環境與生態

阻止氣候變遷的最後7招

人類是否能從大氣中大量移除二氧化碳,來延緩甚至反轉氣候變遷?

撰文/康尼夫(Richard Conniff)
翻譯/張雨青

環境與生態

阻止氣候變遷的最後7招

人類是否能從大氣中大量移除二氧化碳,來延緩甚至反轉氣候變遷?

撰文/康尼夫(Richard Conniff)
翻譯/張雨青


不久之前,要從氣候變遷的險境中拯救世界,彷彿只要減少溫室氣體排放就夠了,例如以潔淨能源取代火力發電廠、提高車輛與建築的能源使用效率、改用LED光源、少吃肉。力行減碳與發展綠能看似解決之道,即使到了2005年,聯合國的跨政府氣候變遷研究小組(IPCC)都還如此認定。但這樣的策略並未達到當初計畫的成效,全球二氧化碳排放量不減反增,現在看來,就算逐年削減全世界的年度淨排放量,並在2050年達到零排放,都還不足以阻止全球暖化。


為了避免經濟與環境浩劫,氣候專家主張,我們現在必須實施「負」排放。這表示我們每年要從大氣中移除數十億公噸(下文中,「噸」表示「公噸」)的二氧化碳,好比我們非但不能再製造垃圾,還必須持之以恆把過去扔出去的垃圾撿回來。


根據2018年一項由德國麥卡托全球共同資源與氣候變遷研究所(MCC)明克斯(Jan C. Minx)主持的研究,大規模的負排放已成為解決氣候變遷的「生物物理需求」。明克斯等人在《環境研究通訊》(Environmental Research Letters)中撰文警告,世人若希望限制暖化程度在1.5℃以內,現在就要立即行動。地球上幾乎每個國家都贊成將此目標列為2016年巴黎氣候協定的一部份,協定中的措辭則保有彈性,宣稱要「充份低於」2℃。目前的暖化程度約比工業革命前高出1℃,而且每10年會再增加0.2℃。大多數科學家認為,我們若希望保有跟現在差不多的生活,增溫1.5℃就是極限了。而IPCC於2018年一篇特別報告中警告,如欲避免超過1.5℃,我們只剩12年可採取行動。


不跨越紅線的關鍵在於定出「碳預算」。碳預算是在不使暖化超標的前提下,大氣中所能增加的二氧化碳總量。明克斯等人表示,照目前一年約400億~500億噸的排放量來算,如以1.5℃為限,我們排放二氧化碳的額度恐怕只剩五年。之後每多排放一噸,就必須對等收回一噸。他的團隊估計,在2100年之前,全世界需從大氣中移除1500億至一兆噸的二氧化碳,也就是從2050年開始,每年需移除20億~160億噸,而在本世紀末,數字還會大增。


明克斯團隊指出,要達成這個目標,必須從2030年開始建造「數百座」碳捕集與封存設施,我們僅剩11年。這代表我們可能要設置大型機具以抽取大氣中的二氧化碳;或發展生質能源電廠,以輪種樹木做為燃料,並使用機器來捕集二氧化碳,送至地下深處永久封存;或採用低技術的方法,包括復植已砍伐的林木或擴大現有林地,改良農地與牧場的土壤以容納更多碳,以及把可吸收二氧化碳的岩石壓碎鋪在各處。


然而,高科技的捕碳方法大多還在發展初期,不但需要巨額投資,失敗風險高,副作用也不小,例如與良田或野生動物爭地。


即便如此,大規模捕碳似乎仍是我們唯一的選項。2017年《自然.氣候變遷》(Nature Climate Change)的一篇研究論文中,以美國華盛頓大學統計學家賴夫特瑞(Adrian E. Raftery)與其同事觀察當前趨勢(不包括負排放技術)。他們發現,人類若這麼走到世紀末,暖化將達3.2℃(可能範圍在2~4.9℃之間)。《美國國家科學院學報》(PNAS)的一篇研究論文中,德州農工大學氣候科學家徐陽陽與同事稱暖化超過3℃為「災難」,超過5℃就會「威脅大多數人口的生存」。


因此,我們假設本世紀必須實現一兆噸的負排放,從2050~2100年,平均一年需達到200億噸負排放量。那麼,每種負排放方法要分擔多少份額?成本多少?眾多方法競逐土地等特定資源,最佳的配置是什麼?努力削減二氧化碳排放的當下,我們能否凝聚政治共識來追求負排放?


清除大氣中的二氧化碳


在冰島雷克雅維克的外圍山麓,一片滿佈巨石與苔蘚的硬化熔岩平原上,有一部大如車庫的機器正抽著空氣,並透過化學過濾器分離二氧化碳。這台機器利用隔壁地熱發電廠排出的廢熱做為動力來源,把捕集的二氧化碳注入地下700多公尺深,氣體在地下與玄武岩作用變成固體礦石。這是瑞士新創公司「氣候工程」(Climeworks)的傑作,號稱是世界首座二氧化碳直接空中捕集與封存廠,目前一年的回收量為50噸。


「直接空中捕集與封存」或許是通往負排放之路上最直覺的手法:用大量的抽風扇從大氣中抽取二氧化碳並加以封存。科學家預估,本世紀末此技術一年可移除100億~150億噸的二氧化碳,還有專家認為可能達到350億~400億噸。許多氣候科學家憂心,如此信口開河的預測可能會形成僥倖心理:人們也許會認為節能減碳可以暫緩,反正以後總會有救。


2018年《環境研究通訊》中的另一篇文章對除碳方法做了最全面的評論,MCC的傅斯(Sabine Fuss)和同事檢驗了成本、副作用、環境永續性與其他要素,藉此推估七大除碳方法的二氧化碳回收潛力。傅斯等人認為,直接空中捕集法到2050年時,每年只有5億~50億噸的潛力(一般自用車每輛每年平均排放4.6噸二氧化碳),本世紀回收總量僅250億~2500億噸,成本每噸100~300美元。


世界資源研究所(World Resources Institute)的「糧食、森林與水計畫」成員穆利根(James S. Mulligan)表示:「直接空中捕集法並非萬靈丹,也不是個亮眼的除碳方法,甚至還有點糟,但我們需要它。」有的研究人員宣稱能把成本壓低至每噸100美元以下,但達到一定規模所需的時間若拉得太長(例如1950年代應用在人造衛星上的太陽能發電技術,花了60多年才有如今廣大的市場滲透率),明克斯表示:「可能就太遲了。」


直接空中捕集法也極為耗能。美國麻州的烏斯特理工學院(Worcester Polytechnic Institute)化工系教授威爾科克斯(Jennifer Wilcox)表示,若一年要移除100萬噸二氧化碳,需要一座三到五億瓦的電廠,這若是火力發電廠,排放量會比回收量更多;電力若來自太陽能或風力,則要佔用大量農地或未開發的土地。而且100萬噸對於一年200億噸的目標來說,根本是杯水車薪。


此時建造這類電廠,是為了本世紀末能興建更大、更有效率的電廠做準備。但美國勞倫斯利佛摩國家實驗室能源計畫首席科學家艾恩斯(Roger Aines)表示:「若你今天就動手打造2000萬噸等級的空中捕集設施,就是花錢做傻事,因為這會耗費大量太陽能與風電。你要是有這麼多太陽能與風電可用,應該要先供應日常用電,讓火力發電廠關門才對。」畢竟停止新增排放量仍是首要之務。


妥善配置除碳方法


傅斯的研究論文並未單純累加七種除碳方法的潛力,因為當中有些方法會彼此競爭相同資源。例如,造林面積太大,會壓縮生質能源發電廠所需燃料作物的栽種面積,而生質能源發電廠過多,則可能與直接空中捕集法競爭地下的碳封存空間。氣候科學家表示,我們需要把所有方法做最適合的配置。


蘇格蘭亞伯丁大學(University of Aberdeen)土壤與全球變遷學教授史密斯(Pete Smith)表示,要建立方法配置組合最快的途徑之一,是「在既有知識架構上擴大規模,我們懂得種樹,知道如何藉由提升地下水位來復育泥煤地(peatland)。」如此一來,泥煤會抓取二氧化碳而不會釋出。「我們知道怎麼改善土壤含碳量……在這類事情上著力相對容易,也能立刻行動,這讓我們多少有些進展。」


來談談造林吧。說來可悲,隨著樹木被砍伐當柴燒、斷枝殘幹腐爛分解,熱帶森林已成為二氧化碳的發散源而非匯聚處。要使森林回到負排放的陣營,首先要大刀闊斧改革那充斥著非法貿易的木材市場。此外,那些被剷平清空、但耕作或放牧效益不彰的荒廢土地,應該優先做為造林地。根據2015年《自然.氣候變遷》一篇由伍茲赫爾研究中心(Woods Hole Research Center)的賀頓(Richard Houghton)領導的研究論文指出,若有足夠的資金挹注,便可復育500萬平方公里的這類土地,一年可收回37億噸二氧化碳。......