清华新闻网1月10日电 为实现碳中和目标，有必要在实施深度减排战略的同时部署二氧化碳移除（Carbon Dioxide Removal，CDR）技术，以抵消难减排行业的剩余排放。其中，两种生物质碳移除技术——生物能源结合碳捕集与封存技术（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，BECCS）和生物炭（Biochar）——各有利弊，联合部署或能最大限度地发挥碳移除潜力，同时降低环境影响，但当前没有研究量化联合部署的潜力和经济可行性，阻碍了碳移除的早期和深度部署。
为此，BB贝博艾弗森官方网站核研院能源环境经济研究所滕飞教授课题组和合作团队采用空间显示分析方法和优化模型评估了BECCS和生物炭（Biochar）共同部署战略的前景。1月6日，相关研究成果以“联合部署生物炭和生物能源结合碳捕集与封存技术，以更具成本效益和可持续地推进中国碳中和”（Co-deploying Biochar and Bioenergy with Carbon Capture and Storage improves cost-effectiveness and sustainability of China’s carbon neutrality）为题，在线发表于Cell Press旗下期刊《一个地球》（One Earth）。
图1.土壤和地质限制情况下BECCS和生物炭系统的比较
BECCS是一种领先的碳移除技术，它通过燃烧等过程将生物质转化为电力或其他能源产品，同时以较高效率捕集二氧化碳并封存。然而，BECCS受限于管道基础设施及盆地二氧化碳注入能力，难以满足碳中和减缓路径下的碳移除需求，并面临大规模利用作物残留物或种植能源作物造成土壤退化的风险。生物炭（Biochar）则不受到封存限制，碳通过生物质热解过程被封存在生物炭中，生物炭还田后可以长期不分解，并且产生改善土壤健康等共同效益。然而，生物炭的碳封存能力低于BECCS，并且将与BECCS竞争有限的生物质资源。鉴于BECCS 和生物炭各有优势，二者联合部署有可能在遵守各自限制因素的同时最大限度地发挥碳移除潜力，同时降低对土壤健康和粮食安全的环境影响。
研究结果表明，在单独部署情景下，虽然与生物炭相比，BECCS的碳移除效率更高，但其整体碳移除潜力可能低于生物炭。具体而言，生物炭的碳移除潜力则为1.11Gt CO2/年；而考虑到土壤可持续性、盆地注入率以及管道基础设施限制，中国BECCS的碳移除潜力将从3.31Gt CO2/年下降到0.23Gt CO2/年。
首先，为了维持土壤有机碳含量，部分原料需要还田，这意味着BECCS系统内可用的原料减少。而生物炭则可作为土壤改良剂，保持甚至提高土壤有机碳含量。因此，约25.6%生物质资源所在地区，生物炭的碳移除潜力超过了BECCS（图1）。这种差别在土壤质量较差的地区尤为明显。
其次，可持续的盆地二氧化碳注入率是BECCS的关键瓶颈，超过注入率可能会引发地质灾害。相比之下，生物炭可直接在农田中封存稳定的有机碳，从而避免了地质封存需要。
此外，由于源汇不匹配以及二氧化碳管道基础设施尚未完善，BECCS的近期部署面临挑战，而生物炭则可以就地还田。分析表明，在缺乏二氧化碳运输基础设施的情况下，72.3%的生物质原料应用于生物炭系统将会实现更高的碳移除潜力，进一步结合可持续注入率限制，该比例提升至92.6%。
图2.因地制宜联合部署BECCS和生物炭技术
因此，因地制宜联合部署BECCS或生物炭对于可持续地发挥碳移除潜力至关重要（图2）。一方面，生物炭可以在BECCS封存能力受限时提供碳移除；另一方面，生物炭还田避免了联合部署系统内的农作物残留物直接还田，既维持了土壤可持续性，也提高了生物质资源利用率。结果表明，即使没有成熟的管道网络及能源作物种植，联合部署BECCS和生物炭可实现0.89 Gt CO2/年。随着二氧化碳长距离运输基础设施的建立，联合部署可将中国的二氧化碳减排潜力进一步提高到2.62Gt CO2/年，满足多数1.5°C目标和碳中和目标减缓路径的碳移除需求，成本相比于仅BECCS系统降低约1/5，这是因为生物炭能够避免二氧化碳的长途运输，以较低的成本实现较高的负排放潜力。
该研究还确定了在所有需求情景下部署生物炭的无悔潜力区域，这将带来总计1.12亿吨的二氧化碳移除量。
该研究为中国更经济且可持续地推进碳中和目标提出了一种前景广阔的碳移除技术联合部署策略，得到了国家重点研发计划、BB贝博艾弗森官方网站自主科研计划的资金支持。
研究所邓旭博士为论文第一作者，滕飞教授为论文通讯作者，中国21世纪议程管理中心张贤研究员、中国矿业大学樊静丽教授、国际应用系统分析研究所尼克拉斯·福赛尔（Nicklas FORSELL）高级研究员，以及剑桥大学大卫·雷因（David M. Rein）教授为论文共同作者。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.oneear.2024.12.008
供稿：核研院
编辑：李华山
审核：郭玲
