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大规模种植生物能源作物或能延缓气候变化

媒体:科学网  作者:宗华
发布:碳汇资讯
2018/3/7 7:03:05   

     俄勒冈州的杨树林场是快速生长的生物能源来源。图片来源:SEAN BAGSHAW/GETTY IMAGES

去年10月一个阳光明媚的日子,近40人涌入美国波兹曼市蒙大拿州立大学(MSU)一间不算太大且被刷成薄荷绿的教室,只为瞥一眼未来的景象。有些是科学家,但大多数是同这片土地有着某种关联的人们:和农民共事的推广员以及代表大自然保护协会等机构的环保人士。他们都知道,气候变化将在未来几十年重塑该地区,但这并非他们到此讨论的内容。他们要探讨的是试图阻止气候变化产生的同样深远的影响。

身着粉蓝色衬衫和牛仔裤的MSU生态学家Paul Stoy在白板前踱步,描述着由农业主导的景观如何被一场不同的绿色革命再次改造:大量种植可从天空中吸收二氧化碳的农作物。“我们已经有了这种对于避免危险的气候变化很有必要的新能源经济,但它看上去将会如何?”Stoy问道。

2015年,《巴黎气候协定》设立了将全球变暖控制在2℃以内的目标。在政府间气候变化专门委员会的最新报告中,研究人员调查了实现这一目标的可能路线图并且发现了一些令人不安的事情。在大多数模型情景中,简单地减排并不够。为限制变暖,人类还需要负排放技术(NET)。到本世纪末,该技术将从大气中移除远多于人类排放量的二氧化碳。英国东英吉利亚大学气候变化科学家Naomi Vaughan表示,NET将为全社会控制碳排放赢得时间。“这些技术允许人类排放更多二氧化碳并在以后将其收回。”

技术是否可行成为问题

这一思路是否可行是另一个问题。一些NET相当于巨大的空气净化器,同时很多技术虚构的成分多过事实。目前,极少有NET能在商业层面上运作。一些研究人员担心,他们为政策制定者提供了故意拖延气候行动以期未来的干预措施会收拾残局的危险借口。“从很多方面来说,我们只是在寄希望于一些神奇的事情会发生。”支持大幅减排的斯坦福大学气候科学家Chris Field认为。在其他人看来,人类已别无选择——我们已经浪费了太长时间,以至于无法仅靠勒紧腰带实现《巴黎气候协定》的目标。“我们可能需要更加强劲和立竿见影的缓解气候变化的举措,外加一些负排放技术。”阿伯丁大学土壤科学家、生物能源专家Pete Smith表示。

不过,多亏了全球模型,一种特定的技术已经悄悄地崭露头角。它就是上述随时可被波兹曼市采用的技术。该想法是种植快速生长的草类和树木,以吸收大气中的二氧化碳,然后将其在发电厂中烧掉,从而产生能量。不过,这些作物中的碳不会被再次释放到大气中,而是被捕获并且抽取到地下。该技术被称为生物能结合碳捕捉与封存技术(BECC)。

参加波兹曼会议的人大多未听说过BECC,并且对此持怀疑态度。它听上去像一种牵强附会的方案。在会议间歇,世界野生动物基金会区域负责人Martha Kauffman想知道BECC是否可能侵犯被用于放牧牛群的土地。她介绍说,在类似的草原上,“这是人们维持生计同时保持栖息地的主要方式”。

Kauffman并非唯一对此持谨慎态度的人。尽管BECC相对廉价并且理论上是可行的,但在模型中运行的庞大规模警醒了很多研究人员。在一些未来的情景中,到本世纪末BECC将从大气中移除1万亿吨二氧化碳——约是工业革命开始以来人类已经排放的二氧化碳量的一半,并且将提供1/3的全球能源需求。这一壮举需要在至少和印度面积相当并且可能要大过澳大利亚的区域内种植生物能源作物——相当于人类已经耕作的土地的一半。“光说‘我们就这样做,如何?’很容易,但实际上会发生什么无从得知。”Stoy表示。

从大气重新转移到地下

正如BECC通常被设想的那样,生物能源作物将在空闲的农业用地上种植。在密苏里河上游盆地,这可能意味着征用美国农业部土地休耕保护计划(CRP)划定的田地。该计划会为农民提供补贴,目的是出于环境效应让一些土地休耕。如果被给予恰当的奖励,当地农民可能将这些土地重新投入生产——随着对玉米和大豆需求的增长,此类事情已在一些地区发生。“农民和其他人并没有什么不同。我们都是受利益驱动。”当地农民DaleFlikkema表示。

在蒙大拿州,农民种植生物能源作物的选择目前受到限制。只有像Flikkema一样敢于冒险的少数种植户正在尝试种植油菜和其他油籽。不过,随着气候变暖,整个区域被预测将变得更适宜柳枝稷以及生命力旺盛的杨树等植物生长。这些“二代”生物能源作物通常被视为生物能源的未来,因为作为多年生植物,它们比玉米、油菜等传统燃料作物更擅长储存土壤和生物质中的碳。它们还可以在拥有更少肥料和水分的边缘土地上生长,因此不太可能同粮食生产竞争。

一旦被收获,这些作物将被卡车或者火车运输到发电厂和其他工业设施。在那里,它们和来自粮食作物以及森林采伐的废弃物一起,被燃烧产生热量或电,或者转变成乙醇和其他液体生物燃料。无论哪个过程排放的二氧化碳,都会被吸走并且压缩到液体中。集中起来的二氧化碳被抽走并且泵入地下的多孔岩层中,而后者在密苏里河上游盆地非常丰富。由于该地区拥有生产石油和天然气的悠久历史,因此星罗棋布着各种井。参与该项目的MSU化学家Lee Spangler正在研究靠近蒙大拿州东部科尔斯特里普发电厂的1.1万口井中是否有适合向地下注入碳的管道。最终的结果是,碳从大气中被重新转移到地质储层。

在未经证实的规模上接受考验

BECC并非实现负排放的唯一路径。不过,诸如利用化学反应直接从大气中捕获二氧化碳或者利用添加到土壤中的被磨碎的矿物质吸收二氧化碳等其他方法,刚刚开始最初的实地测试。Vaughan认为,这些技术或许有一天会超越BECC,但就目前来说,它们的成本高很多。“从某种程度上讲,BECC能为自己买单,因为它会产生能量。”

BECC不是一项全新技术。目前,其两个组成部分——生物能量和碳捕获与封存(CSS)已在某种程度上实现。全球各地的发电厂正燃烧生物质产生能量。虽然CCS进展缓慢,但十几个项目正在进行中,包括在北美大平原开展的若干试点。很多项目将来自化石燃料发电厂的二氧化碳抽取到日益减少的井中,从而将残余的油驱赶出来。运行时间最长的项目位于北海。在那里,挪威国家石油公司将二氧化碳从天然气中分离出来然后将其在地下封存了20多年。

不过,要减缓气候变化,这些工具将不得不在完全未经证实的规模上接受考验。

当Flikkema从油菜田开车回家时,蓝色的小卡车在狭窄的灌溉渠中间辘辘驶过。“这是我们的命根子。”他说。在蒙大拿州,水是一种稀缺商品。迄今为止,灌溉作物是当地水源的最大消耗者,尽管最近石油和天然气行业对水的需求正在增加。美国宇航局戈达德宇宙飞行中心碳循环模型专家Ben Poulter表示,BECC会消耗一些本可以支撑作物或者当地生态系统的宝贵水源。“水已经定义了西部地区的土地用途,并且注定将成为一个大问题。”Poulter说。根据一项全球评估,利用柳枝稷封存37亿吨二氧化碳消耗的水源几乎相当于密歇根湖的水量。

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