清華新聞網(wǎng)2月3日電 生物能源碳捕獲與封存（bioenergy with carbon capture and storage, BECCS）技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)全球碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵途徑之一。其基本原理是通過(guò)種植生物能源作物，利用作物快速生長(zhǎng)的特性，吸收和固定大氣中的二氧化碳（CO2），將收獲的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源，并對(duì)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2排放進(jìn)行捕集與封存。當(dāng)前，關(guān)于生物能源作物大規(guī)模種植效應(yīng)的評(píng)估大多基于全球同步種植的假設(shè)，而在現(xiàn)實(shí)層面，各國(guó)對(duì)生物能源作物的種植可能并不會(huì)同步推進(jìn)。此外，全球各地種植生物能源作物對(duì)陸地凈氣溫變化的反饋?zhàn)饔蒙婕皬?fù)雜的非線(xiàn)性過(guò)程，也無(wú)法簡(jiǎn)單地按照種植面積的比例來(lái)進(jìn)行分配。
針對(duì)上述問(wèn)題，清華大學(xué)地學(xué)系李偉副教授課題組聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多所研究機(jī)構(gòu)展開(kāi)研究。研究依據(jù)各個(gè)國(guó)家是否提出碳中和目標(biāo)，將全球分為有碳中和目標(biāo)國(guó)家及無(wú)碳中和目標(biāo)國(guó)家（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“碳中和國(guó)家”及“非碳中和國(guó)家”）。碳中和國(guó)家往往更傾向于推動(dòng)大規(guī)模生物能源作物種植，而非碳中和國(guó)家由于缺乏明確的減排承諾，其相關(guān)行動(dòng)部署的可能性相對(duì)較低。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)差分模擬的方法，量化了碳中和國(guó)家和非碳中和國(guó)家大規(guī)模生物能源作物種植對(duì)全球氣候變化減緩的貢獻(xiàn)，并探討了不同種植區(qū)域的分布與種植面積對(duì)碳循環(huán)和生物物理溫度變化的影響。研究通過(guò)采用包含自主研發(fā)生物能源作物模塊的動(dòng)態(tài)全球植被模型，借助簡(jiǎn)化地球系統(tǒng)模式對(duì)生物能源作物種植的生物地球化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行模擬。同時(shí)，將模型與大氣模式耦合，定量評(píng)估了生物能源作物種植的生物物理溫度效應(yīng)。
結(jié)果顯示，僅在碳中和國(guó)家種植柳枝稷（代表性生物能源作物），至2100年可為全球貢獻(xiàn)43至78PgC凈碳去除量。在此基礎(chǔ)上，若非碳中和國(guó)家選擇進(jìn)一步種植，還可額外貢獻(xiàn)9至20PgC；這些凈碳去除量將通過(guò)生物地球化學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生0.01至0.02°C的降溫效果，其貢獻(xiàn)比例超過(guò)了這些國(guó)家種植面積的比例（14%至20%）。盡管這種生物地球化學(xué)降溫效應(yīng)會(huì)被生物物理升溫效應(yīng)部分抵消，但非碳中和國(guó)家的種植仍為全球陸地貢獻(xiàn)了額外的降溫效益。研究表明，非碳中和國(guó)家的氣候緩解潛力將為全球氣候目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供重要支持。在未來(lái)BECCS技術(shù)的推廣與實(shí)施過(guò)程中，各國(guó)應(yīng)加強(qiáng)合作，依據(jù)地區(qū)特點(diǎn)優(yōu)化生物能源作物種植策略，并協(xié)調(diào)應(yīng)對(duì)生物物理增溫效應(yīng)，以推動(dòng)全球氣候目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
生物能源作物種植分布及碳中和與非碳中和國(guó)家對(duì)全球氣候變化緩解的貢獻(xiàn)（紅色邊框表示種植面積超過(guò)1公頃的非碳中和國(guó)家）
相關(guān)研究成果以“無(wú)碳中和目標(biāo)國(guó)家在減緩全球變暖中的貢獻(xiàn)”（Contributions of countries without a carbon neutrality target to limit global warming）為題，于1月7日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)地學(xué)系2022級(jí)博士生周嘉馨為論文第一作者，李偉副教授為論文通訊作者。合作者包括法國(guó)氣候與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（LSCE）菲利普·西亞斯（Philippe Ciais）教授，國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）托馬斯·加瑟（Thomas Gasser）研究員，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李釗副教授，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所何家瑩助理研究員，清華大學(xué)地學(xué)系劉利教授、黃小猛教授、博士畢業(yè)生王景萌、博士后韓夢(mèng)杰、孫敏軒以及博士生朱磊。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃、云南省西南聯(lián)合研究生院科技專(zhuān)項(xiàng)等的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-55720-x
供稿：地學(xué)系
編輯：李華山
審核：郭玲
