吳曉江

“藍(lán)色碳匯”“綠色碳匯”，還有“碳捕獲和儲(chǔ)存”工程，哪一個(gè)能解決CO2的出路問(wèn)題？

從享用貝類(lèi)海鮮話說(shuō)“海洋碳匯”

“如果你酷愛(ài)食用貝類(lèi)海鮮，那么在享受美食的同時(shí)，你可能正在為低碳事業(yè)做出貢獻(xiàn)。”2011年在滬舉行的“低碳之道”環(huán)保沙龍上，有專(zhuān)家告訴公眾：在海洋生物大家族中，貝類(lèi)、藻類(lèi)看來(lái)不起眼，其實(shí)它們是擁有強(qiáng)大“捕碳、固碳”能力的“高手”。

覆蓋地球表面71%面積的海洋，是大量吸收人類(lèi)活動(dòng)排放的二氧化碳、減緩氣候變暖的頭等“功臣”。人類(lèi)燃燒礦物燃料向大氣每年排放百億噸的碳，其中約三分之一被海洋吸收，陸地生態(tài)系統(tǒng)僅吸收約五分之一。海洋中浮游生物、海藻、貝類(lèi)、海草、鹽沼植物和紅樹(shù)林等生物碳捕獲、碳匯集的數(shù)量超過(guò)陸地生物。有數(shù)據(jù)顯示，地球上生物約55%的碳捕獲是由海洋生物完成的。單位面積海域中生物固碳量是森林的10倍，是草原的290倍。

人工大規(guī)模養(yǎng)殖貝類(lèi)、藻類(lèi)，明顯有利于淺海區(qū)域的碳捕獲。尤其是貝類(lèi)，其吸收的碳有相當(dāng)一部分被固化在貝殼里，很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)重新回到大氣中。收獲一批貝類(lèi)后，還可以繼續(xù)養(yǎng)殖新一批貝類(lèi)，繼續(xù)“吸碳”，從而減少大氣中的碳總量。1999年到2008年間，通過(guò)收獲養(yǎng)殖貝類(lèi)，我國(guó)每年從近海移出的碳量為70萬(wàn)到99萬(wàn)噸，其中67萬(wàn)噸碳以貝殼的形式長(zhǎng)期封存。 據(jù)此，有專(zhuān)家認(rèn)為海洋能夠成為一個(gè)巨大的固碳容器，通過(guò)發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)生產(chǎn)促進(jìn)海洋生物吸收海水中的二氧化碳，發(fā)展“碳匯漁業(yè)”。

“藍(lán)碳”美景面臨碳排放帶來(lái)的雙重困境

“海洋碳匯”，其實(shí)就是國(guó)際科學(xué)界所稱的“藍(lán)色碳匯”或“藍(lán)碳”——藍(lán)色大海中的碳捕獲和碳儲(chǔ)存。然而，人們向往的“藍(lán)碳”美景近年來(lái)遭遇碳排放過(guò)度帶來(lái)海洋生態(tài)退化的雙重困境。

第一重困境是海洋酸化日趨嚴(yán)重，海洋生物深受威脅。

最近，國(guó)際海洋現(xiàn)狀計(jì)劃和國(guó)際自然保護(hù)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的報(bào)告令人震驚：由人類(lèi)燃燒礦物燃料每年釋放的二氧化碳約達(dá)300億噸，這至少是大約5500萬(wàn)年前地球上一次大規(guī)模物種滅絕之前的碳排放速度的10倍。海洋作為天然的二氧化碳儲(chǔ)存庫(kù)，其容量是有限的，而且吸收的二氧化碳與海水反應(yīng)后會(huì)形成碳酸，使本來(lái)偏堿性的海水不斷酸化。科學(xué)家測(cè)算，至2012年海水的酸度已經(jīng)比工業(yè)化初期的1800年提高了30%，并且現(xiàn)在仍以每小時(shí)約100萬(wàn)噸的速度吸收著。如果過(guò)量碳排放趨勢(shì)延續(xù)下去，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末海水酸度將比1800年高150%。該報(bào)告警示，目前海洋酸化程度至少是3億年以來(lái)絕無(wú)僅有的。海洋酸化使海水中碳酸鈣含量不斷降低，而碳酸鈣則是貝類(lèi)、甲殼類(lèi)海洋生物吸收用以生長(zhǎng)外殼、珊瑚制造骨骼的原料。日益酸化的海水使以鈣元素為主的貝殼面臨著巨大威脅。五年多前，英國(guó)南極考察隊(duì)就發(fā)現(xiàn)南冰洋部分海域中貝類(lèi)生物出現(xiàn)貝殼溶解現(xiàn)象。珊瑚在酸化海水中不但難以生長(zhǎng)，而且易遭溶解。目前世界20%的珊瑚礁已被嚴(yán)重破壞。海水酸化已干擾了海洋甲殼類(lèi)磷蝦卵孵化的能力。

近期國(guó)外海洋生物學(xué)家測(cè)試高濃度二氧化碳海水中珊瑚礁魚(yú)類(lèi)行為，發(fā)現(xiàn)它們的中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重混亂，聽(tīng)覺(jué)和嗅覺(jué)變差，躲避天敵的能力變?nèi)?。諸如小丑魚(yú)和少女魚(yú)的幼魚(yú)嗅覺(jué)下降，很難找到珊瑚礁或聞到天敵的氣味。聽(tīng)覺(jué)變?nèi)醯聂~(yú)極易成為天敵的口中美餐。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)在酸度高的海洋環(huán)境中，烏賊的孵化速度變慢。尚未完成孵化的小烏賊沒(méi)有任何防御能力，易被天敵吃掉。即使它們完成孵化后，體型比在正常海水中生活的烏賊小，易受捕食者傷害。

第二重困境是海水含氧量下降，“海域死區(qū)”猛增。

海洋作為減緩全球氣候變暖步伐的頭等“功臣”，還在于它吸收了90%以上因溫室氣體排放而困于地表的熱量。但這一功勞的代價(jià)卻是隨著海洋上層水溫升高，海水溶氧量降低。魚(yú)類(lèi)在升溫的海洋中代謝率會(huì)加快，需求更多的氧。而升溫的海水中含氧減少，影響魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)。加拿大海洋研究團(tuán)隊(duì)考察了世界各海域600多種魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)和分布狀況，發(fā)現(xiàn)不少魚(yú)類(lèi)體型縮小與海水溫度上升存在密切關(guān)系。他們用計(jì)算機(jī)模型預(yù)測(cè)，如溫度持續(xù)上升，到2050年魚(yú)類(lèi)體型將縮小14%～24%。英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，由于水比空氣的含氧量低，在同等升溫狀況下，相比陸地動(dòng)物，海洋動(dòng)物更難獲得充足的氧氣?？茖W(xué)家比較了不同溫度條件下百余種陸地動(dòng)物和海洋動(dòng)物成年體，發(fā)現(xiàn)每升高1攝氏度，海洋動(dòng)物體型縮小5%，而陸地動(dòng)物體型僅縮小0.5%，兩者縮小比率相差10倍。

近年來(lái)，海藻成為人們心目中“海洋碳匯”的理想主角之一。不錯(cuò)，海藻在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)通過(guò)光合作用吸收二氧化碳放出氧氣，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，以碳水化合物和油脂形態(tài)儲(chǔ)存起來(lái)，成為可供開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)能。如海藻纖維素可制成乙醇燃料，海藻油可以提煉成生物柴油。然而，凡事都有個(gè)限度。二氧化碳排放增量過(guò)度，海溫升高過(guò)快，促使海藻大量瘋狂生長(zhǎng)和繁殖，爾后又不斷死亡，沉入海底并腐敗，成為海底泥潭中細(xì)菌豐富的食物來(lái)源。細(xì)菌在分解這些海藻時(shí)會(huì)大量消耗水中的氧氣。而海藻生長(zhǎng)中產(chǎn)生的氧氣比細(xì)菌消耗的氧氣少得多。再因氣候變暖加劇暴雨洪澇災(zāi)害，更多的農(nóng)田肥料被沖刷入海中，促使浮游生物大量生長(zhǎng)，進(jìn)而引發(fā)海底細(xì)菌分解浮游生物腐敗物，大量消耗水中氧氣。海水含氧量減少使魚(yú)類(lèi)等海洋生物無(wú)法生存，形成“海洋死區(qū)”。據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的海洋調(diào)查報(bào)告，最近十年全球海洋中這樣的“死區(qū)”面積翻了一番，死區(qū)數(shù)量超過(guò)400個(gè)。

“藍(lán)碳”之外，碳匯出路何在

“藍(lán)碳”困境逼促我們加快減碳、低碳的行動(dòng)步伐。加緊改變我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的“高碳”狀況是當(dāng)務(wù)之急。目前我國(guó)使用礦物燃料占能源消費(fèi)總量的90.9%，其中碳排放量最大的燃煤占68.5%（年耗煤36億噸，遠(yuǎn)超過(guò)北美、歐洲和前蘇聯(lián)地區(qū)年耗煤總量的19.8億噸），而同等熱值比煤減排一半二氧化碳的天然氣僅占4.7%。非礦物能源只占9.1%，其中核電為0.8%，水力發(fā)電為7.1%，太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生清潔能源只有1.2%。我國(guó)政府承諾到2020年比2005年二氧化碳排放量下降40%～50%，非礦物能源上升到15%。然而，應(yīng)看到非礦物能源中核電發(fā)展受核燃料供應(yīng)、核安全等不確定因素制約，水電建設(shè)受干旱天氣、流域生態(tài)破壞和移民困難的制約，積極開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生清潔能源是大勢(shì)所趨。令人憂慮的是，我國(guó)到2020年礦物能源比重仍占85%，如此比重的碳基燃料所排放的巨量二氧化碳如何處置？

你也許會(huì)說(shuō)，擴(kuò)大植樹(shù)造林，發(fā)展“綠色碳匯”是解決“藍(lán)碳”困境的好出路。不錯(cuò)，我國(guó)早已規(guī)劃到2020年完成造林4000萬(wàn)公頃，而且鼓勵(lì)生產(chǎn)礦物能源的大企業(yè)捐資數(shù)億元營(yíng)造“碳匯林”。然而，你別忽略除了海洋、森林兩大“碳庫(kù)”之外，還有第三大“碳庫(kù)”——濕地。全球濕地面積有514萬(wàn)平方公里，雖然僅占地球表面的6%，卻生存著地球上20%的物種。我國(guó)有記載的濕地植物達(dá)2760余種。濕地吸收碳的能力超過(guò)森林，碳儲(chǔ)量約為770億噸，占陸地生物圈碳元素的35%。保護(hù)和恢復(fù)濕地就是低成本實(shí)現(xiàn)“綠色碳匯”的途徑。

“綠色碳匯”的更深意義在于讓碳匯植物成為開(kāi)發(fā)綠色新能源的原料庫(kù)。上海張江高科技園區(qū)眾偉生化科技公司在外省不宜種糧食的鹽堿地、荒地種植纖維素含量高的麻類(lèi)植物，既擴(kuò)大了“綠色碳匯”，又可將麻類(lèi)植物纖維素?zé)捴瞥汕鍧嵉摹吧锲汀薄掖既剂稀?/p>

無(wú)疑，火電廠和鋼鐵、水泥等制造業(yè)燃煤大量集中排放的二氧化碳，僅靠林地、濕地植物吸收是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。目前國(guó)內(nèi)外正開(kāi)展“碳捕獲和儲(chǔ)存”工程建設(shè)，將收集的二氧化碳輸入采空的油氣田、廢棄的煤田地下封存。有趣的是，碳封存與油田二三次開(kāi)采可以一舉兩得。當(dāng)二氧化碳被200個(gè)大氣壓注入油田千米深處，原本黏稠厚重的石油迅速稀釋、膨脹，紛紛從巖石孔隙中溢出，變得更易開(kāi)采。美國(guó)共有70多座油田注入二氧化碳驅(qū)油，年封存二氧化碳達(dá)3000萬(wàn)噸，增產(chǎn)石油10%。我國(guó)先后有六七座油田嘗試了這一技術(shù)，二氧化碳一次性最大封存量達(dá)11萬(wàn)噸。

碳匯出路不僅是碳捕集和和封存，更在于碳利用。藻類(lèi)確實(shí)是生長(zhǎng)最快、碳匯效率較高的植物，是煉制生物柴油和乙醇的理想原料之一。目前國(guó)外利用海藻捕碳、固碳的方法是，將工廠集中排出的二氧化碳廢氣與含養(yǎng)分的水混合，在透明的人造閉合水渠中，或在封閉的池塘等水體中養(yǎng)殖海藻。這比完全自然放養(yǎng)效率高，也避免了造成海水缺氧后果。

目前全球回收的二氧化碳約有40%用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品，如作為能源的甲烷、甲醇，以及具有永久固碳性質(zhì)的碳纖維、工程塑料、瀝青、建材等。回收二氧化碳還可用于制冷和碳酸飲料生產(chǎn)。

近來(lái)國(guó)外科學(xué)界多途徑開(kāi)發(fā)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為新能源原料的生物技術(shù)。有科研團(tuán)隊(duì)已培養(yǎng)出一種能光合作用的轉(zhuǎn)基因細(xì)菌，比藻類(lèi)更快地將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可煉制生物柴油、乙醇的原料。由于利用生物質(zhì)能可以實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)而不增加碳排放，歐盟計(jì)劃到2020年生物質(zhì)燃料占能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的14%，占可再生能源總量的60%。這一方略是值得我們借鑒的減碳之道。

（作者系上海社會(huì)科學(xué)院科技哲學(xué)特色學(xué)科研究員、上海市低碳科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)專(zhuān)委會(huì)專(zhuān)家顧問(wèn)）