如果我們將全球氣溫上升限制在工業(yè)前水平以上2度，如《巴黎氣候協(xié)議》所述，這將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)向風(fēng)能和太陽(yáng)能等碳中性能源的過(guò)渡。它將需要負(fù)碳技術(shù)，包括能夠降低大氣中二氧化碳含量的能源。
盡管大多數(shù)氣候研究人員和活動(dòng)家都認(rèn)為，要達(dá)到《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)，需要碳排放的負(fù)面解決方案，但到目前為止，這些解決方案中的大多數(shù)在短期內(nèi)都被視為不切實(shí)際的，特別是對(duì)于像中國(guó)這樣依賴煤炭的大國(guó)而言。
現(xiàn)在，來(lái)自哈佛約翰大學(xué)保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院和哈佛—中國(guó)能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境項(xiàng)目的研究員，與北京清華大學(xué)和中國(guó)、澳大利亞和美國(guó)其他機(jī)構(gòu)的同事合作，分析了中國(guó)向負(fù)碳發(fā)電邁進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。
哈佛大學(xué)的吉爾伯特·巴特勒環(huán)境研究教授、該論文的高級(jí)合著者邁克爾·麥克羅伊說(shuō)：“這篇論文提出了一個(gè)大膽的建議，即中國(guó)不僅可以向負(fù)碳動(dòng)力邁進(jìn)，而且可以以經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的方式實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”
“我們所描述的系統(tǒng)不僅提供了一個(gè)碳負(fù)的替代能源，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)于減少我國(guó)大氣污染也帶來(lái)了顯著的短期共同利益。”清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院副教授和論文的第一作者Xi Lu說(shuō)。Lu曾經(jīng)是海洋研究生和博士后。
McElroy、Lu和他們的同事提出的戰(zhàn)略涉及兩種形式的綠色能源：煤炭生物能源氣化以及碳捕獲與儲(chǔ)存。
生物能源是負(fù)碳能源最重要的來(lái)源之一。
生物能源來(lái)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(chǔ)存在植物中的碳可以通過(guò)燃燒（如焚燒）、發(fā)酵（如生產(chǎn)乙醇）或氣化（氣化）過(guò)程轉(zhuǎn)化為能量，氣化過(guò)程將富含碳的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一氧化碳、氫氣和二氧化碳，用于燃料和工業(yè)化學(xué)品。
將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源，然后捕獲和儲(chǔ)存廢二氧化碳的過(guò)程是人們談?wù)撟疃嗟呢?fù)碳發(fā)電策略之一。它被稱為BECCS，一種具有碳捕獲和儲(chǔ)存功能的生物能源。問(wèn)題是，在大多數(shù)應(yīng)用中，BECCS的效率不高，因?yàn)樾枰罅康耐恋貋?lái)種植發(fā)電所需要的植物，這可能會(huì)導(dǎo)致全球糧食和水資源短缺。
但是，如果有一種方法可以使這個(gè)過(guò)程更加實(shí)用和有效呢？
盧、麥克羅伊和他們的國(guó)際團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了一種不太可能的綠色能源解決方案：煤炭。
麥克羅伊說(shuō)：“如果你只想用生物燃料來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，那就不是很有效了。但是煤的加入提供了一種非常重要的能源。如果將生物燃料與煤結(jié)合，并使混合物氣化，則在這一過(guò)程中基本上可以開(kāi)發(fā)出純氫源。”
通過(guò)模擬生物燃料與煤的不同比例，研究人員發(fā)現(xiàn)，只要混合物中至少有35%是生物量，并且捕獲了廢氣碳，所產(chǎn)生的電力實(shí)際上會(huì)減少大氣中的二氧化碳。在這個(gè)比率下，研究人員發(fā)現(xiàn)電力的平均化成本不會(huì)超過(guò)每千瓦時(shí)9.2美分。每噸約52美元的碳價(jià)格將使該系統(tǒng)的成本與中國(guó)目前的燃煤發(fā)電廠更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。
這一戰(zhàn)略的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是將農(nóng)作物殘?jiān)?mdash;—農(nóng)田收割后的植物殘?jiān)?mdash;—用作生物燃料。
季節(jié)性農(nóng)業(yè)焚燒是中國(guó)空氣污染的主要來(lái)源，農(nóng)民們?cè)谑崭詈蠓呕鹎謇磙r(nóng)田的殘茬。收集這些殘茬并將其用作生物燃料，不僅可以減少二氧化碳排放，而且可以顯著改善該國(guó)的空氣質(zhì)量，氣化還可以更容易地去除廢氣中的空氣污染物。
研究人員承認(rèn)，開(kāi)發(fā)一個(gè)收集生物質(zhì)并將其送至發(fā)電廠的系統(tǒng)需要時(shí)間，但他們認(rèn)為該系統(tǒng)不需要一次全部實(shí)施。
哈佛中國(guó)項(xiàng)目執(zhí)行主任、該研究的合著者克里斯·P·尼爾森說(shuō)：“我們已經(jīng)研究了煤與生物量比率的整個(gè)范圍，證明了中國(guó)如何逐步向越來(lái)越負(fù)碳的能源轉(zhuǎn)變。首先，少量的生物燃料可以用來(lái)減少凈正碳排放。然后，該系統(tǒng)可以向碳中性發(fā)展，最終形成碳負(fù)系統(tǒng)。你不必從一開(kāi)始就完成所有的事情。”
盧說(shuō)：“這項(xiàng)研究為尋求在中國(guó)實(shí)施碳負(fù)能源機(jī)會(huì)的政策制定者提供了關(guān)鍵信息。”
