移除CO₂以尽快阻止全球变暖将是一项艰巨的任务

帮助我们更快地降低温室气体排放平衡的选择之一是积极地从大气中去除一些二氧化碳。我们的想法是，在我们的能源系统转型期间开始清除二氧化碳比试图足够快地实现我们的气候目标更便宜、更容易。显然，天下没有免费的午餐，这些想法因为它们的副作用和可行性而吸引了很多人的关注。

本周发表的三项研究详细研究了负排放的一些问题。第一个主要集中在BECCS-具有碳捕获和储存的生物能源。这是一个在技术上有吸引力的战略，包括种植生物燃料作物，燃烧它们发电，捕获从发电厂排出的二氧化碳，并将这些二氧化碳储存在某个地方(可能是深埋在地下)。发电的附加值使其看起来比许多从空气中提取类似数量的二氧化碳的方法更便宜。因此，许多设法在1.5摄氏度或2摄氏度停止变暖的排放情景依赖于大规模部署BECCS才能实现这一目标。

主要的不利因素是与粮食作物或森林争夺土地的潜在竞争。为了更清楚地了解情况，这项研究在计算BECCS的全球潜力之前，首先把预计用于种植作物的土地放在一边。他们把重点放在柳枝草和甘蔗等作物，或速生杨树等木本植物上，并假设转化为这种用途的土地上存在的植被中的任何碳在一开始就会丢失(例如，燃烧)。他们计算了BECCS以及生物柴油或乙醇等液体燃料的数据，这些燃料产生的大部分二氧化碳都是释放出来的，而不是被捕获的。

研究结果突出了细枝末节的重要性--结果因地理位置和方法的不同而有很大不同。清理一片土地种植庄稼会造成巨大的碳“债务”，在你的努力取得任何成就之前，就气候而言，这笔债务必须付清。生物燃料作物在给定的气候带和土壤类型中产量越高，偿还债务的速度就越快。正因为如此，运营(或会计)的时间跨度越长，情况就越好。在80年的时间里，大多数地区都可以通过BECCS实现碳储存“盈利”。但如果你着眼于前30年，许多网站将无法偿还最初的债务。

因此，坚持合适的地点，保持农田不受影响，BECCS能提供使1.5摄氏度变暖情景奏效所需的所有碳捕获吗？根据这项研究的模拟，不完全是，尽管它可以接近。不过，这方面的努力将是巨大的。到2100年，这些生物燃料作物将占据地球陆地面积的5-16%，这取决于我们二氧化碳排放下降的速度。到那时，BECCS发电厂的发电量将超过目前的全球总发电量。

第二项研究的重点是为飞机和航运等生产液体生物燃料。使用基于美国东部几个研究地点的生态系统建模，这项研究的目标是更精细的尺度。目标是超越一般的估计，准确地看到碳在生物燃料农田中的去向，考虑到土壤过程和生物燃料生产过程的细节。如果只是重新植树造林，这块土地会不会有更大的碳影响？

这一情景是基于为乙醇或生物燃料种植的柳枝草，时间框架为70年，最初的植被是在转换后的土地上收获的，用于能源，而不是燃烧。它还包括改进柳枝菊作物和燃料制造过程的情景，以及捕获燃料生产过程中排放的碳的可能性。

不出所料，研究发现，使用农田或以前的牧场产生的碳效益比将森林改成柳枝花农业要明显得多。但对于农田和牧场来说，即使是目前的方法也比恢复草原有更大的气候效益。另一方面，如果土地适合植树造林，那么这样做可能会超过生物燃料。不过，它在柳枝草产量和生物燃料生产效率方面引入了一些改进，而且在缓解气候变化方面优于植树造林。因此，在正确的情况下，这里有一条积极的道路。

作者写道，“虽然我们不能想当然地认为纤维素生物燃料的部署会带来气候和其他生态系统服务效益，但我们的情景说明了传统的和碳负的生物燃料系统如何在短期内对气候挑战做出强有力而独特的贡献。”

第三项研究着眼于一种完全不同的技术--从环境空气中“直接空气捕获”(DAC)二氧化碳，之后可以将其储存在地下。随着几家公司对这一工艺进行了先进的设计，甚至建造了中试工厂，DAC已经进入了看似可行的领域。它的优势是将工作集中在设施的占地面积上，而不是几英亩的耕地上。那么DAC是不是所有的捕获都没有任何副作用？

嗯，不完全是。它仍然是相当昂贵的，而且它以贪婪的土地使用换取了贪婪的能源使用。这项研究模拟了使用BECCS和森林扩张满足我们的二氧化碳清除需求而满足1.5°C变暖路径的后果，并与使用直接空气捕获进行了对比。随着BECCS等机构被允许接管农田，他们模拟了主要农作物价格相当极端的上涨，特别是在全球南部。

直接空气捕获不会导致这个问题，但这两种情况下的用水量实际上是相似的。DAC过程所需的热量-由天然气提供，并在一些飞行员捕获排放的二氧化碳-可能相当于目前天然气产量的三分之二或更多。

但是，即使在这项年轻技术的当前状态下，经济模型也表明，DAC可以发挥重要作用，到2035年消除足够的二氧化碳，相当于目前排放量的7%，如果我们愿意走这条路的话。

这项研究的作者强调了一个适用于所有三个国家的外卖信息：“这些结果将突出表明，积极的全球缓解行动的拖延极大地增加了对DAC实现气候目标的要求，并相应地增加了能源和水的影响。”我们越早开始减排，对这些碳去除技术的需求就越少，从而使我们能够将随之而来的权衡规模降至最低。