世界各国已同意限制二氧化碳排放，以期防止全球变暖在2100年之前超过2摄氏度。但各国目前的进展速度无法实现其目标。为了限制变暖，各国可能还需要从大气中实际去除碳。为此，他们将不得不部署“负排放技术”——即从空气中去除二氧化碳的技术。
这些技术，例如在农田上覆盖碎二氧化硅，能奏效吗？研究人员承认，他们尚未发明出一种真正具有成本效益、可扩展和可持续的技术，能够去除所需量的二氧化碳，但他们坚持认为，世界应该继续研究各种方案。“负排放技术正在发挥作用，因为[气候变化]的数学计算非常紧张且不容乐观，”斯坦福大学高级研究科学家凯瑟琳·马赫说。在上周于旧金山举行的美国地球物理联合会会议上，研究人员介绍了几种有趣的负排放策略，以及它们的缺点。
农业强化风化作用
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地球表面通过岩石的化学分解自然地从大气中去除二氧化碳，但这种现象发生得极其缓慢。科学家们已经提出加速这一过程——称为“风化作用”——通过人为干预。在AGU会议上，利弗休姆气候变化减缓中心主任大卫·比尔林解释了一种农业技术，该技术可以加速风化作用，并从理论上有益于作物。
在这种方法中，农民会将细碎的硅酸盐岩石应用于他们的土地。作物根系和土壤中的真菌会加速硅酸盐岩石的化学和物理分解，同时，由于风化过程中的化学反应，二氧化碳将被从空气中吸收到土壤中。将硅酸盐岩石研磨成颗粒或沙粒大小将加速自然风化作用，因为它增加了可用于反应的岩石表面积。
除了捕获二氧化碳外，风化岩石还会释放有价值的养分，如磷和钾到土壤中，这将有助于作物生长。岩石还将为植物提供二氧化硅，比尔林说这可以帮助它们建立更强大的细胞以更好地抵御害虫。“你可以减少肥料和杀虫剂的使用，这也将降低农民的成本，”他解释说。根据比尔林的说法，增强的风化作用也可能有助于海洋酸化。一些被捕获的二氧化碳将留在土壤中，但大部分会以称为碳酸氢盐的化合物的形式冲入海洋。碳酸氢盐是碱性的，这意味着它可能平衡日益酸性的海洋。
然而，这种技术有主要缺点。研究人员对这种方法持怀疑态度，因为它研磨和运输岩石将花费大量资金，而这两个步骤都需要大量能源，这可能会产生更多排放。还有可能对生态系统产生影响需要考虑。“我担心[环境]扰动，”斯坦福大学地球科学教授罗布·杰克逊说。“这基本上将是一项大规模的采矿作业。”然而，杰克逊确实喜欢潜在的好处——比如施肥土壤——除了去除二氧化碳之外。
利用海洋温差捕获碳
另一种负排放技术将利用海洋巨大的温差：海洋温差能转换。在这种方法中，冷水从海洋深处抽到较温暖的表面，温差用于发电。研究人员已经在一个小规模上演示了这项技术。现在，加州大学圣克鲁兹分校的格雷格·劳希望将其与化学反应结合起来，化学反应将从海洋表面的空气中吸收二氧化碳，同时产生氢气。该反应在几个方面都会有所帮助：它将捕获二氧化碳，并将热能产生的电力转化为能量形式——氢气——可以通过油轮从海上运输到陆地。与增强的风化方法一样，这种方法会将二氧化碳转化为碳酸氢盐，碳酸氢盐会渗入海洋，帮助抵消酸化。劳还提议修改海洋温差能系统，以避免在将深层海水泵到地表时可能发生的二氧化碳释放。
到目前为止，劳只在实验室中演示了他的工艺。“他的想法还处于概念阶段，”卡内基科学研究所全球生态系创始主任克里斯·菲尔德说。“它有可能成为某种东西，但目前仍然是一个非常小众的解决方案。”
生物能源与碳捕获和储存
最发达的负排放技术之一是生物能源与碳捕获和储存，或BECCS。该过程包括种植树木和植物，如柳枝稷，它们在生长过程中吸收二氧化碳，在发电厂中燃烧它们以获取能量，然后捕获和储存燃烧过程中释放的二氧化碳。捕获和储存将通过在烟囱中放置过滤器、压缩二氧化碳，然后将其注入地下来完成。BECCS产生能量并从空气中去除碳，这听起来很吸引人。
但科学家们表示，BECCS将占用大量土地。据估计，BECCS将需要大约世界三分之一的耕地，才能捕获足够的二氧化碳，以防止温度升高超过2度。“我怀疑你是否能达到必要的规模，因为你需要大量的土地来跟上人类的排放，在一个你必须养活比以往更多人口的世界里，”亚利桑那州立大学负碳排放中心主任克劳斯·拉克纳说。此外，有些人担心BECCS并不像看起来那么有效——他们说，如果将该过程产生的土地利用变化等因素计算在内，BECCS可能不会像人们想象的那样减少排放。例如，如果人们砍伐热带雨林以燃烧其木材用于BECCS，他们最终会产生更多排放——至少在短期内是这样。或者，如果BECCS占据了以前用于农业等目的的土地，它可能会迫使人们砍伐其他土地以满足他们的需求。此外，储存燃烧生物质产生的碳需要大量能源，这既要花钱又可能产生更多排放。
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还有其他负排放策略——主要的、已经受到广泛关注的策略，例如使用涂有化学物质的大型面板直接从空气中捕获二氧化碳，以及恢复森林，以便更多的树木可以吸收更多的二氧化碳。还有一些鲜为人知的想法，例如使用木材建造房屋和办公室，以便将二氧化碳锁定在建筑物的墙壁中。然而，到目前为止，没有一项技术被证明在所需的规模上是可行且具有成本效益的。
专家表示，应该投入更多的资金和研究来调查广泛的技术并确定最佳方案——他们说这项工作需要现在就开始进行。在克里斯·菲尔德的AGU讲座中，他说，如果世界想要使用负排放技术在本世纪后半叶大幅减少碳排放，他们需要在2020年或2030年尽早开始部署。“所有负排放技术，除了种植森林外，都处于非常早期的发展阶段，”菲尔德解释说。“如果这些技术要发挥作用，它们将必须在几十年内从现在的几乎为零发展到大规模。”