气候

为基于海洋的二氧化碳清除技术寻路

最近来自美国的两份报告深入探讨了改造海洋来应对气候危机的现实问题。
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<p>提高浮游生物丰度和种植海带林是海洋二氧化碳清除的两种方法,但关于它们是否可行以及推广它们应遵循何种行为准则仍存在疑问。图片来源:Daniel Poloha / Alamy</p>

提高浮游生物丰度和种植海带林是海洋二氧化碳清除的两种方法,但关于它们是否可行以及推广它们应遵循何种行为准则仍存在疑问。图片来源:Daniel Poloha / Alamy

现在人们普遍认识到,为了避免灾难性的气候变化,我们需要清除大气中的二氧化碳。但实现这一目标所需的技术,即统称为二氧化碳清除(carbon dioxide removal, 简称“CDR”)的技术仍处于起步阶段,且面临着资金不足、基本上缺乏监管的局面。最近有两项进展旨在为这些面临争议的方法在海洋中开展测试扫清道路。

2021年12月的第一周,美国国家科学、工程和医学研究院(NASEM)发布了一份外界期待已久的报告,对基于海洋的二氧化碳清除法的可行性和成本进行了评估。同一周,国际非营利组织阿斯彭研究所(Aspen Institute)发布的另一份报告,呼吁为此类方法制定行为准则。

虽然之前的报告,包括NASEM在2018年的一份报告,已经评估了气候干预的选项,但它这份由美国气候工作基金会(ClimateWorks)资助开展的新分析则专门详细研究了基于海洋的二氧化碳清除技术,重点研究了被认为最有前途的六项技术。这些选项包括从恢复海带森林,到给海水通电来提高海洋的天然碳存储能力。

“这份报告是一幅关于这些不同技术的知识现状,以及我们在决定是否部署这些技术之前需要做些什么的整体画面。”两份报告的作者、纽约哥伦比亚大学法学院环境法专家罗曼尼·韦伯(Romany Webb)说。

与之相似,阿斯彭研究所的报告为那些对海洋二氧化碳清除技术感兴趣的参与者——无论是科学家还是企业家——提供了具体指导,并呼吁制定一套对环境和社会负责的行为准则。NASEM报告作者大卫·科威克(David Koweek)称这两份报告能够“很好地互补”,阿斯彭的报告展现了NASEM所呼吁的道德的、负责任的二氧化碳清除研究在实践中是什么样子。两份报告虽然都没有提倡气候干预,但两者都被视为是通过改变海洋来应对气候危机相关讨论中的一次“换挡”。

海洋作为碳汇 

为了控制升温不超过1.5摄氏度——高于这一阈值将导致珊瑚礁和低洼岛国消失以及其他一些不利后果——需要在2030年之前大幅减少排放。本世纪中叶以后,每年需从大气中清除10亿吨碳。这些是联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在2018年一项具有里程碑意义的分析中得出的结论。尽管如此,此后全球几乎没有采取行动大规模发展二氧化碳清除技术。在陆地上植树造林和开发生物能结合碳捕获与封存技术(BECCS)被认为会与粮食安全相冲突,并可能加剧森林砍伐

Scientists onboard icebreaker ship recovering a sediment trap from the ocean
极星号破冰船上的研究人员正在收回投放到南极威德尔海深处的沉积物收集器。这项研究的目的是为了更深入地了解海洋作为长期碳汇的角色,及其在缓解气候变化方面发挥的作用。图片来源:Izzet Noyan Yilmaz / Alamy

海上的领土冲突比较少。海洋每年封存数十亿吨二氧化碳,相当于全球年排放量的约25%。理论上讲,想办法让海洋多吸收一些碳并长期储存,可以避免最糟糕的气候变化。“最近的报告有利于纠正之前盛行的陆地中心论,”海洋化学家、二氧化碳清除初创公司Planetary Hydrogen联合创始人格雷格·拉乌(Greg Rau)说。他没有参与上述两份报告的撰写。

但基于海洋的干预措施也有过争议。早期有一些企业家曾试图通过向海洋中投放铁来提高其吸收二氧化碳的能力,并将封存的碳作为可交易信用额出售。这当中最著名的当属拉斯·乔治(Russ George)曾先后在2007年和2012年向海水中投放铁。国际社会,尤其是联合国生物多样性公约和国际海事组织对此表示强烈抗议,并呼吁暂停商业海洋肥化。这导致海洋二氧化碳清除研究停滞了至少十年,期间几乎没有研究资金,实地试验也很少。然而,随着温室气体排放持续增加,这一技术再次引起人们的兴趣,专家们热切希望这一次能以负责任的方式开展研究。

虽然提高海洋的储碳能力有很多办法,但NASEM报告重点讨论的是那些被认为是最有前途的方法,包括:向海洋中投放铁等营养物质,促进浮游生物生长;改变海洋的物理输送过程,从而增加海面营养物质并将碳带入海洋深处;大规模繁殖海草;恢复海带林等海洋生态系统;向海洋中大量添加石灰等能够吸收碳的矿物质;给海水通电,提高海洋的碱性和碳吸收能力。

给现实标个价

海洋二氧化碳清除技术要想成功得到推广,研究者首先需要在实验室和实地环境中对这些方法进行测试。NASEM报告把成本细化到了每个阶段,其中成本最高的阶段是开展示范规模的实地试验。如果以现有的研究为参考,那么10年内每年需要大约2500万美元。此外,一些方法还需要通过实验室测试来对方法进行优化,这每年需要大约1800万美元。报告还估计每年花在计算机建模和研究治理以及股权等问题的成本分别大约为500万美元和400万美元。能源期货倡议(Energy Futures Initiative)2020年发布的另一份报告估算美国在二氧化碳清除的研发和示范方面需要25亿美元的预算。

“这两项独立的评估表明,我们或许要在未来十年投入数十亿美元的资金,”科威克说。二氧化碳清除将与脱碳、气候适应等其他应对气候危机的战略争夺政府资金。相比之下,2021年美国应对气候变化的全部预算为220亿美元。

除了寻找研发资金,研究者还需克服其他障碍。任何形式的海洋干预都面临的一个主要问题就是环境责任:一旦国际水域受到负面影响,谁来负责?跨界影响怎么办,管辖权重合怎么办,部署在一国水域的技术对下游产生影响又该如何?例如,铁肥可能不只会影响测试地点的生物生产力,也会影响到其他地方。这么做会改变水中浮游生物的数量或类型,会导致有害、有毒的水华,或者非本地物种进入其他国家的水域。

Blooming brown and green plankton on sea surface
波罗的海棕色和绿色的浮游生物水华。施用铁肥刺激浮游植物生长是一种拟议中的海洋二氧化碳清除方法,但这也可能导致有害水华扩散。图片来源:Alamy

“超出授权国海洋边界或者在国际水域进行二氧化碳清除引发的负面影响,都会带来国际影响。但好处也是如此,”拉乌说。“国家和国际层面的治理都是必需的。”

对拉斯·乔治这种想要出售二氧化碳清除计划信用额的商业参与者来说,如何验证他们所说的碳封存效果是一个关键问题。阿斯彭研究所推荐的准则之一是,所有项目必须估计可能清除的二氧化碳量,以及如何对其进行独立验证。“我们可以创建一个框架,确保有效地进行公开意见征询,以及公众对项目设计的参与。我们该如何支付费用?”哥大法学院的韦伯问。“我们是否会建立某种碳信用框架?这对碳清除的监测和验证意味着什么?”她说。“从科学方面、以及我们需要为这些相关问题提供哪些支持方面,都还有很多工作要做。”

另一个问题在于包容性。气候干预作为研究领域,几乎完全是富裕国家的天下,开展研究的通常都是年长的白人男性。阿斯彭研究所制定指导方针时广泛征求了各类利益相关者的意见。“他们做出了巨大的努力……来涵盖不同的声音,让更多国家和不同领域的代表参与进来——例如渔业可能会受到其中一些方法的严重影响,”韦伯说。

鉴于全球有3亿人口以渔业为生,且其中90%为贫困国家的手工渔业从业者。“对大规模部署这类技术进行监管应具有全球包容性,”位于伦敦的国际环境与发展研究所(International Institute for Environment and Development)负责人安德鲁∙诺顿(Andrew Norton)表示。他还指出,一些低技术办法,比如修复海带森林,可以为发展中国家的贫困社区带来就业。他说,问题不是“什么热门?”,而是 “潜力如何?”

“阿斯彭的行为准则想做的是大力鼓励研究人员,无论是科学家还是从业者,不仅要思考科学和技术方面的问题……还要考虑社会影响以及证据的重要性,”塔斯马尼亚大学气候治理专家克里恩·布伦特(Kerryn Brent)说。

目前这些技术都还不够成熟,不能投入部署,还需要进一步研究。“虽然其中一些技术比其他更先进,但都还没有达到投入使用的程度,”韦伯说。

“这是另一条希望之路,”科威克说。“我们需要找到办法去思考并知道未来会比现在更好。这两份报告是这种努力的一小步。”

(Chelsea Noack对本文亦有贡献。)

翻译:YAN