為了阻止全球升溫幅度超過1.5℃，世界各國需要在2100年之前從大氣中清除1500億～10000億噸二氧化碳，這是一項(xiàng)極其艱巨的任務(wù)。

理查德·康尼夫 （Richard Conniff）

不久前，人們認(rèn)為只需減少溫室氣體排放，就能避免由全球氣候變暖引發(fā)的災(zāi)難。如今看來，即使到2050年將全球年凈排放量削減為零也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

德國墨卡托全球公共事務(wù)與氣候變化研究所的揚(yáng)·C·明克斯（Jan C. Minx）在2018年開展的一項(xiàng)研究表明，為了實(shí)現(xiàn)改善氣候的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的二氧化碳負(fù)排放已經(jīng)成為一項(xiàng)“生物物理”需求。早在2016年，為應(yīng)對(duì)氣候變化，全球幾乎每個(gè)國家在簽署的《巴黎協(xié)議》（Paris Agreement）中都同意，將氣溫的升高幅度限制在1.5℃的范圍以內(nèi)（比極限值升高2℃的要求更嚴(yán)格一些）。明克斯和合作者在《環(huán)境研究快報(bào)》（Environmental Research Letters）上警告說，找出如何實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的方法，已經(jīng)成為了一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)。大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，只有將氣溫上升幅度限制在1.5℃以內(nèi)，才能維持我們熟悉的生活方式。如今全球平均氣溫已比工業(yè)化之前高出約1℃。而且，（最近數(shù)十年內(nèi)）氣溫每十年會(huì)升高0.2℃。在2018年10月的一份特別報(bào)告中，政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）警告說，如果要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，我們只有12年的時(shí)間來采取行動(dòng)。

要將氣溫的升幅保持在1.5℃以下，需要制定具體的“碳預(yù)算”（carbon budget）。只有當(dāng)我們向大氣中排放的二氧化碳總量低于此預(yù)算值時(shí)，氣溫才不會(huì)突破極限值。明克斯和合作者表示，目前，全球每年二氧化碳排放量為400億～500億噸，如果繼續(xù)以該趨勢(shì)發(fā)展，5年后大氣中的二氧化碳總量就足以使氣溫升幅突破1.5℃大關(guān)。因此，每當(dāng)人類向大氣中排放一噸二氧化碳時(shí)，就必須從大氣中清除一噸二氧化碳。明克斯的研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，全球各國需要在2100年之前從大氣中清除1500億～10000億噸二氧化碳，即每年大約清除20億～160億噸。如果這項(xiàng)措施從2050年開始，則在本世紀(jì)末每年需要清除的二氧化碳量將陡增。

明克斯和他的團(tuán)隊(duì)指出，為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，我們必須在11年之后，也就是從2030年開始，每年修建數(shù)百座二氧化碳捕集裝置，包括從大氣中捕集二氧化碳的大型機(jī)械設(shè)備，或者修建利用木材發(fā)電的生物能源發(fā)電廠。這些生物能源發(fā)電廠使用輪流種植的樹木作為燃料，通過設(shè)備捕集排放出的二氧化碳，并將其注入地層深處進(jìn)行永久封存。其他簡單的技術(shù)手段包括恢復(fù)被砍伐的森林、擴(kuò)大已有森林的覆蓋范圍、改善農(nóng)田和牧場(chǎng)土壤質(zhì)量來增加二氧化碳的吸收量，以及將特定巖石粉碎后固定二氧化碳。

但是，大多數(shù)高科技碳捕集技術(shù)的研發(fā)目前仍處于起步階段，需要龐大的資金投入，同時(shí)伴隨著巨大的失敗風(fēng)險(xiǎn)和顯著的副作用，比如需要占用種植糧食的農(nóng)田、野生動(dòng)物生存的棲息地等。

如今，開展大規(guī)模的碳捕集似乎是我們唯一的出路。2017年，美國華盛頓大學(xué)的數(shù)據(jù)學(xué)家安德里安·E·拉夫特利（Adrian E. Raftery）與合作者在《自然·氣候變化》（Nature Climate Change）上撰文稱，他們發(fā)現(xiàn)如果不采用碳捕集技術(shù)，按照目前（碳排放）的趨勢(shì)，到本世紀(jì)末全球氣溫將上升3.2℃，升溫幅度為2.0~4.9℃。隨后在發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上的一項(xiàng)研究中，美國得州農(nóng)工大學(xué)（Texas A&M）的氣候科學(xué)家Yangyang Xu與一位同事把超過3℃的氣候變暖稱為“災(zāi)難性的”，而超過5℃的氣候變暖將會(huì)“對(duì)大多數(shù)人的生存構(gòu)成威脅”。

讓我們假設(shè)人類在本世紀(jì)內(nèi)必須完成共10000億噸的二氧化碳負(fù)排放量，那么在2050-2100年期間，平均每年的負(fù)排放量應(yīng)為200億噸。接下來，我們要考慮的問題是，每一種捕集二氧化碳的方法能捕集多少二氧化碳？成本是多少？由于各種方法在某些資源（如土地）的使用上存在競(jìng)爭關(guān)系，什么樣的組合策略是最優(yōu)選擇？我們能否說服各國政府，在大幅削減二氧化碳排放量的同時(shí)，還要完成負(fù)排放的目標(biāo)？

從空氣中捕集二氧化碳

在冰島，雷克雅未克市（Reykjavik，Iceland）郊外的丘陵地帶，有一處由卵石和苔蘚構(gòu)成的堅(jiān)硬熔巖區(qū)。在那里，有一臺(tái)大小相當(dāng)于單車位車庫的機(jī)器，通過化學(xué)過濾器將空氣中的二氧化碳提取出來。這臺(tái)機(jī)器利用周圍一家地?zé)岚l(fā)電廠的余熱作為動(dòng)力，將提取出的二氧化碳泵入七百多米深的地層中，使其與玄武巖發(fā)生反應(yīng)，變成固體礦物。據(jù)瑞士新創(chuàng)公司Climeworks稱，這是全球首個(gè)直接從空氣中捕集二氧化碳并進(jìn)行儲(chǔ)存的設(shè)備，每年可封存50噸二氧化碳。

直接從空氣中捕集并儲(chǔ)存二氧化碳可能是實(shí)現(xiàn)負(fù)排放最直接的途徑：利用大量的風(fēng)扇從空中捕捉二氧化碳并將其埋存。根據(jù)科學(xué)家推測(cè)，到本世紀(jì)末時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)每年可清除100億至150億噸二氧化碳；也有一些專家認(rèn)為可能達(dá)到350億或400億噸。面對(duì)如此誘人的前景，許多氣候科學(xué)家擔(dān)心這可能會(huì)引發(fā)道德風(fēng)險(xiǎn)：人們可能寄希望于在未來通過技術(shù)拯救溫室效應(yīng)，從而罔顧當(dāng)前的化石燃料減排計(jì)劃。

更理智的結(jié)論來源于更透徹、詳細(xì)的論證。2018年，發(fā)表在《環(huán)境研究快報(bào)》上的另一項(xiàng)研究中，墨卡托全球公共事務(wù)與氣候變化研究所的薩賓·福斯（Sabine Fuss）和同事們圍繞成本、副作用、環(huán)境可持續(xù)性和其他因素，對(duì)七種主要的碳捕集技術(shù)的潛力進(jìn)行了預(yù)估。福斯和合作者認(rèn)為，到2050年，空氣直接捕集技術(shù)每年清除二氧化碳的潛力只有5億~50億噸——到本世紀(jì)末的清除總量僅為250億~2500億噸，且每噸二氧化碳的清除成本高達(dá)100~300美元。要知道，目前每輛汽車每年通常就會(huì)排放4.6噸二氧化碳。

世界資源研究所（World Resources Institute）糧食、森林與水項(xiàng)目部的詹姆斯·S·馬利根（James S. Mulligan）坦言，“從空氣中捕集二氧化碳的策略的確不是‘靈丹妙藥。它不是萬全之策，而是權(quán)宜之計(jì)，但我們需要它?！币恍┭芯咳藛T聲稱，可以將捕集成本控制在每噸100美元以下。如果碳捕集技術(shù)的成本下降速度與太陽能電池一樣——早在20世紀(jì)50年代，太陽能設(shè)備就開始給衛(wèi)星供電，但在時(shí)隔六十多年之后的今天，太陽能才實(shí)現(xiàn)真正的商業(yè)化普及，那在明克斯看來，“這可能就來不及了。”

此外，直接從空氣中捕集二氧化碳還會(huì)消耗大量能源。美國伍斯特理工學(xué)院（WPI）化學(xué)工程系的詹妮弗·科克斯（Jennifer Wilcox）表示，“每年捕集100萬噸二氧化碳，就需要一座300~500兆瓦規(guī)模的發(fā)電廠來供電。”如果采用燃煤電廠供電，那它所產(chǎn)生的二氧化碳排放量將超過捕集量。而如果電力來自太陽能或風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，將占用約5200~7700平方千米用于農(nóng)業(yè)或自然保護(hù)的土地。而與每年200億噸的目標(biāo)相比，100萬噸的碳捕集量幾乎不值一提。

從現(xiàn)在開始建造這樣的工廠，或許可以積累經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，對(duì)于在本世紀(jì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；透咝У奶疾都S至關(guān)重要。但是，“現(xiàn)在就想建造出每年可從空氣中直接捕集2000萬噸二氧化碳的捕集系統(tǒng)，基本上是在浪費(fèi)錢?！泵绹鴦趥愃埂だＤ枃覍?shí)驗(yàn)室能源項(xiàng)目部的首席科學(xué)家羅杰·安尼斯（Roger Aines）這樣說道，“而且，這會(huì)消耗大量的太陽能和風(fēng)能，如果你有那么多的太陽能和風(fēng)能，最好的辦法是將其接入電網(wǎng)，然后關(guān)閉一座燃煤電廠?！蹦壳?，減少碳排放仍然是最佳選擇。

資金難題

根據(jù)福斯在研究中提供的各種碳捕集技術(shù)的潛力，我們?cè)?100年前最少可捕集1500億，最多10000億噸以上的二氧化碳。從樂觀的估計(jì)來看，問題似乎解決了。不幸的是，各種技術(shù)之間存在競(jìng)爭與沖突，我們不能簡單地將它們可能捕集的二氧化碳數(shù)量加起來。福斯指出，我們需要做的是對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，合理利用有利的競(jìng)爭關(guān)系。例如，在實(shí)施風(fēng)化增強(qiáng)技術(shù)的土地上，還可同時(shí)種植燃料植物，為BECCS技術(shù)提供支持。

一些科學(xué)家認(rèn)為，所有這些技術(shù)還需要在研發(fā)上進(jìn)行大規(guī)模投資。勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的安尼斯坦言：“這將是一場(chǎng)漫長而艱難的戰(zhàn)斗?！钡捎谶^去的一些類似投資慘遭失敗，而且害怕變成“挑選贏家”（picking winner），各國政府一直不愿意為負(fù)排放技術(shù)埋單。例如，美國能源部在 “清潔煤”發(fā)電的碳捕集項(xiàng)目上投入了巨額資金，但幾乎未見成效。美國南方公司（Southern Company）在耗費(fèi)75億美元后，于2017年放棄了在密西西比州肯珀縣修建清潔煤電廠的新一輪嘗試，改建了天然氣電廠。

既然碳排放相當(dāng)于向大氣中傾倒垃圾，那么可以通過征收二氧化碳排放稅的方式，避免大家陷入“挑選贏家”的窘境。這樣可以創(chuàng)造一種市場(chǎng)促進(jìn)機(jī)制，既督促了現(xiàn)在的減排措施，又可以讓世界各國陸續(xù)對(duì)之前的碳排放進(jìn)行補(bǔ)償。目前，英國已實(shí)施一項(xiàng)主要針對(duì)化石燃料發(fā)電廠的稅法，以大約25美元每噸碳的價(jià)格征收碳排放稅。在2015~2016年間，英國的煤炭排放量削減了一半。然而，大多數(shù)政府都認(rèn)為這項(xiàng)稅法對(duì)于依賴化石燃料的經(jīng)濟(jì)體制過于不利，故而對(duì)其避而不談。

除少數(shù)情況外，絕大部分企業(yè)也不愿投資二氧化碳捕集技術(shù)，因?yàn)榈侥壳盀橹?，他們并未看到這項(xiàng)技術(shù)的市場(chǎng)前景。對(duì)于企業(yè)來說，氣候治理是一項(xiàng)公益事業(yè)，無法從中獲利。不過，情況可能正在發(fā)生變化。2018年初，美國國會(huì)批準(zhǔn)了一系列出乎意料的稅收激勵(lì)方案。一項(xiàng)名為45Q的法案大幅提高了企業(yè)未來12年可以申請(qǐng)的稅收抵免額度。企業(yè)可通過進(jìn)行二氧化碳的捕獲和封存或者以各種方式使用捕捉后的二氧化碳，從而獲得每噸二氧化碳高達(dá)50美元的稅收抵免。

其中，二氧化碳最具爭議的用途是“提高原油采收率”。石油公司將購買的二氧化碳通過管道注入枯竭的油井中，從而把傳統(tǒng)方法無法開采的石油從油井中替換出來。這一解決方案聽上去有點(diǎn)奧威爾式（Orwellian）的諷刺意味，因?yàn)檫@意味著促進(jìn)了更多的化石燃料的生產(chǎn)。一些環(huán)保人士認(rèn)為，45Q法案只不過是另一個(gè)經(jīng)過偽裝的化石燃料補(bǔ)貼政策，并對(duì)其進(jìn)行了抨擊。不過，在石油開采中使用天然氣或乙醇精煉廠排出的二氧化碳，并將其封存于地下，似乎的確可以減少目前的碳排放量。凈化空氣任務(wù)組織（Clean Air Task Force）的庫爾特·瓦爾策（Kurt Waltzer）也是一位環(huán)保主義者，他認(rèn)為，將二氧化碳捕集從一種排放技術(shù)轉(zhuǎn)化為一種能源技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化推廣的第一步。而使捕獲的二氧化碳從待處理的廢物變?yōu)橐环N可以買賣的產(chǎn)品，可能是最終實(shí)現(xiàn)二氧化碳負(fù)排放的關(guān)鍵。

必須開始行動(dòng)了

碳捕集技術(shù)、稅收和市場(chǎng)的組合與協(xié)作，能讓我們?cè)?100年完成清除1萬億噸二氧化碳的目標(biāo)嗎？2018年酷熱的夏季可能是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這個(gè)夏天，美國西部就像著了火一般。四大洲的人們都遭遇了極端的熱浪侵襲。僅在一周內(nèi)，日本就有數(shù)千名中暑患者被送往醫(yī)院。氣候科學(xué)家們放棄了之前謹(jǐn)慎的措辭，在《美國科學(xué)院院刊》上警告說，進(jìn)一步的氣候變暖有可能將地球變成一個(gè)“溫室地球……很可能會(huì)失控，危及很多人的安全”。德國波茨坦氣候影響研究所名譽(yù)退休所長、資深作家漢斯·約阿希姆·舍恩胡貝爾（Hans Joachim Schellnhuber）告訴記者，如果這些情況仍不能引起重視，隨后的連鎖效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致地球環(huán)境再也無法滿足全球75億人的生存需求，而僅能養(yǎng)活10億人。

盡管大量證據(jù)表明，氣候變化的形勢(shì)已經(jīng)非常嚴(yán)峻，而且未來將會(huì)更加嚴(yán)峻。但事到如今，美國仍有一些政府官員認(rèn)為氣候變化似乎并非事實(shí)。而令人不安的是，即使對(duì)科學(xué)家自己來說，二氧化碳負(fù)排放技術(shù)中也有很多事情似乎是不確定的。美國弗吉尼亞大學(xué)生態(tài)學(xué)家斯蒂芬妮·羅伊（Stephanie Roe）在談到土壤固定碳技術(shù)時(shí)說：“每個(gè)人都在討論土壤類型、地理位置、降雨和氣溫情況會(huì)如何影響負(fù)排放技術(shù)的效果?！?/p>

研究人員還在討論，哪一種技術(shù)有可能規(guī)?；?，從而完成每年數(shù)十億噸的碳捕集量，更別奢望所有技術(shù)都能如此了。美國明尼阿波利斯州大平原研究所（Great Plains Institute）的布倫丹·喬丹（Brendan Jordan）表示：“我們可能花了太多的時(shí)間來討論這些技術(shù)能實(shí)現(xiàn)多大規(guī)模的負(fù)排放。我擔(dān)心這會(huì)使我們停滯不前，而這樣帶來的后果我們卻承受不起?！睋Q言之，盡管存在不確定性，我們?nèi)孕枰⒖讨珠_始實(shí)施負(fù)排放技術(shù)。我們正與氣候變化玩著“搶椅子游戲”，當(dāng)音樂停止時(shí)，可能有65億人沒有位子坐下。與這種情況相比，負(fù)排放技術(shù)的不確定性就顯得微不足道了。

（Scientific American中文版《環(huán)球科學(xué)》授權(quán)南方周末發(fā)表，林然翻譯，本文有刪節(jié)）