部分,而不仅仅是一种减少大气中二氧化碳浓度的方法。二氧化碳去除和封存的6种主要技术方法为:沿海蓝碳、陆地碳的去除和封存、生物能源与碳捕获和封存(BECCS)、直接空气捕获、碳矿化和地质封存。
(2)造林/再造林、森林管理的变化、农业土壤的吸收和储存以及BECCS这4种负排放技术已准备好进行大规模部署。这些负排放技术具有中低成本(100美元/吨CO2或更低),从目前的部署来看具有安全扩大的巨大潜力,并提供共同效益。
(3)目前直接成本不超过100美元/吨CO2的负排放技术可以安全地扩大规模以捕集和封存大量的碳,但这些技术每年在美国捕集和封存的碳不到1吉吨二氧化碳(GtCO2),在全球低于10 GtCO2。虽然这些技术捕集和封存的碳水平在美国排放总量(6.5吉吨二氧化碳当量)和全球排放总量(50吉吨二氧化碳当量)中占相当大的比例,但它们可能难以实现,因为这需要采用前所未有的农业土壤保护措施,森林管理实践和废物生物量捕获。
(4)如果要实现气候和经济增长目标,负排放技术可能需要在减缓气候变化方面发挥重要作用,到21世纪中叶在全球范围内每年去除10 GtCO2,到21世纪末在全球范围内每年去除20 GtCO2。
2、拟议的研究议程
(5)造林/再造林、农业土壤、森林管理和BECCS已经可以在很大程度上进行部署,但农业土壤每公顷的碳吸收率有限,并与用于粮食和生物多样性的土地进行竞争,可能会导致这些方案的负排放在全球范围内远低于10 GtCO2。
(6)直接空气捕获和碳矿化具有很高的碳去除潜力,但由于缺乏基本的了解,直接空气捕获目前受到高成本和碳矿化的限制。
(7)尽管沿海蓝碳方法去除碳的潜力低于其他负排放技术,但仍需要对其继续探索和支持。由于对许多沿海蓝碳项目的投资是以生态系统服务和沿海适应等其他效益为目标,因此,碳去除的成本很低或为零。应提高对海平面上升和沿海管理对未来碳吸收率的影响的认识。
(8)若干碳减排研究工作也将支持负排放技术的发展。研究二氧化碳的地质封存对于改善化石燃料发电厂的脱碳至关重要,对推进直接空气捕获和BECCS也至关重要。同样,对生物燃料的研究也将推动BECCS的发展。
报告制定了详细的研究议程,分为两类:专门推进负排放技术的项目;应作为减排研究组合的一部分,对生物燃料和二氧化碳封存进行研究。表1列出了负排放技术的研究计划和预算。
表1 负排放技术的研究计划和预算
负排放技术 |
研究题目 |
成本/ 万美元/年 |
时间/年 |
沿海 |
理解和利用海岸生态系统作为负排放技术的基础研究 |
600 |
5~10 |
绘制当前及未来(即海平面上升后)沿海湿地图 |
200 |
20 | |
用于碳去除和封存的科学和实验工作的沿海站点综合网络 |
4000 |
20 | |
国家滨海湿地数据中心,包括所有恢复和碳去除项目的数据 |
200 |
20 | |
富碳负排放技术示范项目和现场实验网络 |
1000 |
20 | |
沿海蓝碳项目部署 |
500 |
10 | |
造林/再造林、森林管理 |
监测森林蓄积增加项目 |
500 |
≥3 |
森林示范项目:增加采伐木材的收集、处置和保存;森林恢复 |
450 |
3 | |
造林/再造林、森林管理、BECCS |
BECCS减缓潜力及二次影响的综合评估建模和区域生命周期评估 |
370~1400 |
10 |
森林管理 |
采伐木材的保存 |
240 |
3 |
减少传统生物燃料使用的温室气体与社会影响研究 |
100 |
3 | |
关于改善土地所有者对激励和公平响应的社会科学研究 |
100 |
3 | |
农业土壤 |
国家农业土壤监测系统 |
500 |
进行中 |
改良农业土壤碳过程的实验网络 |
600~900 |
≥12 | |
预测和量化农业土壤碳去除和封存的数据模型平台 |
500 |
5 | |
扩大农业土壤封存活动 |
200 |
3 | |
高碳输入作物表型 |
4000~5000 |
20 | |
深层土壤碳动态 |
300~400 |
5 | |
农业土壤、BECCS |
生物炭研究 |
300 |
5~10 |
农业土壤、碳矿化 |
添加到土壤中的活性矿物 |
300 |
10 |
BECCS |
生物质燃料与生物炭 |
3940~10250 |
10 |
直接空气捕获 |
基础研究和早期技术开发 |
2000~3000 |
10 |
独立的技术经济分析,第三方材料测试与评估,公共材料数据库 |
300~500 |
10 | |
扩大和测试空气捕获材料和组件 |
1000~1500 |
10 | |
第三方专业工程设计公司协助上述工作,包括独立测试和公共数据库 |
300~1000 |
10 | |
设计、建造和测试先导空气捕获系统(>1000 tCO2/年) |
2000~4000 |
10 | |
国家空气捕获试验中心飞行员支持 |
1000~2000 |
10 | |
设计、建造和测试先导空气捕获系统(>10000 tCO2/年) |
10000 |
10 | |
国家空气捕获试验中心示范活动 |
1500~2000 |
10 | |
碳矿化 |
矿化动力学基础研究 |
550 |
10 |
岩石力学、数值建模和实地研究的基础研究 |
1700 |
10 | |
绘制活性矿床和现存尾矿图(试点研究范围) |
750 |
5 | |
表面(非原位)碳去除试点研究 |
350 |
10 | |
橄榄岩中尺度原位现场试验 |
1000 |
10 | |
开发碳矿化资源数据库 |
200 |
5 | |
研究矿物添加对陆地、沿海和海洋环境以外的环境影响 |
1000 |
10 | |
扩大以二氧化碳去除为目的开采行业对社会和环境的影响 |
500 |
10 |
3、建议
美国应该尽快启动一项实质性的研究计划,以推进负排放技术。大量投资将:①改善现有的负排放技术(即沿海蓝碳、造林/再造林、森林管理的变化、农业土壤的吸收和储存,以及BECCS),以提高能力并减少其负面影响和成本;②在直接空气捕获和碳矿化技术方面取得迅速进展,这些技术尚未得到充分研究,但如果能够克服高成本和许多未知因素,其能力基本上将无限制;③推进有关生物燃料和碳封存的研究,该研究应作为减排研究组合的一部分进行。 (廖琴)