碳捕集与封存：全球自然解决方案指南

由大气中二氧化碳（CO2）浓度不断升高引起的气候变化，是人类面临的最紧迫挑战之一。虽然减少排放至关重要，但从大气中去除现有CO2也同样重要。这就是碳捕集与封存的用武之地。碳捕集与封存，也称为碳捕获与储存（CCS），是指长期去除和储存大气中的CO2。这一过程通过减少温室气体浓度来缓解气候变化的影响，对于实现全球气候目标至关重要。

了解碳循环

为了理解碳捕集与封存的重要性，了解自然碳循环至关重要。碳在大气、海洋、陆地和生物之间不断循环。植物在光合作用过程中吸收CO2，并将其转化为生物质。当植物分解或燃烧时，这些碳会重新释放到大气中。同样，海洋从大气中吸收CO2，但也通过各种过程将其释放回大气中。人类活动，如燃烧化石燃料、毁林和工业过程，已经扰乱了这种自然循环，导致大气CO2净增加。

碳捕集与封存的方法

碳捕集与封存大致可分为自然方法和技术方法：

1. 自然碳捕集与封存

自然碳捕集与封存利用现有生态系统来去除和储存CO2。这些方法通常具有成本效益，并提供额外的环境效益。

• 造林和再造林：种植新森林（造林）或重新种植现有森林（再造林）是强大的碳捕集方法。树木在光合作用过程中吸收CO2，并将其储存在其生物质（叶子、茎、根）中。可持续森林管理实践可以增强碳储存和生物多样性。例如，非洲的“绿色长城”倡议旨在通过在非洲大陆种植一条树带，以对抗荒漠化和捕集碳。在哥斯达黎加，再造林项目显著增加了森林覆盖率和碳捕集能力。
• 土壤碳捕集与封存：土壤是重要的碳库。改进的农业实践，如免耕农业、覆盖作物和轮作，可以增加土壤中储存的碳量。这些实践可以改善土壤健康，提高保水性，并减少侵蚀。“千分之四”倡议是一项旨在全球范围内增加土壤碳储量以减缓气候变化的国际努力。在澳大利亚，农民正在采用再生农业实践来改善土壤健康和捕集碳。
• 海洋碳捕集与封存：海洋从大气中吸收大量CO2。增强海洋碳捕集可以通过各种方法实现，包括：
  • 蓝碳生态系统：红树林、盐沼和海草床等沿海生态系统是高效的碳汇。保护和恢复这些生态系统可以捕集大量碳。例如，东南亚拥有广阔的红树林，它们提供了显著的碳捕集效益。
  • 海洋施肥：这涉及向海洋添加营养物质（例如铁）以刺激浮游植物生长，从而吸收CO2。然而，由于潜在的生态影响，这种方法存在争议。
  • 人工上升流：将富含营养的深海海水带到地表可以刺激浮游植物生长。

2. 技术碳捕集与封存

技术碳捕集与封存涉及从工业源或直接从大气中捕获CO2，并将其储存在地下地质构造中或用于其他目的。

• 碳捕获与储存（CCS）：CCS涉及从工业源（例如发电厂、水泥厂）或直接从大气中（直接空气捕获 - DAC）捕获CO2，并将其输送到储存地点。然后将CO2注入深层地下地质构造，例如枯竭的油气藏或咸水层。CCS技术正在包括挪威（Sleipner项目）、加拿大（Boundary Dam项目）和美国在内的多个国家开发和部署。
• 直接空气捕获（DAC）：DAC涉及使用专门的过滤器和化学过程直接从大气中捕获CO2。无论是否靠近工业源，这项技术都可以在任何地方部署。然而，DAC目前比其他碳捕集方法更昂贵。瑞士的Climeworks和加拿大的Carbon Engineering等公司正在开创DAC技术。
• 碳捕获与利用（CCU）：CCU涉及捕获CO2并将其用作生产各种产品（例如建筑材料、燃料和化学品）的原料。这种方法可以减少CO2排放并创造经济价值。例如，CO2可以用于生产混凝土，然后用于建筑。

全球倡议和政策

多项国际倡议和政策正在促进碳捕集与封存：

• 《巴黎协定》：《巴黎协定》承认碳捕集与封存在实现全球气候目标方面的重要性。许多国家已将其国家自主贡献（NDCs）中纳入碳捕集与封存目标。
• 《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）：UNFCCC通过各种机制促进碳捕集与封存，例如清洁发展机制（CDM）和减少毁林和森林退化造成的排放（REDD+）。
• 碳定价：碳税和排放交易计划等碳定价机制可以通过使其在经济上具有吸引力来激励碳捕集与封存。
• 政府资金和激励措施：许多政府正在为碳捕集与封存项目提供资金和激励措施，包括税收抵免、赠款和补贴。

挑战与机遇

虽然碳捕集与封存为减缓气候变化提供了巨大潜力，但也存在需要克服的挑战：

• 成本：许多碳捕集与封存技术，特别是DAC和CCS，目前成本较高。降低这些技术的成本对于其广泛部署至关重要。
• 可扩展性：将碳捕集与封存工作扩展到满足气候目标所需的水平，将需要大量投资和基础设施建设。
• 永久性：确保捕集的碳长期储存至关重要。存在因泄漏或干扰而使储存的碳重新释放到大气中的风险。
• 环境影响：一些碳捕集与封存方法，如海洋施肥，可能产生意想不到的环境后果。需要仔细评估和监测以最大程度地降低这些风险。
• 公众接受度：公众对碳捕集与封存技术的接受度对其成功实施至关重要。解决公众对安全和环境影响的担忧非常重要。

尽管存在这些挑战，碳捕集与封存也存在重大机遇：

• 创新：持续的研究和开发正在带来更高效和更具成本效益的碳捕集与封存技术。
• 经济效益：碳捕集与封存可以创造新的经济机会，例如在林业、农业以及碳捕获技术的开发和部署方面创造就业机会。
• 协同效益：许多碳捕集与封存方法提供额外的环境和社会效益，例如改善土壤健康、生物多样性保护和气候韧性。

全球成功碳捕集与封存项目案例

以下是一些正在发挥作用的碳捕集与封存项目案例：

• 黄土高原流域治理项目（中国）：这项大规模项目通过梯田、再造林和改进放牧管理，修复了中国黄土高原地区的退化土地。该项目显著增加了土壤碳捕集量，并改善了当地社区的生计。
• Sleipner项目（挪威）：该项目由Equinor公司运营，从天然气处理厂捕获CO2，并将其注入北海下的咸水层中。Sleipner项目是世界上运行时间最长的CCS项目之一，已储存了数百万吨CO2。
• Boundary Dam项目（加拿大）：该项目由SaskPower公司运营，从燃煤发电厂捕获CO2，并将其用于提高采油率和地质储存。Boundary Dam项目是电力行业首批商业规模的CCS项目之一。
• Climeworks的Orca工厂（冰岛）：该DAC设施直接从大气中捕获CO2，并将其储存在玄武岩地下，在那里它会矿化并永久被困。Orca工厂是世界上首批商业规模的DAC设施之一。

个人和组织的作用

个人和组织在促进碳捕集与封存方面可以发挥重要作用：

• 支持可持续实践：个人可以通过购买采用可持续林业和农业实践的公司的产品来支持这些实践。
• 减少碳足迹：通过使用公共交通、节约能源和减少消费来减少个人碳足迹，有助于减少对碳捕集与封存的需求。
• 投资碳抵消项目：个人和组织可以投资捕集碳的碳抵消项目，例如再造林和造林项目。
• 倡导政策变革：个人和组织可以倡导支持碳捕集与封存的政策，例如碳定价和政府对碳捕集与封存项目的资助。
• 支持研发：支持新碳捕集与封存技术的研发有助于降低其成本并提高其有效性。

结论

碳捕集与封存是减缓气候变化的关键策略。通过从大气中去除CO2并长期储存，碳捕集与封存有助于减少温室气体浓度并限制全球变暖。尽管挑战依然存在，但持续的研究、技术进步和支持性政策正在为碳捕集与封存方法的广泛采用铺平道路。从造林和土壤碳捕集等自然解决方案，到CCS和DAC等技术创新，通往可持续未来的道路需要一种多方面的、拥抱碳捕集与封存潜力的方针。

作为全球公民，我们每个人都在促进碳捕集与封存和为更健康的地球做出贡献方面发挥着作用。通过支持可持续实践、减少碳足迹以及倡导政策变革，我们可以帮助加速碳捕集与封存的部署，并为子孙后代创造一个更可持续的未来。