盡管大多數(shù)氣候研究人員和活動人士都認(rèn)為,要實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的目標(biāo),就需要采取碳減排的解決方案,但迄今為止,大多數(shù)這些解決方案在短期內(nèi)都被認(rèn)為是不切實(shí)際的,尤其是對中國這樣的煤炭大國而言。
現(xiàn)在,來自哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)和哈佛-中國能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境項(xiàng)目(Harvard-China Project on Energy,Economy and Environment)的研究人員與清華大學(xué)(Tsinghua University)以及中國、澳大利亞和美國其他機(jī)構(gòu)的同事合作,分析了中國轉(zhuǎn)向負(fù)碳發(fā)電的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。
哈佛大學(xué)吉爾伯特·巴特勒(Gilbert Butler)環(huán)境研究教授、該論文的資深合著者邁克爾·麥克爾羅伊(Michael McElroy)表示,這篇論文提出了一個大膽的建議,即中國不僅可以向負(fù)碳能源邁進(jìn),而且可以以一種具有經(jīng)濟(jì)競爭力的方式做到這一點(diǎn)。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院副教授、該論文第一作者陸西(音譯,Xi Lu)表示:“我們所描述的這套系統(tǒng)不僅為長期發(fā)電提供了一種負(fù)碳的替代方案,而且為減少中國的空氣污染帶來了顯著的短期共同利益。”陸還曾是海洋研究所的研究生和博士后。
McElroy,Lu和他們的同事提出的戰(zhàn)略包括兩種形式的綠色能源的結(jié)合:煤-生物能源的氣化以及碳捕獲和儲存。
生物能源是負(fù)碳工具箱中最重要的工具之一。
生物能源來自地球上最好的二氧化碳洗滌器——植物。正如我們大多數(shù)人在小學(xué)學(xué)到的,植物利用光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳和氧氣。儲存在植物中的碳可以通過燃燒重新轉(zhuǎn)化為能量。發(fā)酵,如在生產(chǎn)乙醇時,或者通過一種稱為氣化的過程,將富含碳的原材料轉(zhuǎn)化為一氧化碳、氫和二氧化碳,用于燃料和工業(yè)化學(xué)品制造。
將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源,然后捕獲和儲存廢棄二氧化碳的過程是負(fù)碳發(fā)電最常被談?wù)摰牟呗灾?。它被稱為BECCS——具有碳捕獲和存儲功能的生物能源利用。問題是,在大多數(shù)應(yīng)用中,BECCS的效率不是很高,需要大量的土地來種植為地球提供能源所需的植物,這可能會導(dǎo)致全球糧食和水資源的短缺。
但是,如果有一種方法可以使這個過程更加實(shí)用和有效呢?
Lu、McElroy和他們的國際團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了一個不太可能的綠色能源解決方案:煤炭。
McElroy說:“如果你試圖僅靠生物燃料來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),那么效果并不十分明顯。煤的添加提供了一種非常重要的能源。如果你將生物燃料與煤混合并使其氣化,你就可以在這個過程中開發(fā)出一種純氫源。”
通過模擬生物燃料與煤炭的不同比例,研究人員發(fā)現(xiàn),只要混合燃料中至少有35%是生物質(zhì),而且廢棄二氧化碳被捕獲,那么所產(chǎn)生的電力實(shí)際上會減少大氣中的二氧化碳。按照這個比例,研究人員發(fā)現(xiàn),電力的平均成本將不超過9.2美分每千瓦時。每噸約52美元的碳價,將使該系統(tǒng)在成本上可以與中國目前的燃煤電廠展開競爭。
這一戰(zhàn)略的一個關(guān)鍵組成部分是利用作物殘茬(農(nóng)田收獲后的植物殘茬)作為生物燃料。
在中國,季節(jié)性農(nóng)業(yè)秸稈焚燒是空氣污染的主要來源之一。收集這些殘茬并將其用作生物燃料,不僅能減少二氧化碳,還能顯著改善空氣質(zhì)量。氣化還可以更容易地從中去除空氣污染物。
研究人員承認(rèn),開發(fā)一個收集生物質(zhì)并將其輸送到發(fā)電廠的系統(tǒng)需要時間,但他們辯稱,該系統(tǒng)不需要一次全部實(shí)施。
哈佛-中國項(xiàng)目的執(zhí)行董事、該研究報告的合著者克里斯·P.尼爾森(Chris P. Nielsen)表示:“由于我們調(diào)查了煤炭與生物質(zhì)的整體比例,我們已經(jīng)展示了中國如何能夠逐步轉(zhuǎn)向一種越來越負(fù)碳的能源。首先,少量的生物燃料可以用來減少凈正碳排放。然后,這個體系可能會向碳中和過渡,并最終形成一個負(fù)碳體系。你不必從一開始就完成所有的事情。”
Lu說,這項(xiàng)研究為在中國尋求實(shí)現(xiàn)負(fù)碳能源機(jī)會的決策者提供了重要信息。