分析:“天然气候解决方案”如何减少BECCS的必要性

全球变暖限制在2100年低于1.5 c高于工业化前水平,许多科学家认为的大规模使用负排放下半年需要21世纪的。负排放二氧化碳从大气中“吸”,允许在近期逐渐减少的排放量。

集成评估模型(艾玛)产生能源和排放途径变暖限制在1.5摄氏度通常依赖于大量的必威体育在线注册生物能必威体育在线注册源和碳捕获和存储(BECCS)来提供所需的负排放。许多大规模部署BECCS,分配土地面积五倍印度的规模到2100年将增长所需的生物量。

模型的批评BECCS使得研究人员的依赖检查潜在的“自然气候解决方案”(nc)移除大气中的二氧化碳通过植树造林、土地利用变化和其他基于生态系统的方法。

在这里,碳短必威手机官网暂使用最近发表的评论nc的检查他们可以发挥非常重要的作用,如何导致负排放。这一分析表明,nc可以提供所需的相当大一部分排放和减少需要BECCS通路变暖限制在低于1.5摄氏度,尤其是加上更快的减排未来几十年。

自然碳封存

最近的一个评论篇题为“自然气候解决方案”在《美国国家科学院学报》(PNAS)研究了不同碳可以捕获通过保护、生态系统恢复和改善土地管理在全球森biwei6868林、湿地、草地和农田。

与BECCS不同,这构成了潜在的挑战自然世界和食品供应采取如此大规模的时候,大多数nc也可以帮助改善水过滤,防洪、土壤健康和生物多样性的栖息地。这使得这些方法的一个有吸引力的替代BECCS会议所需的负排放场景变暖限制在低于1.5摄氏度。

下图显示了负排放潜力的碳短暂的估计在2018年必威手机官网到2100年之间各种气候解决方案评估在美国科学院院刊》上发表了一篇论文。这些估计是基于封存的速度(每年吨二氧化碳——GtCO2)和生态系统”前的时间范围饱和烃”,因此,不再能储存更多的碳。

从不同的nc负排放的潜力,在累积GtCO2在2018和2100之间。酒吧显示潜在的不确定性,而黑色圆圈显示总潜在的最佳估计和钻石显示经济潜力的成本低于100美元每吨二氧化碳。估计是基于封存的速度和封存可以继续从时间范围Griscom et al . 2017。

总为每个nc和经济可部署的潜力,一个黑点代表最佳估计和一系列显示每个解决方案的95%置信区间。总潜在解决方案的最大可能封存时,在全球范围内实施,没有考虑成本。“成本效益”经济潜力的估计经济可行的子集的成本低于100美元每吨二氧化碳。

总潜力受到保障会议增加人类需要食物和纤维。作者不允许减少或取代现有农田地区森林和牧场。他们也排除任何活动都会产生负面影响生物多样性或抵消得益于碳封存等因素造成的反照率的变化。

植树造林

全球最大的固碳潜力的nc重新造林。这涉及到降级非林地土地森林生态适当区域。nc的作者论文排除造林——天然草地的转换,萨凡纳或其他非林地森林生态系统,以避免损坏当地的生态系统。

他们创建一个地图,全球non-cropland地区的下面,这是根据国家适合植树造林。他们发现潜在reforestable面积介于345和17.79亿公顷(尼古拉斯)和一系列潜在封存2018年和2100年之间的68 - 447 gtco2 253 gtco2的最佳估计。大约30%的这种潜在的封存,或76 gtco2,是成本有效的价格低于100美元每吨二氧化碳。

绝大多数的造林潜力是在热带地区,热带雨林已经清除了牧场,棕榈油生产和木材。作者指出,他们的研究结果对草场面积多少有点敏感的假设可以合理退化由于牛肉生产提高效率和/或饮食变化,大约42%的造林缓解潜在的来自reforrested热带牧场。然而,植树造林的具有成本效益的部分只会取代约4%的全球牧场,取代放牧活动的经济成本高于退耕还林边际土地。

自然森林管理

额外的碳可以通过自然幽静的森林管理。这包括推迟收获在原生森林目前用于木材生产,以及减少伐木和其他可持续收获实践。减少木材生产很快就可以通过从现有木材产量增加种植园和额外的木材生产从植树造林。

总缓解潜在的假定,木材收成延期至少50年所有原生森林,而具有成本效益的潜力主要是通过过渡到更可持续的测井方法。总封存潜力自然森林管理范围从46 - 411 - 74 gtco2 gtco2的最佳估计。成本效益潜力估计44 gtco2。

改进的种植园

森林种植园管理专门为木材生产目前占据了大约7%的全球森林地区,迅速扩张,以满足日益增长的对木材产品的需求。大多数种植园正在运行优化利润相对较快地砍伐树木。少日志可以吸收更多的二氧化碳,增加木材产量。

总封存潜力提高种植范围从11 - 66 gtco2 29 gtco2的最佳估计。具有成本效益的潜力估计17 gtco2。

生物炭

生物炭木炭是添加到农业土壤固碳。虽然可能有前途,但尚未在研究环境以外的规模和大规模部署的潜在成本和权衡仍然知之甚少。

当转换成木炭热解、生物质可以在土壤长期保持稳定。nc作者估计,大约80%的碳通过生物炭添加到土壤仍将至少有100年了。

生物炭是估计一个封存的潜力53 - 121 gtco2最佳估计91 gtco2 27 gtco2的和具有成本效益的潜力。

保护性农业

保护性农业涉及种植覆盖作物期间,如黑麦或三叶草,今年部分主要作物时没有增长。这通常涉及领域没有全年或冬季作物种植之间休耕期不是必需的。这些作物肥田添加额外的碳土壤,部分仍在很长一段时间。

nc作者不包括免耕农业,其中包括种植庄稼没有令人不安的耕作的土壤。他们指出,最近的研究质疑长期的碳储存和一氧化二氮排放与免耕措施有关。

保护性农业16-26GtCO2封存潜力,21的最佳估计gtco2 19 gtco2的和具有成本效益的潜力。

树木在农田

有很多地区农田不积极养殖,种植树木可以不降低作物产量。这些包括防风林,小巷裁剪(种植作物成排的树木之间)和散射的树木在农田土壤质量和侵蚀控制效益。总封存潜力树木耕地范围从23 - 93 gtco2的最佳估计52 gtco2 22 gtco2的和具有成本效益的潜力。

最优强度放牧

改变的模式动物放牧可以增加草生长和畜牧生产。这通常包括旋转牛和类似的动物在牧场密集成群,离开区域再生自然放牧。

最优强度放牧可以帮助增加土壤碳和估计12-58GtCO2封存潜力,的最佳估计12 7 gtco2 gtco2和具有成本效益的潜力。

豆类在牧场

植物豆类的家庭,如苜蓿、三叶草,可以种植在郊野帮助削减额外的碳在土壤中。nc作者估计,不包括任何额外的一氧化二氮排放的地区种植豆类会抵消二氧化碳的减少。他们估计1 - 125之间的封存的潜力——gtco2的最佳估计12 11 gtco2 gtco2和具有成本效益的潜力。

沿海湿地恢复

恢复退化的沿海红树林、盐沼和海草可以提高多少碳存储在土壤,草和树木。沿海湿地恢复估计封存潜力约5 1 gtco2 gtco2和具有成本效益的潜力。

自然的解决方案缓解

除了土壤固碳措施和生物量、nc作者认为一系列自然的措施,减轻或避免排放。这些措施包括在森林、农业、草地和湿地。

森林缓解措施包括避免森林砍伐和森林转换,提高消防管理与控制烧伤和其他措施旨在避免严重的火灾,改进炉灶减少收获woodfuel用于做饭和取暖。

草原缓解措施包括避免草地转化为农田和避免一氧化二氮排放量更有效地使用化肥。他们也检查减少甲烷排放通过改变饮食喂牛和改善牲畜和管理技术来减少动物总数需要供应相同级别的肉和奶需求。

湿地缓解措施包括改善水稻栽培技术减少甲烷排放,恢复泥炭地和避免额外的沿海湿地的破坏或泥炭地。

,这些措施加在一起,就可以减少需要负排放,允许更快缓解比目前包含在我的场景。然而,其中的一些措施,特别是避免森林砍伐,已经包含在未来的排放情况。理清这些解决方案或目前不被我覆盖土地使用模型已经超出了本文的范围。同样,尽管美国科学院院刊》上发表了一篇论文提供了一个详细的审查,他们计算的“最佳估计”为每个类别的nc可能不同于那些由其他研究人员发现的。

近期负排放和减少

如果成本不是问题,总可能从nc 236 - 1350 gtco2, 549 gtco2的最佳估计。nc有可能削减97 - 553 gtco2在2018年和2100年之间的成本低于100美元/吨碳。的美国科学院院刊》上发表了一篇论文的最好的估计总成本效益的潜力是225 gtco2。

艾玛范围相当广泛的负排放BECCS将提供他们认为,从151年1191 gtco2 gtco2。中的负排放模型与他们的基础共享社会经济途径(SSP),这限制了全球气候变化合作速度和快速减排可以发生。

艾玛还包括nc,特别是造林绿化。nc的规模已经包含在艾玛模型之间的差异,从土地利用中值负排放161 gtco2。一个模型,GCAM4,尤其看好土地利用变化,估计从449年和716年之间的nc gtco2负排放,超过两倍的nc部署在其他任何我和高于成本效益的最佳估计潜在的美国科学院院刊》上发表了一篇论文。

模型只需要401 - 1137 gtco2更sustainability-focused负排放的途径(“SSP1”)。他们需要更高的金额- 1198 - 1596 - gtco2快速化石拉动增长途径(“SSP5”)。

下图比较消极的排放总量在2018年和2100年之间假定在艾玛变暖限制在低于1.5摄氏度(左)与估计的范围负排放潜力BECCS和nc(右)。酒吧显示公布的最低和最高估计之间的范围。nc,绿色栏显示了具有成本效益的潜力,虽然胡须显示潜在的上界。

(左)累积负排放部署在艾玛变暖限制在低于1.5摄氏度2100年由SSP(注意,SSP4只有一个可用的模型),根据提供的数据Rogelj et al (2018)。负排放BECCS和消极的土地利用碳排放的总和。(右)范围的估计成本效益BECCS潜力nc的文献(见下文)和范围具有成本效益的潜力(绿色栏)和总潜在的(晶须)估计Griscom et al。(2017)。

225年最佳估计具有成本效益的nc潜力gtco2(钻石标志、绿色栏)。这意味着BECCS不能完全取代具有成本效益的自然负排放任何现有的我模型的运行SSP数据库。然而,广泛采用成本效益的自然负排放方法可以减少BECCS 56%一个模型的必要性,并以年均30%的所有模型。作为碳必威手机官网短暂此前报道,额外的更严格的缓解措施可能可以完全消除BECCS的必要性。

具有成本效益的nc估计可能是最适当的值比较BECCS。负排放在艾玛的数量在很大程度上是由假设世纪负排放将比陡更具成本效益的短期减排。如果没有约束,成本的潜力BECCS和其他负排放技术等直接空气捕捉也会更高。同样,需要负排放可能主要是通过简单地要求消除短期削减全球温室气体排放至接近于零的水平。

如下图,由碳短暂使用的数据必威手机官网nc研究和SSP数据库显示,从2100年的排放轨迹保持低于1.5摄氏度三个不同的模型。它检查,nc可能扮演的角色如果BECCS的数量最小化。

简化的例子nc可以提供一部分负排放在不同的艾玛,变暖限制在低于2100年1.5摄氏度。二氧化碳排放轨迹获得模型Rogelj等(2018)。积极的排放是基于化石燃料和工业排放+ BECCS报道。负排放是基于BECCS和消极的土地使用排放。

在提醒SSP5场景中,排放逐渐降低比在其他场景。这需要大量的负排放在本世纪末,以避免在2100年超过1.5摄氏度。在这里,具有成本效益的nc只能提供大约19%的负排放模型中使用。

在一个SSP2的世界,更快速地减少排放是可行的,排放在2020年达到顶峰,之后迅速下降。的消息SSP2场景更为温和的总负排放622 gtco2,大约36%的可取而代之的是成本效益的nc。

最后,在目的SSP1场景中,正在迅速减少和额外的削减排放的客座率排放限制负排放的总量需要401 gtco2, 56%的可能提供的成本效益的nc。

这些表明,具有成本效益的nc有潜力提供了相当一部分的负排放目前用于艾玛,提供快速减排发生。模型更加渐进的减排需要负排放在本世纪晚些时候多划算的nc可以提供。

BECCS功亏一篑吗?

艾玛采用累积负排放从1191 gtco2 BECCS在2018和2100之间。然而,还远不清楚,这种潜在的实际上是可以实现的,像BECCS很大程度上未经测试在规模。一些最近的研究也质疑BECCS当排放的高端估计从森林或草原与转换相关的土地用于种植能源作物是适当的考虑。必威体育在线注册

下图展示了一系列BECCS雇佣不同的艾玛,以及估计的总经济潜力从BECCS负排放许多最近的研究。

(左)累积BECCS部署2100年在艾玛变暖限制在低于1.5摄氏度SSP,基于提供的数据Rogelj et al。(2018)。目的SSP1艾玛范围之外的场景显示为一个点强调它是唯一低于400 gtco2模型显示值。(右)范围的估计BECCS潜在的文献克里斯蒂安•范维伦et al。(2013),Krause et al。(2018),Avoid2(2015)和特纳et al。(2018)。

艾玛,变暖限制在1.5 c使用不同数量的BECCS。只有一个模型估计低于400 gtco2,然而,与中值模型在数据库中使用660 gtco2。

艾玛包括土地BECCS势模型,提供独立的估计,虽然他们不一定使用的最大数量。然而,艾玛可能并不总是占所有与转换相关的排放和其他气候影响的森林或草原生物能源作物。必威体育在线注册

最近的研究工作表明,碳BECCS可能要小得多的好处当转换草原或森林,农田种植能源作物。必威体育在线注册例如,一个2017年的论文通过马蒂尔德博士Fajardy和尼尔Mac道威尔博士的伦敦帝国理工学院估计需要6到32年有任何净碳受益于转换BECCS牧场在巴西,由于额外的排放与土地利用变化有关。需要22之间50多年来对森林转化为农田。

在一个一个的早期的研究在BECCS潜力,出版于2013年,Detlef克里斯蒂安•范维伦教授和他的同事们指出,潜在的负排放从BECCS 10 gtco2每年由每年2050和20 gtco2 2020。这相当于约900 gtco2负排放总量在2018和2100之间。然而,他们也警告说,这些数字是非常乐观的,“更现实的估计…可能是这种潜在的一半或更少”。

一个今年早些时候的研究通过安德烈亚斯•克劳斯和他的同事们用四个不同的全球动态植被模型来评估潜在的造林、重新造林和BECCS提供负排放。他们看起来如何累积负排放目标477 gtco2能够实现本世纪末。当一个模型能够实现所有477 gtco2 BECCS,大多数人只能从BECCS产生更低的封存,一个模型显示在70 gtco2。

这些大的差异在模型显示,“移除是高度不确定的大小和可能远低于之前在我情况”,克劳斯等建议。他们发现,这些不确定性主要来源于不同的假设对作物产量和土壤碳对土地利用变化的反应。

另一项研究,通过博士安德鲁·威尔特郡气象局和T博士Davies-Barnard埃克塞特大学的Avoid2组织检查BECCS世界的潜力。他们发现,虽然总BECCS潜力非常大,2346 gtco2,额外的土地利用转换包括排放时,净BECCS潜在下降最多476 gtco2四分之三。

一个更低的估计是在2018年的一项研究发现彼得•特纳博士和他的同事们在斯坦福大学卡内基科学研究所。biwei6868特纳等人检查的可持续收获的BECCS不会涉及林地的转换。他们发现每年约3.4 gtco2区域重叠的负排放可以达到适当的地质储存。这相当于累积BECCS约238 gtco2,假定部署始于2030年左右。如果BECCS仅限于边际土地地质储存、潜在下降到1.1 gtco2每年大约77 gtco2总。

所有这些估计BECCS潜力受到大的不确定性,作为预测作物产量和可用土地面积在21世纪的后半部分是一个艰巨的任务。作为克里斯蒂安•范维伦告诉碳简要:必威手机官网

“很难完全给限制BECCS作为一个不知道收益率提高,应对价格变化,等等…我不认为SSPs计算的模型是必要的,不切实际的。相反,大多数我的团队这些数字背后有一些知识基于土地使用缓解…重要的是要意识到,我们无法知道BECCS 2050年确定的限制。其中一些甚至可能不被生物物理限制,但相关公众接受(目前,CCS和生物能源看到反对)。必威体育在线注册作为一个更低的一侧的范围可能会被视为承担较少的风险不履行,也是生物多样性的饥饿造成的负面影响。我们最近的文章自然气候变化(最近读到碳短暂必威手机官网)提供了一些选项来减少BECCS——尽管似乎(几乎)无法避免负排放的必要性。”

最终,nc可以发挥重要作用在减少需要BECCS场景变暖限制在低于2100年1.5摄氏度。这是特别重要的考虑到不确定性BECCS是否能满足大负排放在大多数1.5摄氏度我场景中使用。

nc在BECCS具有许多潜在的优势与加强生态系统健康和服务。然而,扩展了可能挑战全世界众多小规模土地所有者参与土地管理。