人类史上最浓二氧化碳来袭

wxsunhao · 发表于 2014-12-7 10:21:11

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人类史上最浓二氧化碳来袭

美国国家海洋和大气管理局设在夏威夷冒纳罗亚山上的天文台，自1958年以来一直在测量空气中二氧化碳的浓度变化。

　　温室效应、碳汇、碳排放权这些名词，如今已是老少皆知，但把减排付诸行动总是不容易的。本期“聚焦”从多个侧面介绍与“碳”有关的那些事儿，希望大家明白，地球变暖真的关乎每个人。
　　
　　希腊先贤亚里士多德说：“无论何物，只要属于大多数的人共同拥有就最不受关切，所有人更关心自己的独有。”（“What is common to many is least taken care of, for all men have greater regard for what is their own than what they possess in common with others.”）话虽然拗口，但联系到水、空气和公共场所的垃圾，就知道老先生所言不虚。人类多少年来排出的二氧化碳，虽然不是谁家个人的事儿，但已经严重影响到我们的生活。

根据夏威夷冒纳罗亚天文台发布的二氧化碳数据绘制的1958年至2010年二氧化碳浓度曲线，数据表明二氧化碳浓度按月份有规律性地起伏，从数年内来看总体趋势是不断升高。来源：维基共享数据

　　二氧化碳300万年来最浓
　　
　　到美国夏威夷冒纳罗亚山观光的海外游客如果细心观察，可以看到山上有一座布满天线的小型天文台。该天文台隶属美国国家海洋和大气管理局（NOAA），自1958年以来，科研人员最开始是手持小瓶获得空气样本，如今从先进的空气采样塔中取样，坚持不懈地分析大气中二氧化碳的变化情况。研究人员把50多年来这里和世界其他8个观测点取得的二氧化碳数据汇集起来，绘成曲线图，得出大气中二氧化碳浓度激增的结论。
　　今年5月10日，冒纳罗亚天文台发布的一条消息引起了人们的极大关注：大气二氧化碳浓度日均值超过了400ppm（100万分之400），科研人员认为400ppm并不是什么气候灾难的临界点，但确实是地球变暖过程中一个具有非常重要象征意义的事件。要知道上一次超过这一数值至少在300万年前，彼时大气二氧化碳浓度约为415ppm，全球平均气温比现在高3℃到4℃，极地气温比现在高出约10℃，海平面比目前至少高出约5米。即便是在工业革命前的人类历史上，地球大气二氧化碳浓度也从未超过300ppm。
　　进入20世纪以来，全球地面的平均气温上升了0.74℃，各种极端天气灾害更强更频繁，过去几年间，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）连续发布了数个评估报告，认为两者之间有着密切联系，直指这一切的源头为工业革命后的人类活动造成的温室气体激增，其中二氧化碳更是罪魁祸首。实际上，人类为解决相关问题已经采取了实际行动，但远远不够。

碳在地球上的循环过程

　　从碳在地球上的循环过程来看，森林、土壤、海洋均具备大储量的碳汇能力。图中数据的单位为10亿吨/年。来源：NASA网站

　　欧洲森林储碳已力不从心
　　
　　要减少大气中的二氧化碳，仅仅靠减排效果有限，还需要采取碳汇和碳封存等手段。很多读者对“碳汇”一词感觉陌生，其实如果了解到“汇”字有“大量吸收某种物质的器件或系统”（见《高级汉语词典》）的意思，就会明白碳汇即大量吸收碳的方式或系统。美国《科学》杂志等学术期刊认为，当一个生态系统固定住的碳量大于排放的碳量，该系统可称为碳汇（carbon sink），反之则为碳源。通俗讲，碳汇是指自然界中碳的寄存体，例如森林；碳源是指自然界中向大气释放碳的母体，例如火力发电厂。如此看来要有效减少温室气体，既要节流——控制碳源，如减少排放；又要开源——增加碳汇，如多种林木。
　　在庞杂的地球生物圈中，土壤、草原、森林、海洋等均是碳汇介质。土壤既可以成为碳汇，也可以转化为碳源，这取决于人们对土壤的开发和利用方式。森林的碳汇能力更为突出，2004年美国环保署的数据表明，当年美国燃烧化石燃料释放的二氧化碳有10.6%被森林吸收了。联合国网站有文件显示，巴西亚马孙地区的树木能储存490亿吨的碳，印尼森林储存了60亿吨的碳。难怪美国林务局科学家潘裕德曾表示，森林独自占据了最重要的陆地碳汇地位。美国哥伦比亚大学的研究认为，海洋拥有最强的碳汇能力，吸收了人类产生的1/4二氧化碳。相比之下，从目前人类的干预能力来看，造林无疑是最有效的增加碳汇的手段。
　　但在营造碳汇林的问题上，绿树成荫的欧洲似乎遇到了不小的麻烦。2011年发布的《欧洲森林状况报告》表明，欧洲陆地森林覆盖率达50%之高，每年吸收约10%的欧洲温室气体。可是今年欧盟在《自然气候变化》杂志上发布报告，称欧洲森林的储碳量已经力不从心，难以应对碳排放的增长，原因在于树木碳汇能力最强的阶段在于其快速生长期，一旦生长成熟，其碳汇能力就明显降低。一些国家要完成减排承诺，可是森林碳汇饱和了。而一些国家的森林土地归私人所有，伐掉再栽的话很难协调。鉴于遇到的难题不少，欧盟国家计划在今年11月中旬达成欧洲森林碳汇的初步共识。

2012年建成的挪威蒙斯塔德碳捕获与封存示范工程，总投资10亿美元，设计能力为年捕获二氧化碳10万吨，这是欧洲发展碳捕获与封存技术的一个重要里程碑。来源：法国阿尔斯通公司网站

欧盟经济体量庞大，成员众多，为构建区域内统一的碳排放权交易市场，欧盟对12000多座发电站、工厂及其他工业设施的碳排放量做了统计与核算。图为德国达特尔恩的一处煤电厂，煤电厂是一种碳排放量很大的企业。来源：维基百科英文网

　　把碳捕获再封存起来
　　
　　增加碳汇，除了采用上述的造林方式外，还可用碳捕获和封存技术，将工业生产等产生的大量二氧化碳收集，并用各种办法储存以避免其进入大气层。这个流程涉及捕获和分离二氧化碳，再将碳运输到储存地点与大气长期隔离。
　　具体步骤是，先通过设备使二氧化碳和胺类物质发生反应，二者在低温情况下结合，在高温中分离，使工厂产生的废气在排放前通过胺液，分离出其中的二氧化碳，之后在适当的地方加热胺液就可以释放二氧化碳，并压缩后运走。
　　至于储存二氧化碳的方法，具有天然密封性的地下岩层是个好地方，枯竭的油气层、深层不可采煤层等地点很受青睐。今年6月，美国地质调查局公布了全美碳封存第一个评估报告，美国地质盆地合计具有储存大约3万亿吨二氧化碳的潜力，相比2012年全球316亿吨的排放量（国际能源署发布），潜力很大。
　　本刊今年第三期的《地下灌注废液美国技术成熟》一文，曾提及碳埋存。早在1989年，美国麻省理工学院就发起了碳捕获和封存（CCS）技术项目。进入本世纪后，该技术在欧盟和北美发展势头很猛。截至去年9月，经全球碳捕获和封存研究所确认后的大型CCS项目达到75个，其中有代表性的项目有如下3个。
　　阿尔及利亚萨拉赫地区的二氧化碳封存项目从2004年开始，收集燃烧天然气排放的二氧化碳，再封存在地下1800米深的盐水层里，每年约封存100万吨，最终预计可封存1700万吨。挪威北海的斯莱普内尔项目将二氧化碳封存在离海床1000米深的地下，良好的选址使该项目的二氧化碳储备能力达到了惊人的6000亿吨。加拿大的韦本-米戴尔项目每年可把美国煤制天然气厂提供的280万吨二氧化碳，从320公里以外的美国北达科他州经管道运输到加拿大，再输送到地下油田中，这样还能提高油田的原油采收率。

森林碳汇对维持地球大气中的二氧化碳和氧气的动态平衡作用巨大。国家林业局第七次全国森林资源清查结果（2004年至2008年）显示，全国森林植被总碳储量78.11亿吨。图为黑龙江省的伊春林区。

　　欧美抢占碳交易地盘
　　
　　在减缓气候变化、改善环境的全球共识下,世界各国都面临着相当大的压力,这就为国际碳排放权市场的发展提供了难得的机会。在著名的《京都议定书》于2005年2月生效前，欧美就已进行了加拿大GERT计划、美国CVEAA计划、丹麦电力行业试点、壳牌集团STEPS计划等诸多努力，尝试着将温室气体排放权纳入市场机制的方式。《京都议定书》生效后，国际温室气体排放权交易推进到高速发展的阶段。
　　《京都议定书》的高明之处，在于建立了三种灵活的减排机制，规定发达国家可以通过交易转让或者境外合作的模式来获得温室气体排放权。简而言之，发达国家作为温室气体排放大户，当其无法通过技术革新达到碳排放标准的时候，既可以购买其他国家的碳排放指标，也可以在发展中国家投资造林增加碳汇，抵消发达国家自身的碳排放量，实现全球减排成本效益的最优。如此一来，一种崭新的温室气体排放权交易市场就逐渐孕育而生。
　　目前，世界上还没有统一的国际碳排放权交易市场，规模最大的是欧盟排放交易体系和美国芝加哥气候交易所，除此外还有很多小规模的市场。欧盟的排放交易体系成立于2005年，涵盖了欧盟国家12000多座发电站、工厂及其他工业设施，几乎占欧盟二氧化碳排放总量的一半。这套体系采取的是总量管制和排放交易的管理模式。打个比方说，法国未来三年会超标排放300万吨二氧化碳，恰好西班牙开工不足，有300万吨的空额标准，那么法国可以从西班牙手里把这部分排放指标买过来，如果不买，法国就会遭到重罚，那可比买指标代价高多了。欧盟还先后成立了北方电力交易所、未来电力交易所、欧洲能源交易所等交易平台，欧盟的碳配额交易远超世界其他地区，成为主导全球碳交易市场的引领者。
　　和欧盟排放交易体系对各成员国的强制性不同，成立于2003年的芝加哥气候交易所，是全球第一个、也是北美地区唯一自愿参与碳交易的市场交易平台。美国通过组建芝加哥气候交易所（其欧洲分支机构是欧洲气候交易所，加拿大的分支机构是蒙特利尔气候交易所），控制着全球自愿减排碳交易市场平台。有舆论认为，未来将形成以欧洲和北美两个市场为核心的区域性交易体系。两大市场的交易量将占碳市场的大部分，并在世界其他地区“抢地盘”。
　　欧盟排放交易体系运营8年多来颇多磨难。刚开始，一吨二氧化碳排放指标的价格曾高达30欧元左右，但随着全球金融危机和接踵而至的欧洲经济衰退，碳排放价格也一路下跌，今年初甚至曾暴跌至每吨2.81欧元的历史最低点。为此，欧盟委员会今年7月提出一个救援计划，决定出手恢复萧条的碳交易市场。欧盟排放交易体系的挫折说明，世界碳排放权交易市场的完善，还有很长的路要走。

美国能源情报署根据各国化石燃料使用、水泥生产和废气燃烧等数据推测出上述10国在2010年的碳排放量（注意，是碳，不是二氧化碳）。

　　我国探索打造碳汇能力
　　
　　作为全球最大的发展中国家，中国近年来的二氧化碳排放量全球第一。2013年博鳌亚洲论坛上，国家发改委副主任张晓强曾表示，2012年中国消耗了世界一半的钢材、水泥和煤炭，造成二氧化碳和二氧化硫的排放量都是世界最大的。在如此严峻的形势之下，我国也在打造碳汇能力、开展碳交易市场建设方面，进行了有益的摸索。
　　“中国东北部敖汉旗防治荒漠化青年造林项目”，是《京都议定书》生效以来，我国与国际社会合作的首个林业碳汇项目。在第一个有效期的5年时间内投资153万美元（约合人民币1300万元，其中意大利资助1150万元），在内蒙古敖汉旗荒沙地造林4.5万亩。2005年，技术人员对此工程项目进行实测，结果显示，造林地块、模式、树种均符合项目设计要求。到2012年，该项目产生的可认证的二氧化碳减排指标，将归意大利所有。该项目填补了我国森林碳汇项目的空白。
　　2008年2月，中国绿色碳基金首批碳汇项目实施合同签字仪式在北京举行。根据合同，中国绿色碳基金将向北京、黑龙江、甘肃等7个省区投资总计2000万元，用于植树造林，林木吸收固定的碳汇归出资方——中国石油天然气集团公司所有。
　　2011年11月，中国首个林业碳汇交易试点在浙江义乌启动。这是经国家林业局同意，中国绿色碳汇基金会与华东林业产权交易所先行开展的林业碳汇交易试点。启动仪式上，阿里巴巴、歌山建设等10家企业签约认购了首批14.8万吨林业碳汇。
　　今年6月，河南许昌勇盛豆制品有限公司以每吨30元的价格，向伊春市汤旺河林业局购买总价值18万元的6000吨森林碳汇，这是全国国有林区第一笔实质性森林碳汇直接交易。
　　除了以上有代表性的大项目，民间开展的宣传活动也使碳汇指标概念逐渐被人们所了解。今年北京朝阳门街道联合东城区绿化委员办公室举办“购买碳汇履行植树义务”活动，“花费60元购买碳汇就相当于为地球种了三棵树”的宣传语，吸引了部分社区居民前来购买碳汇，这些钱将被中国绿色碳汇基金会全部用于造林、营林。也许有一天，碳汇指标等词汇会像“CPI”那样妇孺皆知。

森林成熟的年龄总体上约为30到90年不等，森林成熟后二氧化碳的吸收能力会逐渐下降。为了最大程度地吸收二氧化碳，碳汇林的种植对树种、管理等均有要求。图为奥地利阿尔卑斯山的森林。

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