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热带森林,马提尼克岛,加勒比海,法国。资料来源:David Giral / Alamy Stock Photo。D3C8D3
热带森林,马提尼克岛,加勒比海,法国。 资料来源:David Giral / Alamy Stock Photo。
1.5摄氏度
2018年5月21日8:00

分析:“自然气候解决方案”如何减少BECCS的需求

Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

05.21.18
Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

21.05.2018 |上午8:00
1.5摄氏度 分析:“自然气候解决方案”如何减少BECCS的需求

为了将2100年的全球变暖控制在比工业化前水平高出1.5摄氏度以下,许多科学家认为,大规模使用负排放在21世纪下半叶将需要。负排放将二氧化碳“吸”出大气,使得短期内排放量的减少更为缓慢。

综合评估模型(IAMs)产生的能量和排放途径,以限制升温到1.5摄氏度,通常依赖于大量的金博宝188备用地址生物能金博宝188备用地址源与碳捕获和存储(BECCS)提供所需的负面排放。许多人在大规模的规模上部署了BECC,分配了土地面积最多五次到2100年,印度需要的生物量增长。

词汇表
综合评估模型:IAM是分析广泛数据的计算机模型 - 例如物理,经济和社会 - 制作可用于帮助决策的信息。对于气候研究,具体而言,......阅读更多

对模型依赖BECC的批评引领了研究人员检查潜力“天然气候解决方案”(NCS)通过重新造林,土地利用变化和其他基于生态系统的方法去除大气中的CO2。

在这里,碳简金宝搏bet188短使用最近发表的评论研究它们在造成负排放方面能发挥多大作用。这一分析表明,NCS可以提供所需排放量的相当大一部分,并减少BECCS的需求,将升温限制在1.5摄氏度以下,特别是在未来几十年里,再加上更快的减排速度。

自然碳封存

最近一篇题为《自然气候解决方案在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,研究了通过保护、生态系统恢复和改善全球森林、湿地、草原和农田的188bet博彩公司怎么样土地管理来捕获碳的不同方式。

与BECCS不同,这造成了潜在的挑战对于自然世界和食物供应,大多数NCS也可以帮助改善水过滤、防洪、土壤健康和生物多样性栖息地。这使得这些方法成为具有吸引力的替代BECCS,以满足将升温限制在1.5摄氏度以下的情景所需的负排放。

下图显示了2018年和2100年在PNA纸中评金宝搏bet188估的各种气候解决方案的2018年和2100之间的负排放电位估计。这些估计基于螯合速率(每年缩合,每年缩合 - GTCO2)和生态系统前的时间范围“饱和“因此,不能再储存更多的碳。

来自不同NCS的负排放潜力,2018年至2100之间的累积GTCO2。条在总潜力中表现出不确定性,而黑色圆圈则表现出总潜力和钻石的最佳估计,展示经济潜力的成本低于每吨每吨100美元。估计是基于封存的速率和封存可以继续的时间范围Griscom等人,2017

每个NCS的总体和经济可部署潜力都被显示出来,黑点代表最佳估计,一个范围表示每个解决方案的95%置信区间。总潜力是在不考虑成本的情况下在全球范围内采用的解决方案的最大可能隔离。“成本效益”的经济潜力是指经济上可行的子集,每吨二氧化碳的成本低于100美元。

总潜力受到保障措施,以满足增加人类食物和纤维需求。作者不允许现有的农田区域减少或由森林或牧场取代。他们还排除了产生的任何活动,这些活动会影响生物多样性或抵消因因素而产生的碳封存的益处反博会发生变化

植树造林

在全球范围内吸收碳潜力最大的国家控制体系是重新造林。这涉及将生态适宜地区的非森林土地恢复为森林。NCS论文的作者不包括造林——原生草地的改造,萨凡纳或其他非林生态系统到森林 - 避免破坏本地生态系统。

他们在全球范围内的所有非田间地区创建一个地图,这将适合由国家的重新造林。它们在345到17.79亿公顷(MHA)之间的某个地方的总潜在的可重新造成区域以及2018年和2100之间的潜在封存,最佳估计为253gtCO2。该潜在封存的约30%或76GTCO2的价格在价格低于每吨二氧化碳的价格低于100美元。

按国家划分的再造林潜力图(以每年每公顷二氧化碳排放量公斤计),适合再造林的地区以紫色标出。取自图S1Griscom等人,2017

绝大多数重新造林潜力在热带地区,牧草已经清除了牧场,棕榈油生产和木材。作者指出,由于牛肉生产和/或饮食变化的效率提高,他们的结果对牧草地区可以合理地重新造林的假设有些敏感,因为约42%的重新造林缓解潜力来自被认证的热带牧场土地。然而,重新造林的成本效益部分只会取代大约4%的全球放牧土地,因为流离失所的活动具有比重新造林更高的经济成本边缘土地

自然森林管理

通过天然森林管理可以隔离额外的碳。这涉及延迟目前用于木材生产的本土森林中的收获,以及减少抗衡测井和其他可持续收集实践。通过从现有木材种植园的产量和重新造林的额外木材生产增加,可以弥补木材生产的降低。

处方烧伤,长叶松林,美国。资料来源:Carol Dembinsky / Dembinsky Photo Associates / Alamy Stock Photo。G1GFXN

处方烧伤,长叶松林,美国。资料来源:Carol Dembinsky / Dembinsky Photo Associates / Alamy Stock Photo。

总缓解潜力假设在所有原生林中至少50年来推迟木材收割,而通过过渡到更可持续的测井方法,实现成本效益的潜力。天然森林管理的总封存电位从46-411gtCO2的估计为74gtCO2。成本效益潜力估计在44GtCO2。

改进的种植园

专门针对木材生产管理的森林种植园目前占据了全球森林地区的约7%,并正在迅速扩展,以满足对木材产品不断增长的需求。大多数种植园目前正在努力通过相对迅速砍伐树木优化利润。较少频繁的测井可以沉淀更多的碳并增加木材产量。

改进的种植园的总封存电位为11-66gtCO2,最佳估计为29gtCO2。成本效益估计在17GtCO2时。

生物炭

生物炭用木炭添加到农业土壤中以螯合碳。虽然潜在有希望,但在研究环境之外的规模上尚未证明,大规模部署的潜在成本和权衡仍然明白。

当转化成木炭时通过热解,生物量可以在土壤中长期保持稳定。NCS的作者估计,通过生物炭添加到土壤中的80%的碳将至少保留100年。

估计生物炭含有53-121gTCO2的螯合电位,最佳估计为91gtCO2和27gtCO2的成本效率潜力。

保护性农业

保护农业涉及种植覆盖作物在一年中主要作物不生长的时候,比如黑麦或三叶草。这通常涉及没有全年或冬季作物的土地,在种植之间不需要休耕期。这些覆盖作物会给土壤增加额外的碳,其中一部分会在很长一段时间内存留。

NCS作者不包括no这包括在耕作过程中不破坏土壤的情况下种植作物。他们指出最近的研究质疑与免耕相关的长期碳储存和N2O排放。

保护农业的封存潜力为16-26gtCO2,最佳估计为21gtCO2和19gtCO2的成本效益潜力。

树木在农田

有许多农田没有被积极耕作,在那里种树不会减少作物产量。这些包括防风林,胡同裁剪(在树行之间种植作物)和在农田内散布树木,以提高土壤质量和控制侵蚀的效益。农田中树木的总固存潜力为23-93GtCO2,最佳估计为52GtCO2,具有成本效益的潜力为22GtCO2。

松树种植园。西开普南非。资料来源:Rodger Shagam / Alamy Stock Photo。G43WDF

松树种植园。西开普南非。资料来源:Rodger Shagam / Alamy Stock Photo。

最佳强度放牧

改变动物放牧的模式可以增加草的生长和牲畜的产量。这通常包括在牧场上密集地轮换牛和类似的动物,让区域在放牧之间自然再生。

最佳放牧强度有助于增加土壤碳,估计有12-58GtCO2的封存潜力,最佳估计为12GtCO2,成本效益潜力为7GtCO2。

豆类在牧场

植物豆类的家庭(例如苜蓿或三叶草)可以在牧场种植,以帮助沉浸在土壤中的额外碳。对于这种估算,NCS作者排除了种植豆类的额外N2O排放的任何地区将抵消CO2减少。它们估计1-125gTCO2之间的螯合电位,最佳估计为12gtCO2和11gtCO2的成本效力。

沿海湿地修复

恢复沿海沿海红树林盐沼和海草可以增加土壤、草地和树木中储存的碳量。据估计,滨海湿地恢复具有约5GtCO2的封存潜力和1GtCO2的经济效益潜力。

自然的缓解办法

除了测量土壤和生物质中碳含量的测量外,NCS作者还考虑了一系列的自然措施,可以减轻或避免排放。这些包括跨森林,农业,草原和湿地的措施。

减轻森林影响的措施包括避免砍伐森林和森林转用,改进控制燃烧的火灾管理以及旨在避免的其他措施严重的火灾,改进炉灶减少用于烹饪和取暖的木材燃料的收获。

草地缓解措施包括避免草原转为农田和通过更有效地使用化肥避免N2O排放。他们还研究了减少甲烷排放通过改变饲料喂养并改进牲畜品种和管理技术,以减少所需的总动物数量,以满足相同水平的肉和奶需求。

湿地缓解措施包括改进水稻种植技术以减少甲烷排放、恢复泥炭地并避免进一步破坏沿海湿地或泥炭地。

综合起来,这些措施可以通过允许比目前综合评估方案中所包括的更快的减缓速度来减少对负排放的需求。然而,其中一些措施- -特别是避免砍伐森林- -已经包括在未来的排放设想中。对这些解决方案中哪些目前在IAM土地利用模型中涵盖,哪些目前不在本文的讨论范围之内。类似地,尽管《美国国家科学院院刊》的论文提供了详细的综述,但他们为每一类NCS计算的“最佳估计”可能与其他研究人员发现的不同。

负排放vs.短期减排

如果不考虑成本,NCS的总潜力在236至1350吨二氧化碳之间,最佳估计为549吨二氧化碳。在2018年至2100年期间,NCS有潜力以每吨碳不到100美元的成本封存97-553GtCO2。的PNAS纸总成本效益潜力的最佳估计为225gtCO2。

IAMS范围在他们假设的负排放量中相当广泛,将由BECCS提供,从小到151gtCO2到1,191gtCO2。模型中的负极排放量与其潜在的潜在排放量有关共享社会经济途径(SSP),这限制了全球气候变化合作和快速减排的速度。

生态系统还包括非生态系统,特别是重新造林/造林。IAMs中已经包含的NCS规模在不同模型中差异很大,土地利用的负排放中位数为161GtCO2。一个模型,gcam4.他估计NCS的负排放在449至716吨二氧化碳之间,是任何其他IAM中部署的NCS的两倍多,也高于PNAS论文中对成本效益潜力的最佳估计。

在更注重可持续发展的路径(“SSP1”)中,模型只需要负排放的401-1,137GtCO2。在快速化石燃料增长途径(“SSP5”)中,它们需要更多的量——1198 - 1596亿吨二氧化碳。

下图比较了2018年和2100之间的总负排放量,在IAM中限制在低于1.5℃(左)以下的IAM之间的总负排放,估计来自BECCS和NCS(右)的负排放潜力范围。条形图显示最低和最高的发布估计之间的范围。对于NCS,绿杆显示成本效益的潜力,而胡须显示总潜力的上限。

(左)基于SSP4提供的数据,IAMs的累积负排放部署将2100年SSP的升温限制在1.5C以下(注意SSP4只有一个可用模型)Rogelj等人(2018).负排放是BECCS和土地利用负排放之和。(右)文献中估计的具有成本效益的BECCS潜力范围(见下文)和NCS的成本效益潜力范围(绿条)和总潜力(须状)Griscom等人(2017)

最具成本效益的NCS潜力估计是225GtCO2(钻石标记,绿条)。这意味着,在任何现有的IAM模型运行中,都不可能完全用具有成本效益的自然负排放取代BECCSSSP数据库然而,普遍采用的经济高效的自然负排放方法可以将贝尔公司的需求减少到56%的一个模型,平均每种模型的平均30%。作为碳金宝搏bet188简短此前报道,更多甚至更严格的缓解措施可能使完全消除对BECCS的需要。

具有成本效益的非scs估计值可能是与BECCS比较的最合适的值。IAMs的负排放量很大程度上是由于这样一种假设,即本世纪末的负排放将比大幅度的短期减排更具成本效益。如果成本不受限制,BECCS和其他负排放技术,如直接空气捕获技术的潜力也会更高。同样,只要在短期内将全球排放削减到接近于零的水平,负排放的需求就可以基本消除。

下面的图表是碳简报使用来自金宝搏bet188NCS研究SSP数据库,显示从三种不同型号的2100中保持在1.5℃以下的排放轨迹。如果Beccs的数量最小化,它会检查NCS可以发挥的角色。

这是一个简单的例子,说明2100年NCS如何在不同的IAMs中提供部分负排放,从而将升温限制在1.5摄氏度以下。模型CO2排放轨迹从Rogelj等(2018).积极排放基于报告的化石燃料和工业排放量加为BECC。负排放基于BECC和负土地使用排放。

提醒SSP5情景,排放量逐渐减少,而不是其他情况。这需要本世纪晚些时候大量的负排放,以避免超过1.5℃。在这里,经济高效的NCS只能提供模型中使用的约19%的负排放量。

在SSP2的世界中,更快速的减排是可能的,排放量将在2020年达到峰值,之后迅速下降。的消息SSP2方案具有622gtCO2的622gtCO2的更适度的总负排放量,其中大约36%可以通过成本效益的NCS取代。

最后,在里面目标SSP1情景,排放迅速减少,额外的削减对非二氧化碳排放限制了401gtCO2所需的负排放总量,其中56%可能是可能由成本效益的NCS提供的。

这表明,只要迅速减少排放,具有成本效益的非国家控制系统就有可能提供目前用于监测系统的相当大一部分负排放。相对于具有成本效益的NCS所能提供的,具有更逐步减排能力的模型在本世纪后期需要更多的负排放。

BECCS会缩短吗?

在2018年至2100年期间,IAMs使用的BECCS累积负排放高达1191gtco2。然而,这一潜力能否像BECCS那样切实实现还远未可知在很大程度上未经测试在规模。最近的一些研究也对BECCS的高端估计提出了质疑,因为将土地从森林或草地转变为种植能源作物所产生的排放量得到了适当的考虑。金博宝188备用地址

下图显示了不同IAMs采用的BECCS的范围,以及最近一些研究对BECCS负排放的总经济潜力的估计。

(左)累积BECC在IAM中的部署在SSP基于所提供的数据(SSP)(2100)(2100)的IAM限制为2100Rogelj等人。(2018).AIM SSP1方案显示为IAMs范围之外的一个点,以强调它是唯一显示值低于400GtCO2的模型。(右)从文献中估计的BECCS潜力的范围范维伦等人。(2013),Krause et al。(2018),避免2(2015)和特纳et al。(2018).

将升温限制在1.5摄氏度以内的IAMs使用的BECCS值相差很大。然而,只有一个模型的估计低于400亿吨二氧化碳,而数据库中的中值模型使用了660亿吨二氧化碳。

IAMs包括对BECCS潜力提供独立估计的土地模型,尽管它们不一定使用尽可能多的量。然而,IAMs可能并不总是能解释与森林或草地转化为生物能源作物有关的所有排放和其他气候影响。金博宝188备用地址

最近的工作表明,在将草原或森林转化为农作物以增长能源作物时,BECC的碳益处可能会比较小。金博宝188备用地址例如A.2017纸通过马蒂尔德博士Fajardy尼尔·麦克·道尔博士伦敦帝国学院估计由于与土地利用变化有关的额外排放,在巴西将放牧土地转换为BECC的任何净碳受益于六至32岁。森林转换为农田的森林需要22到50多年。

海地里奥甘的托儿所里工作的妇女。资料来源:imageBROKER / Alamy Stock Photo。DM69FX

海地里奥甘的托儿所里工作的妇女。资料来源:imageBROKER / Alamy Stock Photo。

在其中一个早期的研究关于BECCS潜力的,发表于2013年,德特尔夫·范维伦教授同事表明,每年均可将贝尔斯负极排放的潜力每年达到2050年和20GtCo2,到2020年。这将达到2018年至2100之间的900gtCo2总负排放量。然而,他们还提醒人们非常乐观,“更现实的估计......可能是这一潜力或更少的一半”。

一个今年早些时候的研究通过安德烈亚斯•克劳斯及其同事使用四种不同的全球植被动态模型来评估造林/再造林和BECCS提供负排放的潜力。他们着眼于如何在本世纪末实现477亿吨二氧化碳的累积负排放目标。虽然其中一个模型能够从BECCS中获得全部477亿吨二氧化碳,但大多数模型只能从BECCS中产生更少的碳固存量,其中一个模型显示在70亿吨二氧化碳中产生的碳固存量很小。

这些模型的这些巨大差异表明,“去除的尺寸非常不确定,并且可能比以前在IAM情景中呈现的那么小,而且krause等人建议。他们发现这些不确定性大多源于作物产量和土壤碳对土地利用变化的不同假设。

另一项研究, 经过威尔特郡博士气象局和戴维斯博士 - 巴纳德埃克塞特大学的避免2集团审查了全球伯克斯的潜力。他们发现,虽然BECCS的总潜力相当大,但达到2,346GTCO2,当包括土地使用转换的额外排放时,净均衡潜在四分之三至最多476gtCO2。

在2018年的一项研究中发现了更低的估计Peter Turner博士以及斯坦福卡内基科学研究所的同事们。188bet博彩公司怎么样特纳等人审查了不涉及林地转换的可持续收获的BECCS的数量。他们发现,在与适当地质储量重叠的地区,每年可以实现约3.4亿吨二氧化碳的负排放。这相当于累积的BECCS约为238亿吨二氧化碳,假设在2030年左右正式开始使用。如果BECCS被限制在边际土地上,超过地质储量,潜在的二氧化碳排放量将下降到每年1.1亿吨二氧化碳,或总计约77亿吨二氧化碳。

所有这些伯克斯潜力估计都受到大规模的不确定性,因为预测21世纪后半年的作物产量和可用土地面积是一项艰巨的任务。作为克里斯蒂安•范维伦讲碳简介:金宝搏bet188

“很难对BECCS给出一个准确的限制,因为人们不知道收益改善、对价格变化的反应等……我不会说spss模型的计算是必要的、不现实的。”相反,掌握这些数字的大多数IAM团队对基于土地利用的缓解有相当多的了解……重要的是,我们不能确定2050年BECCS的极限。其中一些限制甚至可能不是生物物理的,而是与公众的接受程度有关(目前,CCS和生物能源都遭到了反对)。金博宝188备用地址在范围的较低的一边可能被认为承担更少的风险,在不表现方面,但也对生物多样性饥饿的负面影响。我们最近在《自然气候变化》上发表的文章[最近读到通过碳金宝搏bet188简介,提供了一些选择来减少BECC的需求 - 尽管似乎(几乎)不可能避免对负排放的需求。“

最终,在2100年将升温限制在1.5摄氏度以下的情况下,NCS可能能够在减少BECCS需求方面发挥重要作用。考虑到BECCS能否满足大多数1.5C IAM场景中使用的大量负排放的不确定性,这一点尤为重要。

与BECCS相比,NCS在增进生态系统健康和服务方面具有许多潜在的好处。然而,考虑到世界各地参与土地管理的小规模土地所有者众多,扩大规模可能是一项挑战。

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