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为史蒂文的克罗夫特生物发电厂供能的柳树
在苏格兰的洛克比,作为生物燃料作物的柳树正在史蒂芬克罗夫特生物发电厂旁边生长。E.ON发电站的燃料100%来自当地林地。 ©阿什利·库珀/ Corbis
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2016年4月14日七18

客座帖子:我们需要避免危险的气候变化吗?

杰森·洛厄

杰森·洛厄

04.14.16
杰森·洛厄

杰森·洛厄

14.04.2016 | 7:18am
58必威网 客座帖子:我们需要避免危险的气候变化吗?

詹森教授劳英国气象局知识整合和减缓建议主任,政府资助的首席科学家避免该项目就旨在避免“危险”气候变化的途径的可行性提供了公正的建议。

当人们关注去年12月CoP21的后果时,我经常被问到的一个问题是,将全球变暖限制在比工业化前水平高出2摄氏度是否切实可行?

当我们考虑将全球平均升温控制在2摄氏度以下的可行性时,必须考虑几个方面。

首先是物理气候对可行性的贡献。例如,这决定了给定数量的二氧化碳排放会导致多大程度的变暖,以及如果排放减少或增加,温度变化的速度。要解决问题的这一部分,我们可以利用地球系统模型。这些包含了我们对大规模物理气候系统如何运作的最好理解。

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

可行性的第二个方面涉及减排的技术和经济可行性。为了满足能源需求,同时降低温室气体排放,这种技术能否得到足够大规模的应用?必威体育在线注册这样的技术会被买得起吗?与我们的地球系统模型不同,我们不能依赖物理定律。但我们可以代表我们目前对能源系统和经济运行方式的理解,包括对技术发展速度的看法。必威体育在线注册这发生在能量系统和必威体育在线注册综合评估模型(IAMs)

可行性的第三个方面涉及政治选择和社会障碍的作用。其中一些问题可以通过在我们的气候、经济和能源系统的计算机模型中选择实验设计来解释,比如设定排放峰值或化石燃料排放接近给定水平的时间。必威体育在线注册

显然,可行性的不同方面之间也有联系,例如气候和技术可行性之间或政治和经济可行性之间,这些联系有时至少在某种程度上包括在未来的调查中。

一个大的许多研究,利用一系列不同的IAMs,找到成本有效的途径,至少提供一个50%或66%将全球变暖控制在比工业化前水平低2摄氏度以内的可能性。这篇文章关注的是未来能源使用和排放的一个特殊特点——对生物燃料与碳捕获和存储(简称BECCS)相结合的技术的依赖。必威体育在线注册它提供能量,但也从大气中必威体育在线注册去除碳,首先将其锁定在植物物质中,然后捕获并将其储存在合适的长期储存库中,如废弃的石油或天然气井。

我们需要回答几个关键问题。首先,BECCS需要多少?第二,需要的BECCS数量是否可行而不会引起不可接受的副作用?第三,如果BECCS不能达到所需的数量,这对未来气候和限制变暖的能力意味着什么?

需要多少BECCS ?

其中一个关键的结果联合国政府间气候变化专门委员会5th评估是突出累积碳排放(或全球碳预算)和峰值全球平均变暖水平之间几乎线性关系。BECC的使用允许我们超过累积排放预算,否则将对应于给定水平的峰值变暖。我们可以用我们的大气碳预算将此视为债务,然后通过增强的二氧化碳的去除后来支付给予。

作为联合国政府间气候变化专门委员会5th评估,由世界各地的不同研究人员建立的IAM的排放情景数据库被组装,并且是可用敬研究界。这些模拟提供了不同排放路径特征的视图。

在这些场景中,大约500个非常适合查看整个完整的21世纪和占多种气体。大约200个国家将2100年的升温中值限制在2摄氏度以下。我们看了这个实验集,并对21年这些实验中BECCS去除的碳量做出了估计世纪。

下图显示了不同21的累积分布函数在所有情景中,以及那些将全球变暖限制在比工业化前水平高出2°C以下的情景中,温室气体的排放量都将减少。

捕获

就2C情景的子集而言,碳去除量的中位数约为170千吨碳当量(1Gt = 10亿吨= 10亿吨)或630千吨二氧化碳,而碳去除量为90千吨th分布的百分位数为320 GtC或1200 GtCO2。

为了更好地理解这一点,IPCC第五次评估估计,从前工业化时代到2011年,二氧化碳排放量约为511亿吨二氧化碳当量,即1900亿吨二氧化碳当量。所以在更极端的BECCS情景中,从现在到2100年需要从大气中去除大约三分之二到2011年的碳排放总量。

在许多被考虑的情景中,在模拟的后期,每年的二氧化碳去除量都超过了人类从其他来源排放的碳,因此达到了净负排放。通常这些场景有大量BECCS。

尽管在少数情况下,该数据库中的一些情景可以在没有任何BECCS的情况下将升温控制在2摄氏度以下。然而,其中许多国家的温室气体排放很早就达到了峰值,而且是在今天之前。这不是某种类型的气候科学家修正主义,它反映出许多实验是几年前设计的,迫切需要更多最新的情景,以反映现实世界中最近的排放和能源结构的变化。必威体育在线注册

BECCS的数量是否可行?

BECCS是一个新兴的技术,但在未来几十年的贝尔将来有几个估计的估计。有局限性的生物燃料量和从中提取能量的效率;必威体育在线注册这包括围绕土地和水可用性的不确定性,以及作物产量。在可以部署碳捕获和储存(CCS)植物的速率下,通过包含CCS,CO 2存储空间和泄漏速率,对电力产生的能量罚款进行了不确定性。必威体育在线注册

工作的AVOID2计划由Nem Vaughan和Clair Gough领导的文献中搜索了文献,发现许多IAMS从生物量(例如每年200 eJ的200 ej)设置最大限制的能量限制,而其他IAMS则包括更详细的土地使用造型。必威体育在线注册许多IAM情景假设BECCS采用剩余农业用地的专用雨喂养生物能量作物,假设媒体产量和作物和废物残留物的使用。必威体育在线注册这旨在旨在规避与粮食生产和其他土地使用的竞争问题,但强烈依赖于潜在的社会经济假设。与年度生物燃料作物相比,在未来的工作中,还需要更清楚多年生的潜在使用和相对优点。

据估计,2050年全球负排放潜力为每年0至10亿吨二氧化碳,2100年为每年0至20亿吨二氧化碳。如果BECCS在2020年开始,最大值相当于到2100年减少约900亿吨二氧化碳(245亿吨二氧化碳)。这组作者得出结论,较低的排放量可能是由于气候政策薄弱或没有气候政策、缺乏社会可接受性以及/或BECCS系统未能实现净负排放。

为了超越目前的文献,研究人员组织了一项专家启发性研究,以更详细地了解大规模部署的一些障碍。这项工作强调了BECCS在许多情况下的部署规模是非常巨大的。以更适度的方式实现BECCS的假设可能更现实,从而更好地代表BECCS作为一种可行的减缓气候变化备选方案。在模型中,BECCS被假定为在非常大的尺度上部署的时间尺度同样是乐观的。关于部署速度的假设(应该基于以前的技术吸收速度)取决于确定和利用存储的速度,以及基础设施、治理和政策框架的就位速度。此外,它将影响部署成本,并可能影响社会接受程度和社会反应。

全球净负排放数据中包含着丰富而多样的空间和区域异质性,这些异质性在模型之间和模型内部的不同层次上表现出来,并适用于许多假设,包括存储可用性、作物产量、政治和社会背景,以及必须在全球和当地发挥作用的政策框架。未来地方和区域气候变化的影响可能是重大的,并影响到BECCS链的许多要素,包括生物量的生产和社会接受程度。BECCS方法所涉及的系统的复杂性不应被低估,它是跨组件系统和技术之间、不同行为者网络和供应链之间的集成的特点。

在建模或理论视角和作为一个整体和整个供应链构建和演示BECCS过程的真实世界经验之间仍然存在差距。尽管高度依赖BECCS的未来方案,但该技术仅进入演示阶段。在美国伊利诺斯州的迪凯特有一个大型示范项目,全球约有15个其他试点规模的BECCS工厂。

由Andy Wiltshire领导的避免2的新型工作,使用新的地球系统模型实验进一步看着生物燃料方面的行星限制。该实验使用了众所周知的Hadgem2es模型,该模型可以代表区域气候变化和区域植被的变化以及当地土地表面反应与当地和大规模气候之间的反馈。

第一个关键发现是,BECCS情景中所包含的土地利用排放可能很大,可能会抵消一些潜在的好处,特别是在最初的几十年。这些需要包括在排放途径中。通过对几种情景的分析,该研究得出结论:21世纪BECCS的总负排放不太可能超过640GtC (2346 GtCO2)。而当考虑土地利用变化时,最大净贡献大大减少到130 GtC (476 GtCO2)。最高的总排放量来自假设从2020年起生物能源作物在2100年覆盖18%陆地表面(不包括格陵兰和南极)的高产热带地区迅速扩张的情景。必威体育在线注册最高的净排放来自假设可用的废弃农用地投入生产的情景,在2100年达到土地覆盖的5%。在这里考虑的情景中,区域气候变化对作物产量的影响包括在内,生物燃料产量在气候变化下增加,但存在重要的区域差异。

在CCS没有限制的情况下,在AVOID研究中发现,分配给生物能源作物的土地数量和部署速度对BECCS有很大的限制。必威体育在线注册为粮食生产而争夺土地是一个关键的不确定性。对BECCS可实现量的其他主要限制是收获和封存效率。这项研究的另一个关键发现是,其他的生物物理效应可能非常重要,比如随着土地利用的变化,当地地表反照率和反射回太空的阳光量的变化。在当地,这可以增加或抵消BECCS的冷却潜力,而这种影响通常不包括在生物燃料的考虑范围内。

我们只是开始在BECCS的背景下量化这些影响,为了更好地理解BECCS的能力和副作用,我们还需要进行尽职调查。虽然这一地球系统模型研究是一项令人兴奋的贡献,但我们必须记住,它只使用一个模型,并有许多假设,例如专注于每年的生物燃料作物。它并没有为BECCS提供一个强有力的上限,但它确实补充了一项证据,表明在某些情况下,使用一些更大的剂量可能不那么容易实现,而依赖于此将升温限制在2摄氏度以下显然是一种风险。

没有BECCS会有什么后果?

我们可以在地球系统模型和IAM世界发生的情况下首先考虑这个问题。首先,让我们假设BECCS目前删除的场景中的碳是释放到大气层中。这相当于假设BECCS的能量要求由碳中性来源提供,例如可再生能源供应或必威体育在线注册具有完美CCS的化石燃料。

根据IPCC评估的累积碳排放和变暖峰值之间的关系,我们可以对额外变暖的量进行粗略的估计,该评估称为累积碳排放的短暂气候响应(TCRE)。这是每千吨碳当量的变暖量,在第五次评估报告中,其范围为每1000吨碳当量0.8至2.5摄氏度。把这个和50结合起来th和90年th根据IPCC数据库,在2摄氏度的情况下,BECCS需求的百分位数表明,气温还会上升0.13到0.8摄氏度。然而,如果用没有CCS的化石燃料替代BECCS,那么额外的变暖可能远远大于这些量。必威体育在线注册这是一个非常简单的估计,并没有考虑到更复杂的反馈,比如土地使用转向种植生物燃料时地表反照率的变化。

解决了解没有BECC的后果的替代方法是说仍然需要“远低于2C”变暖限制,并询问是否可以在没有BECC的情况下实现它。

项目已经审查了这个问题,包括欧盟安培AVOID2联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第5次报告也考虑了这一问题th在没有特定技术的情况下,使用实验进行评估。缺乏BECCS并不能阻止的艾玛变暖限制在2摄氏度以下50%或更高的机会,但它往往会把减排成本,与其他措施是必要的,这通常表现为更高的化石燃料的脱碳率。这显然也带来了风险,即其他发电或需求减少技术是否真的能够弥补缺乏足够BECCS的不足。它还提出需要考虑除BECCS外的其他人工去除大气中二氧化碳的机制。

因此,模型的证据表明,如果没有BECCS,将升温幅度限制在2摄氏度以下并非不可能,但它确实再次说明了将升温幅度限制在“远低于2摄氏度”的挑战有多大。现有证据表明,如果不及早采取行动减少排放,世界将越来越依赖于BECCS等人工二氧化碳去除方法。

当然,这些估计来自理想化的模型世界。如果BECCS不能大规模部署,现实世界会发生什么?

答案是我们还不知道。世界各国可以选择稍微放宽2摄氏度的限制,以提供更大的碳预算,或者社会可能会接受挑战,超越低碳技术的推出速度。

或者,答案可能介于上述思想实验的极限情况之间。根据现有的证据,我们可以有把握地说,如果能够尽早而不是推迟大规模减排,就有可能降低未来气候变化超过潜在危险水平的风险。这样做可以减少大规模依赖BECCS或其他可用技术的风险。此外,至关重要也请记住,一系列的社会影响气候的影响和极端天气不是消除即使在最雄心勃勃的减排场景和仍然是一个需要更好地理解如何管理这些持续的风险在地方和地区尺度上获得更好的理解缓解技术,包括BECCS。

来自这个故事的Sharelines
  • 我们需要BECCS来避免危险的气候变化吗?来自Dr Jason Lowe @ metooffice的客座帖子

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