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热带森林,马提尼克岛岛,加勒比海,法国。信用:大卫Giral / Alamy股票照片。d3c8d3
热带森林,马提尼克岛岛,加勒比海,法国。 信用:大卫Giral / Alamy股票照片。
1.5C.
2018年5月21日8:00

分析:“天然气候解决方案”如何减少对BECC的需求

齐克Hausfather

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05.21.18
齐克Hausfather

齐克Hausfather

21.05.2018 |8:00 AM
1.5C. 分析:“天然气候解决方案”如何减少对BECC的需求

为了将全球变暖限制在2100至1.5℃以下以上预工业水平,许多科学家认为大规模使用负排放在21世纪的后半部分将需要。负排放“吸出”二氧化碳从大气中脱离,允许接近术语更加逐步减少排放。

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,通常依赖于大量的必威体育在线注册生物能必威体育在线注册源与碳捕获和存储(BECCS)提供所需的负排放。许多国家大规模部署BECCS,分配土地面积多达五次印度的大小,以增加2100所需的生物量。

术语表
综合评估模型:IAMs是一种计算机模型,它可以分析各种各样的数据——例如物理的、经济的和社会的——从而产生可以用来帮助决策的信息。具体来说,对于气候研究……阅读更多

对BECCS模型依赖的批评导致研究人员检查潜在的“自然气候解决方案”(NCS)通过重新造林、改变土地利用和其他基于生态系统的方法来消除大气中的二氧化碳。

在这里,碳简必威手机官网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。

天然碳封存

最近一篇题为《自然气候解决方案“在美国国家科学院(PNA)的诉讼程序中,通过全球森林,湿地,草原和农业土地改善土地管理,审查了碳可以biwei6868捕获碳的不同方式。

与Beccs不同,这造成了潜在的挑战在这种大规模采用时,对自然世界和食品供应,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栖息地。这使得这些方法可以接近BECC的有吸引力的替代方案,以满足限制在1.5℃以下温暖的情景中所需的负排放。

下图显示了碳简报对PNAS论文中评估的各种气候必威手机官网解决方案在2018年至2100年之间的负排放潜力的估计。这些估计是基于封存速度(每年10亿吨二氧化碳- GtCO2)和生态系统出现之前的时间范围。”饱和烃,因此,不能再储存更多的碳。

2018年至2100年,不同NCS累积GtCO2的负排放潜力。条形图表示总潜力的不确定性,黑色圆圈表示总潜力的最佳估计,钻石表示每吨二氧化碳成本低于100美元时的经济潜力。估计是基于封存的速度和封存可以持续的时间范围Griscom等人,2017

每个NCS显示总和经济上可展开的电位,黑点表示最佳估计值和显示每个解决方案的95%置信区间的范围。在全球采用时,总潜力是解决方案的最大可封存,没有考虑成本。“成本效益”的经济潜力是估计经济上可行的经济型,费用低于每吨二氧化碳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照率的变化

植树造林

具有最大潜在碳碳的NCS在全球碳气进行重新造林。这涉及在生态上适当的地区恢复非林地到森林。NCS纸的作者不含造林 - 原生草地的转换,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。

国家重新造林潜力地图(每公顷千克CO2E),适用于紫色突出的重新造林的区域。取自图S1Griscom等人,2017

重新造林的潜力主要集中在热带地区,那里的雨林被砍伐,用作牧场、棕榈油生产和木材。这组作者指出,他们的研究结果对由于牛肉生产效率的提高和/或饮食变化可以合理地重新造林多少牧场面积的假设有些敏感,因为大约42%的重新造林减缓潜力来自重新造林的热带牧场。然而,重新造林的成本效益只占全球放牧面积的4%,因为取代放牧活动比重新造林的经济成本更高边际土地

自然森林管理

额外的碳可以通过自然森林管理来隔离。这包括推迟目前用于木材生产的原生森林的采伐,以及减少影响的砍伐和其他可持续的采伐做法。木材产量的减少可以由现有木材种植园的产量增加和重新造林的额外木材生产来弥补。

规定的烧伤,Longleaf Pine森林,我们。信用:卡罗尔dembinsky / dembinsky照片associates / alamy股票照片。g1gfxn.

规定的烧伤,Longleaf Pine森林,我们。信用:卡罗尔dembinsky / dembinsky照片associates / alamy股票照片。

总的缓解潜力假设所有原生森林的木材采收至少推迟50年,而成本效益潜力主要是通过向更可持续的伐木办法过渡来实现的。天然森林管理的总固汇潜力为46-411GtCO2,最佳估计为74GtCO2。成本效益潜力估计为44亿吨二氧化碳。

改善了种植园

专门为木材生产管理的人工林目前约占全球森林面积的7%,并正在迅速扩大,以满足对木材产品日益增长的需求。目前大多数种植园都是通过快速砍伐树木来实现利润最大化。减少频繁的砍伐可以吸收更多的碳,增加木材产量。

改良人工林的总封存潜力范围为11-66GtCO2,最佳估计为29GtCO2。成本效益潜力估计为17GtCO2。

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。

转换成木炭热解,生物质可以在长时间的土壤中保持稳定。NCS作者估计,通过生物炭加入到土壤中的约80%的碳将持续至少100年。

据估计,生物炭具有53-121GtCO2的封存潜力,最佳估计为91GtCO2,而具有成本效益的潜力为27GtCO2。

保护农业

保护农业涉及种植覆盖作物,例如黑麦或三叶草,在主要作物没有生长的那一年中。这普遍涉及尚不圆周或冬季作物的领域,其中植物之间不需要休耕期。这些封面作物将额外的碳添加到土壤中,其中一部分仍然长时间。

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长期碳储存和与无直接惯例相关的N2O排放。

保护性农业具有16-26GtCO2的封存潜力,最佳估计为21GtCO2,具有成本效益潜力为19GtCO2。

在农田的树木

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,小巷裁剪(种植树木之间的作物)和农田内树木的散射,用于土壤质量和侵蚀控制益处。农田中树木的总封存电位范围为23-93gtCO2,最佳估计为52gtCO2和22gtCO2的成本效益潜力。

松树种植园。西开普南非。信用:rodger shagam / alamy股票照片。G43WDF.

松树种植园。西开普南非。信用:rodger shagam / alamy股票照片。

最优强度放牧

改变动物放牧的模式可以增加草地增长和牲畜生产。这通常涉及在茂密的牛群中旋转牛和类似的动物,留下地区在放牧之间自然再生。

最佳强度放牧有助于增加土壤碳,估计具有12-58gtCO2的螯合电位,最佳估计为12gtCO2和7gtCO2的成本效益潜力。

牧场的豆类

植物豆类家庭,如苜蓿或三叶草,可以种植在牧场,以帮助隔离额外的碳在土壤中。在这一估计中,NCS的作者排除了任何由种植豆科植物产生的额外N2O排放会抵消二氧化碳减少的地区。他们估计碳封存潜力在1-125GtCO2之间,最佳估计为12GtCO2,而具有成本效益的潜力为11GtCO2。

沿海湿地恢复

恢复退化的沿海红树林,盐沼和海草可以增强碳储存在土壤,草和树木中的多少碳。估计沿海湿地修复率为5GTCO2约为5GTCO2的封存电位和1GtCO2的成本效益。

缓解自然解决方案

除了将碳封存在土壤和生物质的措施外,NCS的作者们还考虑了一系列能够减少或避免碳排放的自然措施。这些措施涉及森林、农业、草原和湿地。

森林缓解措施包括避免森林砍伐和森林转换,通过控制烧伤改善火灾管理和旨在避免的其他措施严重的火灾, 和改善厨具减少用于烹饪和加热的木质燃料的收获。

草地缓解措施包括避免草原转化为农田,并更有效地使用肥料避免N2O排放。他们还检查了减少甲烷排放量通过改变喂养的饮食奶牛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善水稻栽培技术,以减少甲烷排放,恢复泥炭地,避免额外破坏沿海湿地或泥炭地。

在一起,这些措施可以通过允许更快的缓解来减少对负排放的需求,而不是目前包括在IAM情景中。但是,其中一些措施 - 特别避免了森林砍伐 - 已经包含在未来的发射场景中。Disentangling在IAM Land-Usion模型上涵盖了这些解决方案中的哪一个超出了本文的范围。同样,虽然PNAS文件提供了详细的审查,但它们计算每类NCS的“最佳估计”可能与其他研究人员发现的“最佳估计”。

负排放vs.短期减排

如果成本不是问题,NCS的总潜力在236-且多达1,350gtCO2之间,最佳估计为549gtCO2。NCS有可能在2018年和2100年之间隔离97-553GTCO2,成本低于每吨碳的100美元。这美国科学院院刊》上发表了一篇论文的对总成本效益潜力的最佳估计是225亿吨二氧化碳。

在他们认为BECCS将提供的负排放中,IAMs的范围相当广泛,从低至151GtCO2到高达1191gtco2。模型中的负排放量与其基础有关共享社会经济途径(SSP)限制了全球对气候变化的迅速和快速减排的速度。

IAM还包括NCS,特别是重新造林/造林。已经包含在IAM中的NCS的规模在型号之间变化大幅不同,其中陆地使用161gtCO2的中位数排放量。一个型号,GCAM4,在土地利用变化上特别看涨,估计来自NC的负排放量449到716GTCO2,超过任何其他IAM部署的两倍以上,高于从PNA纸上的成本效益潜力的最佳估计。

模型仅需要401-1,137gtCo2在更可持续的可持续性途径(“SSP1”)中的负排放量。它们需要更高的量 - 1,198-1,596gtCO2 - 在快速化石燃料 - 生长途径(“SSP5”)中。

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,而胡须显示总势的上界。

(左)IIAM中的IAM中的累积负排放部署在2100在2100中升温到1.5C以下(请注意,SSP4只有一个可用型号),基于由提供的数据提供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,广泛采用具有成本效益的自然负排放方法可以使一个模型对BECCS的需求减少56%,在所有模型中平均减少30%。作为碳必威手机官网短暂先前已报道,额外更严格的缓解措施可能使得可以完全消除对BECC的需求。

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。

下图,通过碳简介使用来自的数据必威手机官网NCS研究SSP数据库,显示了从三种不同模型得出的2100年保持在1.5摄氏度以下的排放轨迹。它研究了如果BECCS的数量被最小化,非BECCS可能发挥的作用。

NCS如何提供不同IAM中的一部分负排放的简化示例,该一部分在2100中限制在1.5℃下方的温暖到1.5℃。模型二氧化碳排放轨迹Rogelj等人(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。

在里面提醒SSP5情景下,碳排放的减少比其他情景更缓慢。这需要在本世纪末大量的负排放,以避免2100年超过1.5摄氏度。在这里,具有成本效益的NCS只能提供模型中使用的19%左右的负排放。

在SSP2世界中,可以更快地减少排放,排放在2020年的排放达到峰值,此后快速下降。这信息SSP2方案的负排放总量较小,为622GtCO2,其中约36%可被具有成本效益的NCS替代。

最后,在目标在SSP1方案中,排放量迅速减少,对非二氧化碳排放的额外削减将需要的负排放总量限制在401GtCO2,其中56%可能由具有成本效益的非二氧化碳控制系统提供。

这些建议,成本效益的NCS有可能提供目前在IAM中使用的负发射的相当大量的部分,条件是减排迅速发生。具有更逐步排放的模型减少需在本世纪后来更加负的排放,而不是成本效益的NCS可以提供​​。

BECCS会缩短吗?

IAMS在2018年和2100年之间使用BECC的累积负排放量高达1,191GTCO2。但是,这远远明显,这种潜力实际上是可实现的,因为BECCS是在很大程度上未经测试按比例。最近的一些研究还质疑BECC的高端估计,当与森林或草地的陆地或草地转换为生长能源作物的排放时,均得到妥善考虑。必威体育在线注册

下图显示了跨不同IAM所采用的BECC的范围,以及通过最近研究的伯克斯的负排放总量的经济总潜力的估计。

(左)2100年SSP在IAMs中的累积BECCS部署将升温限制在1.5C以下Rogelj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van vuuren等。(2013),Krause等人。(2018),避免2(2015)和特纳等。(2018)。

IAM限制升温至1.5℃使用广泛不同的BECC。然而,只有一个模型估计在400gtCO2以下,数据库中的模型使用660GTCO2。

IAM包括为BECCS潜力提供独立估计的土地模型,尽管它们不一定使用最高金额。然而,IAM可能并不总是考虑与森林或草原转换为生物能量作物相关的所有排放和其他气候影响。必威体育在线注册

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。必威体育在线注册例如A.2017纸经过Mathilde Fajardy博士Niall Mac Dr Dowell伦敦帝国学院据估计,由于与土地使用变化相关的额外排放,将巴西的牧场转变为BECCS将需要6到32年的时间才能产生净碳效益。森林变成农田需要22到50年以上的时间。

海地里奥甘的托儿所里工作的妇女。信用:imagebroker / alamy股票照片。dm69fx.

海地里奥甘的托儿所里工作的妇女。信用:imagebroker / alamy股票照片。

在其中一个早期的研究关于伯克斯潜力,于2013年发布,Detlef Van Vuuren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”。

一种今年早些时候学习经过andreas krause.同事用了四种不同的动态全球植被模型来评估造林/重新造林和BECC的潜力,以提供负排放。他们希望看到本世纪末可以满足477GtCo2的累积负极排放目标。虽然其中一个模型能够实现所有477gtCO2的Beccs,但大多数人只能能够从BECCS产生更少的封存量,其中一个模型显示在70GTCO2中。

这些模型之间的巨大差异表明,“去除的规模是高度不确定的,可能比先前在IAM场景中假设的要小得多,”Krause等人认为。他们发现,这些不确定性主要源于对作物产量和土壤碳对土地利用变化的响应的不同假设。

另一项研究, 经过威尔特郡博士气象局和T博士Davies-Barnard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年的研究中发现了甚至更低的估计彼得•特纳博士在卡内基科技机构在斯坦福大学的同事。biwei6868特纳等审查了不涉及林地转换的可持续收获贝尔的金额。他们发现,每年大约3.4gto2的负面排放可以从与适当地质储存重叠的区域实现。这一数额累积为238gtCo2左右,假设部署在2030年左右开始。如果BECC被限制在地质储存的边缘土地上,则每年潜在降至1.1GTCO2或大约77gtCO2总数。

所有这些BECCS潜力的估计都有很大的不确定性,因为预测21世纪下半叶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•范维伦告诉碳简要:必威手机官网

“由于一个不了解产量改善,响应价格变化等,这很难完全依赖于BECC,等等......我不会说SSP模型的计算是必要的不现实。相反,这些数字背后的大多数IAM团队对基于土地利用的缓解有很大的了解......重要的是要认识到,我们无法肯定地了解2050年的BECCS的限制。其中一些限制可能甚至不能是生物物理,但与公众接受有关(此刻,CCS和生物能量都看到反对派)。必威体育在线注册在范围的下方有点可能被视为在非性能方面取得更少的风险,也是对生物多样性饥饿的负面影响。我们最近的自然界气候变化[最近涵盖了通过碳必威手机官网简介,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,NCS可能能够在减少在2100中限制到1.5℃的情况下的场景中对贝尔的需求发挥重要作用。这鉴于围绕BECC是否可以满足大多数最大的负排放量,这尤其重要。场景。

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。

来自这个故事的Sharelines
  • 分析:“天然气候解决方案”如何减少对BECC的需求

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