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    《 什么是碳中和,為什么它很難實現?》

    文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2021-08-18 15:07:00【

      斯坦福大學普雷考特(Precourt)能源研究中心的主任崔屹教授:美國能源政策、全世界碳中和事業發展的情況、以及各種科技在這一領域的應用情況分享給你。如果你的工作或者專業學習與這方面相關,這些信息應當會給你提供一些幫助。(這個研究中心既是一個科技實驗室,同時也是一個科技領域的智庫,為美國政府制定能源政策提供信息和技術支持。)



    什么是碳中和?

    這里的“碳”指的是二氧化碳,碳中和簡單地講就是,人類活動產生的二氧化碳的數量,和因為人類活動而減少的二氧化碳數量達到平衡。


    比如根據美國政府全球氣候變化網站做的計算,一個中等體重的男子每天平均產生733克二氧化碳,這樣一年會產生大約270公斤的二氧化碳。假如我們種樹,讓樹來吸收二氧化碳,那么一年能吸收多少呢?在我們想象中,一棵大樹一年應該能吸收不少二氧化碳,但事實并非如此。即使是一棵樹齡10年的大樹,平均一年只能吸收22公斤二氧化碳。

    這是因為樹木也要呼吸,也會產生二氧化碳,如果有落葉,落葉腐爛之后還會再產生二氧化碳。由此可見,如果僅僅只是通過種樹來實現碳中和,效果遠沒有我們想象得明顯。對于個人而言,即使你在生活中不用煤炭,不用紙張,不用任何木質材料,更不能使用汽車或飛機這樣的現代化交通工具,完全過原始人的生活,一年下來也要種12棵樹才能做到碳中和。



    楊鐳先生:西方一些國家報道,牧場上養牛養羊排放的二氧化碳和甲烷等溫室氣體也很多,這是危言聳聽,還是真有其事?

    崔教授:這倒不是危言聳聽。一頭牛一年排放的二氧化碳要比人多得多,它們的糞便中含有大量的甲烷氣體,而單位質量的甲烷氣體對溫室效應的作用要遠遠超過二氧化碳,大約是二氧化碳的28倍。因此如果養牛還要達到碳中和,那每年不知道要種多少棵樹才能達成。

    了解了這些簡單的事實,你就能體會到,實現碳中和的難度其實很大。根據推算,如果要想通過種樹的方法實現碳中和,全世界每年大約需要種一萬億棵樹。且不說種樹的時間和人力消耗,就算有,全世界也沒有這么多的荒地給你種。因此解決碳中和問題主要得靠新技術,而不是種樹或者讓人回到過去的原始生活。



    如何實現碳中和?

    實際上,要實現碳中和,必須從減排和捕捉兩方面同時入手。

    首先是減少排放二氧化碳,特別是減少煤炭的使用,因為要產生同樣的熱量,燒煤比燒油或者燒天然氣要分別多產生30%和68%的二氧化碳。

    目前煤依然是全世界使用最多的化石燃料,全世界每年燒掉大約85億噸的煤,其中中國、美國和印度一共占了全世界煤使用量的70%。而全世界每年石油的使用量只有19億噸,相比煤是小頭。

    好消息是,目前全世界每年的煤炭使用量已經在減少,比2013年的峰值每年已經少了5億噸。但是85億噸煤的消費依然會產出300多億噸二氧化碳,人均產生4噸,相比之下,一個人一年呼吸所產生的270公斤二氧化碳連這個數字的10%都不到。但是,減少了煤炭使用,人類如何以同樣價格低廉的方式獲得同樣多的能量,這是一個大問題。

    再說說捕捉二氧化碳。種樹是一種方法,但這種方式相當被動,效率不高。如果人類要采取技術干預,更有效率的方式是在二氧化碳被排放到大氣中之前,就將它們捕捉住,再埋起來。

    具體的做法大致是這樣的:二氧化碳和玄武巖會發生化學反應,生產一種類似于碳粉末的礦物質,這樣就可以把二氧化碳捕捉起來或者說消除掉。這種化學反應自然界本身就在進行,以前大家認為這個過程需要上千年才能完成,十幾年前科學家們發現,采用一些特殊的辦法可以在8-12年內就完成這個過程。

    在冰島的一家發電廠(Hellisheidi),水文學家馬丁·斯圖特(Martin Stute)等人就在研究這種技術。他們采取的一種做法是,把發電廠產生的二氧化碳收集起來,讓它與水和硫化氫混合,形成類似蘇打的碳酸化合物。然后再將化合物注入地下400至800米深的多孔玄武巖巖石中,玄武巖會和二氧化碳發生化學反應,形成固態碳酸鹽礦物。 

    這些科學家們發現,只經過了兩年時間,注入的二氧化碳中有95%已經轉化為了礦物質,比最初預期的8-12年還要快得多。這類捕獲和隔離二氧化碳的技術,統稱為CCS,采用這一技術,發電廠可以減少85%~95%二氧化碳排放。而且地球上百分之七十的地殼都是由玄武巖構成的,我們不用擔心沒有地方可埋。



    為什么碳中和難以實現?

    但是使用CCS技術不是沒有成本的,發同樣多的電,CCS技術要多消耗10%-40%的燃料。一個電廠要完成發電指標,如果原來要用1萬噸煤,現在就要用到11000~14000噸。此外,設備的成本,以及在巖石里埋藏二氧化碳的成本,最終也會加到電價上去。

    對于用電的消費者來講,這可能意味著電價要翻一番;而對于那些用電量很大的企業,比如鋼鐵企業,它們生產的成本會劇增。對此我們是否有所準備,甚至能源成本的上升是否又可能會徹底毀掉一些行業,這些都是需要慎重考慮的。

    如果全世界所有國家都馬上采用最嚴苛有效的環保政策和技術,那么經濟肯定會大受影響,發展可能會停滯甚至倒退。而經濟衰退,反過來又會使我們不再有足夠的資金和資源來制造和使用環保設備。

    碳中和的難點在于,我們現在的生活方式和生產方式,與碳中和這個目標是有矛盾的。如果要實現碳中和,又還想進一步發展經濟,在目前已有的技術手段下幾乎是不可能的。

    比如,我們目前在家庭中使用煤氣灶,以及大多數人現在開的車都是內燃機汽車,這些途徑排放出去的二氧化碳目前是無法捕獲的。如果想要捕獲二氧化碳,將它們隔離(埋起來),按照已有的手段,就是要多用電能(因為電廠有集中捕捉二氧化碳的能力)。

    不用煤氣灶用電爐,這對于習慣烘烤制食品的歐美人可能影響還不大,但是對于習慣于炒菜的中國人來講就極不方便。再比如,不用內燃機汽車用電動車。聽上去好像不錯,但如果把北京所有的內燃機汽車都換成電車,不僅發電廠發的電不夠用,就算能發出來,輸電線路都輸不了那么多電,到時候很多電動車會根本充不上電。

    再加上如果使用新型發電技術,電價可能翻一番,全部換成電動車的方案就更不現實。再加上還要鋪設新的供電線路,可能要把整個城市掀個底朝天。這必然會引起民眾的不便和反對,在一些西方國家,這樣的法案很可能根本通不過。

    而且,如果只是改用電爐、電動車可能還好辦,碳中和的要求還會帶來更多領域的挑戰。比如,如果說你的飲食習慣也必須改變,從主要吃天然的豬牛羊肉變成吃用大豆蛋白3D打印出來的人造肉,你能否接受呢?人造肉我是吃過的,那比真的肉口感可差遠了。

    為什么需要這樣呢?前面說到了,畜牧業的碳排放問題是很嚴重的,目前無論是用飼料養豬養雞還是在牧場放養牛羊,從能量轉換和碳中和的角度看,都是非常不合算的。

    有人可能會覺得,牧場不是草原么,草原應該也能吸收二氧化碳,釋放氧氣吧?實際上無論是牧場還是農田,相比于森林而言,吸收的二氧化碳和釋放的氧氣都要少很多??梢哉f,自從人類進入農耕社會以來,每開墾出一片農田,都是提高了人類獲取能量的能力,但在自然角度而言,其實降低了自然環境利用太陽能的效率。

    按照崔教授的觀點,人類如果真想實現碳中和,恐怕還需要把一些耕地甚至牧場還原成森林,同時大家需要過一種更為環保的生活,比如限制家畜肉類的食用量。人類能不能做到,不得而知。



    說到植物吸收二氧化碳,試問:在全球碳循環中,海洋起了很大作用,被吸收的二氧化碳里有大約3/4是被海洋(包括海洋中的浮游植物)吸收,那是否有辦法讓海洋再多吸收一些呢?

    崔教授: 在理論上可以,但未來幾十年的技術是難以做到的。而且這不僅僅是技術問題,更重要的是我們無法預知,讓海洋吸收更多的二氧化碳,這會對海洋生態環境產生什么影響。即使你用很天然的手段,比如多種一些海草來吸收二氧化碳,但海草數量的大幅度增加會不會改變海洋的生態呢?會不會帶來比排放二氧化碳更大的危害?現在也不得而知。


    總結:我們說的主要是煤炭發電中可以運用的碳中和技術,有人會想到,那我們是否可以更多地使用太陽能和風能等清潔能源來減少碳排放呢?然而這件事做起來也很難。這就涉及到輸電和儲能技術了,我們會在接下來的信文章中繼續和你探討。

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