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发展海洋低碳技术 挖掘海洋固碳潜力

2019-10-19 00:07:18来源:励志吧0次阅读

海洋覆盖地球表面的70.8%,是地球上最重要的“碳汇”聚集地。据目前测算,地球上每年使用化石燃料所产生的二氧化碳约13%为陆地植被吸收,35%为海洋所吸收,而其余部分暂留存于大气中,因此,利用海洋的固碳作用,发展海洋低碳技术,对实现我国的减排战略目标至关重要。

我们通常把吸收大气二氧化碳的区域称为“碳汇”,反之,向大气释放二氧化碳的区域称为“碳源”。海洋是除地质碳库外最大的碳库,也是参与大气碳循环最活跃的部分之一,海洋的固碳能力约为4000万亿吨,年新增储存能力约5亿-6亿吨。海洋在调解全球气候变化,特别是吸收二氧化碳等温室气体效应方面作用巨大。人类活动每年向大气排放的二氧化碳总量达55亿吨,其中约20亿吨被海洋所吸收,陆地生态系统仅吸收7亿吨左右。因此,通过增加海洋的碳汇能力,发展海洋低碳技术,可以在一定程度上缓解化石能源消费造成的全球气候变化问题,将进一步推进我国经济结构调整,转变经济发展方式,有利于建设资源节约型、环境友好型社会。

海洋有多种固碳方式,包括海洋物理固碳、深海封储固碳、海洋生物固碳、海滨湿地固碳等。

海洋物理固碳,是指通过海洋“物理泵”的作用,使海水中的二氧化碳—碳酸盐体系向深海扩散和传递,最终形成碳酸钙,沉积于海底,形成钙质软泥,从而起到固碳作用。这种海—气界面的气体交换过程以及二氧化碳从海洋表面向深海输送的水动力过程被称为“物理泵”。

水体温度的变化会影响海水中二氧化碳的溶解度,二氧化碳的溶解度随温度的降低而升高,因此,冬春季海水低温期是吸收二氧化碳的“碳汇期”。碳在海流的作用下不断被带入深海,在深海长期储存,达到固碳的效果。

深海封储固碳是另一种固碳的有效方法。由于化石燃料,尤其是煤炭仍是我国最主要的能源燃料,为兑现我国二氧化碳的减排承诺和应对国际贸易可能出现的“碳关税”,解决措施之一就是寻求能够长期大量存储二氧化碳的地方与方法。科学研究发现,在深海,二氧化碳会与水形成一种水化物,外面形成一层固态的外壳,这层外壳限制了二氧化碳与海水的接触;当海水深度大于3000米时,液态二氧化碳表面能形成稳定的水化物外壳,这种方式储藏的气体将足以应对最严重的地震或其他地球剧变,能够保证几千年“安全无逃逸”。

要实现深海注入,首先要解决的问题就是废气中二氧化碳的收集,主要是利用胺溶剂“洗涤”排放的废气,利用专门的二氧化碳隔离装置能收集98%左右的二氧化碳,然后将其液化压缩,再由延伸至海洋深处的管道送至深海隔离。由于液态二氧化碳的比重大于海水,经由管道送入深海后,液态二氧化碳会自动下沉到海床部分。在深海水压之下,液态二氧化碳会沉积不动。专家们预计隔离在深海海底的液态二氧化碳可以稳定隔离2000年以上,因此将二氧化碳注入深海是未来最理想的储藏方法。

海洋生物固碳,是指通过海洋“生物泵”的作用进行固碳,即由海洋生物进行有机碳生产、消费、传递、沉降、分解、沉积等系列过程,从中实现“碳转移”。海洋中的藻类、珊瑚礁、贝类等都有很强的固碳能力。

以藻类固碳为例,地球上的光合作用90%是由海洋藻类完成的。海藻能够有效地利用太阳能,通过光合作用固定二氧化碳,将无机碳溶解转化为有机碳,并且在其初级生产过程中,还需从海水中吸收溶解的营养盐,如硝酸盐、磷酸盐,这使得表层水的碱度升高,将进一步降低水体中二氧化碳的分压。这两个过程促使海洋与空气界面两侧的二氧化碳分压差加大,促进大气二氧化碳向海水中扩散,使海水吸收更多的二氧化碳。目前,大规模人工养殖的海藻已成为浅海生态系统的重要初级生产力。研究表明,海洋大型藻类养殖水域面积的净固碳能力分别是森林和草原的10倍和20倍。据计算,每生产一吨海藻,可固定二氧化碳1.1吨。近几年,我国大型海藻养殖产量每年在120万吨~150万吨左右(干重),换算为固碳量为36万吨~45万吨/年。

海滨湿地固碳也是一种很好的固碳方式。湿地是地球上具有独特功能的生态系统,在全球碳循环中发挥着重要作用。湿地在植物生长、促淤造陆等生态过程中积累了大量的无机碳和有机碳。湿地土壤水分呈过饱和状态,具有厌氧的生态特性,土壤微生物以嫌气菌类为主,活动相对较弱,湿地积累的碳形成了富含有机质的湿地土壤。因此湿地具有较高的固碳潜力。全球沿海湿地的分布面积大约为20.3万平方公里,而沿海湿地每年碳的固定量约为45000万吨。并且沿海湿地大量存在的硫酸根阻碍了甲烷的产生,从而降低了甲烷的排放量。高的碳积累速率和低的甲烷排放量,使沿海湿地大气温室效应的抑制作用更加明显。

我国滨海湿地面积约为6万平方公里,常见的滨海湿地有河口三角洲、滩涂、红树林、珊瑚礁等。在沿海盐沼,大米草和互花米草是主要的植物类型,它们作为固堤造陆植物引入我国,如今已遍及沿海盐沼。涨潮水流经过植物群落后,水流能量大量减弱,水中所携带的大量颗粒物沉降,而在落潮初期的水流速度小,无法使滩面沉积物发生再悬浮,加大了沿海盐沼的沉积速率,从而实现了固碳的目的。

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