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科学家有哪些方法可以在2030年前“中和”碳? 地方债券

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浙江大学海洋学院的师生对乐清市西门岛红树林和盐沼蓝碳生态系统的碳汇进行了调查。到2100年,海平面将上升近一米,全球超过1.5亿人生活在海拔不到一米的地方;700多种哺乳动物和鸟类濒临灭绝,有袋动物和人类“近亲”灵长类动物是受影响最严重的群体;一些食物和饮料可能会从人类的餐桌上消失。例如,美食家将失去巧克力的自由——可可树将难以生存,可可豆最早将在30年内消失...科学家们不断警告全球变暖。二氧化碳是全球变暖的重要“罪魁祸首”。大国有责任。在中国去年首次向世界明确二氧化碳排放将在2030年前达到峰值,并在2060年前实现“碳中和”后,2020年中央经济工作会议明确指出,“做好碳峰值和碳中和”是2021年的重点任务之一。今年以来,“碳峰值”和“碳中性”的国家部署要求频频出现在全国各地相继召开的地方两次会议上。包括浙江在内,实现“碳峰化”目标已成为近20个省、自治区、直辖市的重点任务。碳中和被广泛认为是减缓或控制全球变暖的有效手段。那么,什么是“碳峰化”和“碳中和”?为什么是二氧化碳?如何实现「碳中和」?

二氧化碳增加惊人,地球“中暑”

所谓“碳峰值”,是指在某一时间点,二氧化碳的排放量达到峰值,然后逐渐下降,直至“碳中性”,使人为输出和去除二氧化碳相互抵消。没有“碳峰化”,就没有“碳中和”。根据最新数据,全球54个国家的碳排放已经达到峰值。占全球GDP 75%、全球碳排放65%的重要经济体开始践行“碳中和”目标。比如英国、美国、德国、法国、日本、意大利、加拿大等国家都承诺在2050年实现零碳排放。中国在2060年。世界各国之所以致力于“碳峰值”和“碳中和”事业,是因为世界正在迅速升温,控制碳排放水平迫在眉睫。快速升温,有多快?lasg的科学家指出,现在地球的平均温度比100年前高1.1度。如果把地球比作人类,“现在最大的问题是,地球不仅发烧,还一直发烧”。关于危害,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布了《全球变暖特别报告1.5(IPCC 2018)》,强调全球变暖必须控制在1.5以内,以避免气候变化的严重影响。数据更直观。报告称,与2相比,将全球变暖控制在1.5以内,将使全球缺水人口减少一半,遭受极端高温的人口减少约6400万,珊瑚礁减少控制在70%-90%,而不是完全消失。

另一个重点是“控碳”。太阳是地球能力的主要来源。大气中的温室气体将吸收地球获得和辐射的太阳能。温室气体就像一床“被子”,让地球保持温暖,这样它就不会在晚上收不到太阳能的时候变成“冰球”。

我们必须知道,水星这个离太阳最近的星球,没有温室气体“保护”,突然变热。半球平均温度百度,夜半球只有零下160度左右;法国数学家傅立叶曾经计算过,正常情况下,全球平均地表温度应该在零下18度左右,但实际情况是零上15度,高33度,这是由于温室效应。但是大气中明显有甲烷、水蒸气、一氧化二氮等温室气体,那你凭什么拿二氧化碳当“刀”?老子说,天就是“平衡之道”。人太热就会中暑。被子太厚,地球会中暑。过量的温室气体会超过系统的容量,打破辐射平衡,导致全球气温上升,造成生态失衡。但是水蒸气是最大的温室气体,但是自然水循环反应很快,所以大气中的水蒸气基本保持不变。同样,其他种类的气体也由于碳循环、氮循环等原因而保持相对恒定的量。但是二氧化碳的量并没有保持稳定,急剧增加,自然“消化”已经来不及了。在过去的100年里,全球二氧化碳含量增加了45%左右。

科学界的基本共识是,人类活动释放的二氧化碳是全球变暖的主要原因——当然不是呼吸。

90年代末,“碳中和”的概念最早出现在英国。这是有一定原因的。根据2016年《自然科学周刊》发表的一项国际研究结果,全球变暖始于180年前,工业革命在气候变化中发挥了关键作用。日前,中国生态环境部国家气候变化战略研究与国际合作中心战略规划部主任柴在接受新华社采访时也认为,气候变化主要是由人类燃烧化石能源(主要是煤和石油)产生的二氧化碳等温室气体造成的。受新冠肺炎疫情影响,原定于2020年11月在英国举行的第26届联合国气候变化大会被推迟一年。2月8日,联合国秘书长古特雷斯公开强调,本次气候变化大会是世界努力避免气候灾害的里程碑,2021年也将成为“应对气候变化的关键一年”。同时,他也警告说,世界距离巴黎协议中达成的减缓全球变暖的目标还很远,任仲距离实现将全球变暖控制在1.5以内的目标还有很长的路要走。人前有两个方案:一是增加碳吸收;第二,控制碳排放。

海洋碳捕捉“好手”,增加收入和环保

郊区远离城市,树木掩映。每一次呼吸都像是在给肺部做按摩……森林植被是吸收碳和释放氧气的好帮手。陆生绿色植物通过光合作用固定二氧化碳,这被称为绿色碳。相比之下,海洋和二氧化碳之间的“接触”要低调得多。学术界已经认识到,蓝碳是利用海洋活动和海洋生物吸收大气中的二氧化碳,将其固定并储存在海洋中的过程、活动和机制。”浙江大学海洋学院教授吴家平说。十几年来,带领浙江大学海洋学院多位专家,与西澳大学海洋研究所团队共同完成了“中国海岸带蓝碳战略、资源监测与环境效益评估”研究。浙江海洋科技进步奖2020年成果近日公布,项目获一等奖。这是浙江省首次设立海洋科技特别奖和一等奖。”蓝碳的概念是2009年由欧洲科学院院士、西澳大学教授卡洛斯·M .引入的。杜阿尔特(Ka Lu Si Duarte)最早提出的。吴家平介绍,主要由杜阿尔特编写的《蓝色碳:健康海洋固碳评估报告》指出,全球自然生态系统通过光合作用捕获的碳有一半以上(约55%)被海洋生物捕获。全球平均每年的蓝色碳汇估计有几十亿吨。

红树林、盐沼和海草床是国际学术界公认的三大沿海蓝碳生态系统。浙江海洋资源丰富。西门岛海洋特别保护区是中国第一个国家海洋特别保护区,在中国北方有一片红树林。1957年由当地渔民从福建引进,此后一直健康成长。盐沼植物是在周期性潮水般泛滥的环境下能够生长的草类,在浙江沿海滩涂上分布面积很大。在我国海水清澈的土壤中,如海南岛海域,生长的“草甸”就是海草床。浙江海域海水浑浊,阳光难以穿透,海苔床无法入驻。与陆地植被相比,海洋植物具有更强的单位面积固碳能力。红树林、盐沼和海草床单位面积固碳能力可达亚马逊原始森林的10 -20倍。观察无色不可见的二氧化碳可以从土壤开始。含有有机碳的土壤是黑色的。比如吴家坪,杭州植物园黑土厚度一般在20 cm -30 cm,红树林或盐沼地200 cm以上。“陆地植物的叶子和果实落到土壤表面,迅速分解,导致95%以上的二氧化碳气体返回大气。海洋植物的垃圾被海水淹没,部分被鱼吃掉,或者被埋在海底。”

此外,森林火灾会烧掉树木和土壤中积累了数百年的碳,并将其转化为二氧化碳,返回大气。海洋区域不会着火。蓝碳植物也“捕获”碳质颗粒——进入海洋的沉积物。浙江沿海地区平均每年可以“抬高”2厘米左右,以“曲线求国”的形式与海平面上升“抗衡”。无论在理论上还是实践中,要实现“碳中和”,蓝色碳比绿色碳更具性价比。但近50年来,由于土地复垦等原因,“蓝碳”面积迅速减少,全球总量已不到原来的一半。这时,出现了以海带、紫菜、羊栖菜、龙须菜等成员组成的大型家族——海藻(学名:大型海藻)。这是中国这么多年来唯一增加的蓝碳。中国在20世纪50年代大规模种植的海藻,现在占世界总种植量的三分之二。

在全社会保护海洋植物的呼声中,海藻如何逆势崛起?答案是,经济效益。500元土地农民平均每亩收入应该算OK。你知道种海藻能挣多少钱吗?”吴佳萍问道。一个月前,他去了福建宁德。近二十年来,当地渔民“抓住一切机会”养殖龙须菜,平均每亩海域收入约1万元。在浙江,紫菜和羊栖菜致富的案例也比比皆是。近年来,根据全国特别是浙江省的情况,海藻的碳汇及其生态和环境效益逐渐成为他们团队研究的另一个重点,其结果迅速引起了许多国际学者和官员的关注,为世界蓝色碳资源的开发和保护提供了一个“中国计划”。

近几十年来,浙江沿海的野生大黄鱼等重要经济鱼类几乎灭绝。海域氮磷营养盐过多导致赤潮频发。他们的研究结果证明海藻是一种强大的海洋“清道夫”。它们吸收海水中大量的氮和磷,固定二氧化碳,形成碳水化合物,为我们提供食物和工业原料,同时释放氧气,显著改善海洋生态环境。“在中国,鼓励和扩大海藻养殖是一条广阔的道路,经济效益、碳封存、粮食安全和生态环境效益都是双赢的!”吴佳萍说。

新的可持续发展“终极计划”还有很长的路要走

在某种程度上,“碳中和”是通过吸收碳来实现的,症状不是根本原因。发展绿色可持续能源系统不仅可以从根本上改变人类依赖化石燃料的能源结构现状,还可以消除化石燃料利用带来的环境问题。“与环境破坏相比,火力发电和交通运输造成了全球约三分之二的碳排放。”西湖大学理工学院的特别研究员王建辉认为,要解决这个问题,我们应该从开发清洁能源和研发高效的能量储存和转换装置开始。风力、阳光、水力——自然界的清洁能源无处不在。“自然,换一个词来形容,就是看天气吃饭。内陆水比沿海水少,夏天比冬天少风,晚上没有太阳……这意味着他们的供应不稳定。另一方面,释放出来的电能是看不见摸不着的,存储和传输都是大问题。核能很干净,它潜在的危险让人又爱又怕。这些不可控的能量能否像化石燃料一样方便地转化为化学能载体?氢能,能源。

氢气,“赤裸裸的来,赤裸裸的走”,燃烧后除了水什么都不会留下。燃烧值是汽油的三倍。然而,制氢并不容易。目前,大部分氢气仍然来自化石能源,约占世界氢气产量的96%,从根本上说是一个“无限循环”。在过去的二三十年里,科学家们一直在研究如何让水在太阳下产生氢能。“它需要在水中放入一种特殊的物质来催化反应。但是目前光氢能量的转化率只有3%左右。使用硅等太阳能电池材料,太阳能的光电转换率可达20%-30%。”虽然成本仍然很高,但有下降趋势的“节约”方案是在风能和光能过剩的地区建造制氢设备,将过剩的电能转化为氢气储存。

储存氢气更加困难。燃料电池是一种将化学能转化为电能的转换装置,但是全世界的科学家都研究了几十年,却还没有达到“物美价廉”的效果。

氢燃料电池的储氢方式有物理和化学两种。物理储存,即利用高压将氢气“压”入罐中,制成“高压氢气罐”。以汽车为例,近年来日本丰田公司开发的Mirai未来组合氢燃料电池汽车,一罐售价10万元,一个加氢罐加氢加氢站的投资成本为1500万至2000万元。2019年以来,中国氢能发展进入“快车道”,目前已有70多个氢加气站投入运行。中石化上海石油分公司总经理申会曾透露,加氢站每公斤氢气的毛利只有十几元,每年的运营费用高达200多万,几乎都处于亏损状态。“而且在大众的认知中,氢很容易爆炸。如果要开一辆氢罐满大街跑的车,可能会有普通人适应的障碍。”从事储能研究十多年的王建辉就是其中的主要研究者之一,他利用氢气与其他物质之间的化学反应来化学储存氢气。

镍氢电池曾经是市场的主流,早年广泛用于数码相机和混合动力汽车。但很快,它的“霸权”地位被锂电池取代了。主要是因为买不起。“第一,在同等体积下,锂离子电池的能量密度几乎是镍氢电池的两倍。”王建辉说,在过去的十年里,数码相机、手机、笔记本电脑等科技产品变得越来越薄,越来越便携,功能越来越多,对电池寿命的要求也越来越高。“二是镍氢电池所需的稀土金属开采成本高,世界资源分布不均。”他记得早年日本从中国购买稀土原料,然后高价卖回中国。

科学研究从来不是一蹴而就的。在研究氢能的同时,王建辉一直关注着锂离子电池的相关研究。“锂离子电池代表了目前的主流,供应手机、汽车等小型机器;氢能代表着未来的可能性,并为卡车等大型机器提供能源——它们都是可以很好地相互补充的新型储能技术。”如何提高其能量密度,解决“活性”锂金属引起的火灾爆炸安全问题,还有待进一步研究。

在规定的时间内完成“碳中和”的任务,是全人类的一种自我拯救。这是一条迫在眉睫但漫长的路,但没有捷径。对于个人来说,从日常小事做起:非电动牙刷每天可以少排放48克二氧化碳;用烘干衣物代替滚筒烘干机,减少二氧化碳2.3公斤;下班后关掉电脑,而不是待机,以减少三分之一的二氧化碳...


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