农田强化岩石风化潜在的大规模二氧化碳去除

可在农田中部署的增强硅酸盐岩石风化(ERW)可用于大气二氧化碳(CO2)去除(CDR)，这现在是减缓人为气候变化所必需的1。增强硅酸盐岩石风化(ERW)在改善粮食和土壤安全以及减少海洋酸化2、3、4方面也可能有协同效益。在这里，我们使用集成性能建模方法对2050年进行初步技术经济评估，量化CDR潜力和成本在各国之间的变化(与一切照常的能源政策和政策相关)。在这里，我们使用集成性能建模方法对2050年进行初步的技术经济评估，量化CDR潜力和成本在各国之间的变化情况(与正常的能源政策和政策相关。美国和巴西有很大的潜力帮助实现全球平均每年0.5-20亿吨二氧化碳(CO2)的CDR目标，每吨CO2的开采成本约为80-180美元。无论未来的能源政策如何，这些目标和成本都是强劲的。在现有农田内的部署提供了调整农业和气候政策的机会。然而，成功将取决于克服政治和社会惰性来制定监管和激励框架。我们讨论了战争遗留爆炸物部署的挑战和机遇，包括使用过剩的工业硅酸盐材料(玄武岩矿山覆盖层、混凝土和钢铁矿渣)来消除对新采矿的需要，以及土壤风化速率和风化产品的陆地-海洋转移的不确定性。

有关全球作物产量和产量的数据集可在2019年12月18日访问的http://www.earthstat.org/，上获得。有关全球作物灌溉的数据集可在2019年12月18日访问的https://zenodo.org/record/1209296，上获得。有关全球降水的数据集可在2019年12月18日访问的http://www.climatologylab.org/terraclimate.html，上获得。关于全球土壤表面pH值的数据集可在2019年12月18日访问的https://daac.ornl.gov/SOILS/guides/HWSD.html，上获得。有关全球土壤温度的数据集可在2019年12月18日访问的https://esgf-node.llnl.gov/search/cmip5/，上获得。有关柴油价格的数据集可在https://data.worldbank.org/indicator/EP.PMP.DESL.CD.上获得，有关采矿成本的数据集可在http://www.infomine.com/.上获得。有关人均国民总收入的数据集，请访问https://data.worldbank.org/indicator/ny.gnp.pcap.pp.cd.。与共享的社会经济路径相关的未来国内生产总值预测的数据集可在https://tntcat.iiasa.ac.at/SspDb.上获得。本文提供了来源数据。

为这项研究开发的Matlab代码属于Leverhulme气候变化减缓中心。作者将在合理的要求下提供这些资料。

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我们感谢A·阿扎帕吉奥和J·谢泼德对早先草案的评论，并感谢与皇家学会-皇家工程院温室气体消除工作组的其他成员进行了讨论。我们感谢Leverhulme研究中心奖(RC-2015-029)为这项研究提供资金，该奖项来自Leverhulme信托基金。我们感谢L.Taylor在模型开发期间提供的建议和讨论，感谢J.Quirk教授提供的关于植物风化的数据和分析。公关承认UKRI根据英国温室气体清除计划(NE/P019943/1，NE/P019730/1)提供的资金；I.A.J.承认来自安特卫普大学研究理事会的财政支持。我们感谢世界气候研究方案负责CMIP的耦合建模工作组，并感谢气候建模小组制作和提供其模型输出。对于CMIP，美国能源部的气候模型诊断和比较计划提供协调支持，并与全球地球系统科学门户组织合作领导软件基础设施的开发。

方法部分“CDR仿真框架”和“模型进展”中提供了详细的方法。空间解析的关键驱动因素在扩展数据图中映射。8；补充表14中给出的资料来源。

结果显示，世界前七个国家(a-g)和前五个欧洲国家(h-l)按净CDR能力排名，战争遗留爆炸物部署的耕地面积不断增加。曲线描述了对BAU和2 °C能源政策场景的模拟。每个国家的灰色阴影区域表示在边界条件下具有相对缓慢和快速风化速率的玄武岩计算的90%置信区间；绿色短虚线表示相应的2 °C情景模拟的90%置信范围。

农田二氧化碳净固存速率(年度和常年合计)，四个目标全球CDR率，0.5亿吨CO2年-1，1.0亿吨CO2年-1，1.5亿吨CO2年-1和2.0亿吨CO2年-1(表1)，对于BAU(a-d)和2 °C(e-h)能源政策情景。

绩效模型、计算净CDR和环境经济模型的主要组成部分之间的相互作用。空间解析的关键驱动因素在扩展数据图中映射。9；补充表14中给出的来源。棕色阴影表示输入；蓝色阴影表示过程。

结果显示，世界上七个国家(a-g)和五个欧洲国家(h-l)的CDR最高，按CDR净容量排序，农田面积部署战争遗留爆炸物的比例不断增加。请注意欧洲国家的Y轴比例变化。无论能源政策方案如何，曲线都是相同的。

a-d，显示了在bau情景(a，b)和2 °C能源政策情景(c，d)下，世界七个国家(a，c)和五个欧洲国家(b，d)的CDR潜力最高的国家的结果。对于每个国家，从左到右，条形图是农田上部署的战争遗留爆炸物的0.25、0.5、0.75和1.0分数。在BAU情景下，磨削产生的二氧化碳排放主要是与战争遗留爆炸物相关的二次排放，法国除外，在法国，低碳核能占主导地位。在2 °C能源政策情景(c和d)下，大多数国家在2050年过渡到低碳能源并实施负排放时，二次二氧化碳排放量通常会下降。

利用性能模型对玄武岩年度施用进行了说明性的多年模拟，显示了在10年时间范围内对土壤pH、CDR(RCO2)平均效率和土壤矿物质质量的影响。拉斑玄武岩的a-c、pH、RCO2和矿物质质量分别为：a-c、pH、rCO2和矿物质质量。碱性玄武岩的D-f、pH、RCO2和矿物质质量结果(补充表1-3)。所有模拟均使用相同的p80粒度(100µm)，并在20 °C下进行。多年模拟捕捉到玄武岩矿物以不同速度溶解的影响，有些矿物在使用第一年后继续溶解并捕获CO2。这样的模拟可以计算重复应用玄武岩粉尘的平均风化速率和CDR。我们的扩展理论支持。

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