理解碳封存：全球视角

气候变化对我们的星球构成重大威胁，减少温室气体排放至关重要。 尽管向可再生能源转型和提高能源效率至关重要，但另一项重要战略是碳封存。 这一过程涉及捕获和储存大气中的二氧化碳 (CO2)，防止其导致全球变暖。 本综合指南详细探讨了碳封存，涵盖了其机制、重要性、各种方法、全球倡议和未来潜力。

什么是碳封存？

碳封存，也称为碳捕获与储存 (CCS)，是指从大气中长期去除和储存二氧化碳 (CO2)。 这是一个自然和技术过程，旨在通过减少大气中主要温室气体 CO2 的浓度来减缓气候变化。 基本上，它就是将碳从循环中取出，然后放回它来自的地方——地球。 碳封存可以通过各种自然和工程过程来实现。

为什么碳封存很重要？

碳封存的重要性在于其通过以下方式应对气候变化的潜力：

• 减少温室气体浓度： 封存从大气中去除 CO2，直接减少温室效应及其相关影响，例如气温和海平面上升。
• 缓解气候变化影响： 通过减少 CO2 水平，封存有助于减缓或扭转气候变化的影响，保护生态系统和人类免受极端天气事件和其他后果的影响。
• 弥合差距： 碳封存可以帮助弥合当前的排放水平与实现净零排放所需的雄心勃勃的减排目标之间的差距。 在全球能源系统向可再生能源过渡期间，它提供了一个有价值的工具。
• 创造新的经济机会： 碳封存技术和实践的开发和实施可以在工程、农业和林业等领域创造新的行业和就业机会。
• 改善空气质量： 一些碳封存方法，例如造林和重新造林，还可以通过过滤大气中的污染物来改善空气质量。

自然碳封存方法

自然碳汇在调节地球气候方面发挥着关键作用。 这些自然过程已经捕获和储存碳数千年了。 以下是一些主要的自然方法：

1. 森林和造林/重新造林

森林是重要的碳汇。 树木在光合作用过程中从大气中吸收 CO2，将其转化为生物质（木材、树叶和根）。 成熟的森林在其植被和土壤中储存了大量的碳。 造林（种植新森林）和重新造林（在已砍伐的地区重新种植森林）是增强碳封存的有效策略。

例子：

• 伟大的绿色长城（非洲）： 一项由非洲主导的倡议，旨在通过在萨赫勒地区种植一道树墙来对抗荒漠化和气候变化。
• 波恩挑战： 一项全球努力，目标是到 2030 年恢复 3.5 亿公顷退化和退化的景观。
• 国家森林计划（各个国家）： 由政府主导的倡议，旨在促进可持续森林管理并增加森林覆盖率。 例如，中国的“退耕还林”计划旨在将农田转变为森林。

2. 海洋

海洋通过物理和生物过程吸收了很大一部分大气中的 CO2。 浮游植物（微观海洋植物）在光合作用过程中吸收 CO2。 当这些生物死亡时，它们富含碳的残骸会沉入海底，将碳储存在沉积物中很长一段时间。 沿海生态系统，如红树林、盐沼和海草床（被称为“蓝色碳”生态系统），是特别有效的碳汇。

例子：

• 红树林恢复项目（东南亚、拉丁美洲）： 恢复退化的红树林以增强碳封存并保护沿海社区免受风暴潮的影响。
• 海草草甸保护（澳大利亚、地中海）： 保护和恢复海草草甸，以维持其碳储存能力和生物多样性。
• 海洋施肥（有争议）： 故意向海洋中添加营养物质以刺激浮游植物的生长并增强碳封存。 这种方法因潜在的生态风险而备受争议。

3. 土壤碳封存

土壤是主要的碳库。 农业 practices，如 intensive tillage, monoculture farming，和 excessive use of fertilizers， can deplete soil carbon。实施可持续的农业 practices，例如 no-till farming, cover cropping, crop rotation，和 use of organic fertilizers，可以增强土壤碳封存。

例子：

• 免耕农业（全球）： 减少或消除耕作，以最大限度地减少土壤扰动并增强碳储存。
• 覆盖作物（北美、欧洲）： 在经济作物之间种植覆盖作物，以改善土壤健康并增加碳封存。
• 农林业（非洲、亚洲、拉丁美洲）： 将树木和灌木整合到农业系统中，以增强碳封存并提高土地生产力。
• 再生农业（全球）： 一种关注恢复土壤健康、增强生物多样性和封存碳的整体农业方法。

技术碳封存方法

碳封存的技术方法涉及旨在从各种来源捕获 CO2 并安全永久地储存 CO2 的工程系统。 这些技术仍在开发和部署中，但它们在减缓气候变化方面具有巨大前景。

1. 碳捕获与储存 (CCS)

CCS 涉及从大型点源（例如发电厂和工业设施）捕获 CO2，并将其运输到储存地点，通常是地下深处的地质构造。 然后将捕获的 CO2 注入到这些地层中进行长期储存。

CCS 过程：

• 捕获： CO2 与其他气体在源头（例如发电厂）分离。 存在不同的捕获技术，包括燃烧前、燃烧后和富氧燃烧。
• 运输： 捕获的 CO2 被压缩并通过管道运输到储存地点。
• 储存： 将 CO2 注入到深部地质构造中，例如枯竭的油气藏或含盐含水层。 这些地层经过精心挑选和监测，以确保长期控制。

例子：

• Sleipner 项目（挪威）： 世界首个商业规模的 CCS 项目，自 1996 年以来，将 CO2 注入北海下方的一个含盐含水层。
• Boundary Dam 项目（加拿大）： 一座配备 CCS 技术的燃煤电厂，捕获并将 CO2 储存在深层含盐含水层中。
• Gorgon 项目（澳大利亚）： 一家配备 CCS 技术的天然气处理设施，将 CO2 注入到深部地质构造中。

2. 直接空气捕获 (DAC)

DAC 涉及直接从周围空气中捕获 CO2。 无论是否靠近 CO2 源，都可以在任何地方部署这项技术。 然而，与从点源捕获 CO2 相比，DAC 消耗更多的能量且成本更高。

DAC 过程：

• 捕获： 空气通过捕获 CO2 的化学吸附剂。
• 释放： 吸附剂被加热以释放捕获的 CO2。
• 储存/利用： 捕获的 CO2 可以储存在地质构造中或用于工业过程（例如，合成燃料、建筑材料）。

例子：

• Climeworks（瑞士）： 一家领先的 DAC 公司，运营商业 DAC 工厂，捕获 CO2 并将其出售用于各种应用。
• Carbon Engineering（加拿大）： 开发 DAC 技术并探索 CO2 储存和利用方案。
• Global Thermostat（美国）： 开发 DAC 技术，重点是利用捕获的 CO2 生产可持续燃料。

3. 生物质能与碳捕获和储存 (BECCS)

BECCS 涉及使用生物质（例如木材、农作物、农业残渣）作为能源生产的燃料来源，并捕获燃烧过程中排放的 CO2。 然后将捕获的 CO2 储存在地质构造中。 BECCS 被认为是一种“负排放”技术，因为它在生物质生长和能源生产过程中都会从大气中去除 CO2。

BECCS 过程：

• 生物质生产： 生物质被种植和收获。
• 能源生产： 生物质被燃烧以产生电力或热量。
• 碳捕获： 使用 CCS 技术捕获燃烧过程中排放的 CO2。
• 储存： 将捕获的 CO2 储存在地质构造中。

例子：

• Drax 发电站（英国）： 一座燃煤电厂，已改造成燃烧生物质，并正在探索实施 BECCS 技术。
• 伊利诺伊州工业碳捕获与储存项目（美国）： 一个 BECCS 项目，从乙醇工厂捕获 CO2 并将其储存在含盐含水层中。

全球倡议和政策

几项国际倡议和政策促进碳封存以应对气候变化。

• 《巴黎协定》： 《巴黎协定》是关于气候变化的一项具有里程碑意义的国际协议，认识到碳封存在实现其目标中的重要性。
• 国家自主贡献（NDCs）： 各国必须提交 NDCs，其中概述了他们的气候行动计划，包括减少排放和加强碳封存的措施。
• 碳定价机制： 碳定价机制，例如碳税和总量控制与交易制度，可以通过使其在经济上具有吸引力来激励碳封存。
• REDD+（减少毁林和森林退化造成的排放）： 联合国计划，为发展中国家提供经济激励，以减少毁林和增加森林碳储量。
• 清洁发展机制 (CDM)： 《京都议定书》下的一项机制，允许发达国家投资发展中国家的碳封存项目并获得碳信用额度。

挑战与机遇

虽然碳封存为减缓气候变化提供了巨大的潜力，但需要解决一些挑战和机遇。

挑战：

• 成本： 许多碳封存技术，尤其是 DAC 和 CCS，目前的成本很高。 降低成本对于广泛部署至关重要。
• 能源强度： 一些碳封存方法，例如 DAC，需要大量的能源输入。 使用可再生能源为这些过程提供动力至关重要。
• 存储容量： 确保捕获的 CO2 具有足够且安全的存储容量至关重要。 需要仔细评估和监测地质构造。
• 公众接受度： 公众对碳封存技术的接受度很重要。 解决对潜在风险和收益的担忧是必要的。
• 政策和监管框架： 需要清晰一致的政策和监管框架来支持碳封存技术的开发和部署。

机遇：

• 创新： 持续的研发可以带来更高效、更具成本效益的碳封存技术。
• 合作： 国际合作和知识共享可以加速碳封存技术的开发和部署。
• 投资： 增加对碳封存项目和研究的投资可以推动创新和扩大部署规模。
• 整合： 将碳封存纳入更广泛的气候变化减缓战略可以提高其有效性。
• 可持续发展： 碳封存可以通过创造新的经济机会和改善环境质量来促进可持续发展。

碳封存的未来

预计在未来几十年，碳封存在减缓气候变化方面将发挥越来越重要的作用。 随着世界向净零排放经济转型，碳封存技术和实践对于消除残留排放和实现气候目标至关重要。

以下是一些值得关注的关键趋势和发展：

• CCS 和 DAC 的规模扩大： 增加 CCS 和 DAC 技术的部署，以从各种来源捕获 CO2。
• 开发新的储存场所： 勘探和开发新的地质构造，用于 CO2 储存。
• 利用捕获的 CO2： 增加捕获的 CO2 在工业过程中的使用，例如生产合成燃料、建筑材料和化学品。
• 将碳封存纳入气候政策： 更有力的碳封存政策和监管支持，包括碳定价机制和激励措施。
• 自然碳封存的进步： 改善森林、海洋和土壤的管理，以增强其碳封存能力。

结论

碳封存是减缓气候变化的关键战略。 通过从大气中去除和储存 CO2，它有助于减少温室气体浓度并减缓或扭转全球变暖的影响。 自然和技术碳封存方法都具有巨大的潜力，但也面临挑战。 解决这些挑战并抓住机遇需要持续的创新、合作、投资和政策支持。 当世界努力实现净零排放时，碳封存在为所有人创造可持续未来方面将发挥越来越重要的作用。