码脑 | 碳的来处和归途

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“碳排放”是温室效应气体的总称，我们通常将温室气体主要构成部分——“二氧化碳”作为量化指标。因此，“减碳”的本质是在“减二氧化碳”。当前，全球碳排放趋势不容乐观，主要体现在全球二氧化碳排放量经历2020年5%的下降后，于2021年出现了反弹式增长。国际能源署《全球能源回顾：2021年二氧化碳排放》指出，2021年全球二氧化碳排放高达363亿吨，绝对增幅超过20亿吨，相比2020年增幅6%。

2021年，诺贝尔物理学奖得主真锅淑郎（Syukuro Manabe）提出的辐射对流平衡模型量化了二氧化碳对气温的影响，指出二氧化碳浓度翻倍会导致全球升温2.36摄氏度。全球变暖的趋势已经为人类的日常生活带来威胁，最显著的是极端高温问题导致粮食减产。据2017年《国家科学院学报》的研究显示，全球平均气温每升高1摄氏度，全球小麦、水稻、玉米和大豆平均产量将下降3-8%；相比2020年，遭遇粮食危机或粮食不安全的人数在2021年增长近4000万人。温室效应正在对全球范围的生态环境产生巨大影响，“减碳”行动刻不容缓。

2016年各国签署的《巴黎协定》让人类应对气候变化问题开始从科学认知上升到政治共识。我国积极响应《巴黎气候变化协定》，继提出“3060目标后”对具体路径做出了明确部署，促进产业和能源结构优化、鼓励绿色低碳技术的研发与普及，体现出我国对应对气候变化的坚定承诺。

01 “减轻”和“抵消”路径助力碳中和

从2006年“碳中和”被牛津字典评为年度词汇，到2021年第26届联合国气候变化大会上，联合国秘书长古特雷斯呼吁各国立即采取行动，到2050年真正实现碳中和目标，“碳中和”的重要性不言而喻。

那么，什么是碳中和？“碳中和”是指在一定时期内，通过节能减排以及植树造林，抵消生产生活中直接或间接产生的二氧化碳，实现相对零排放。从这个原理出发，实现碳中和的基本思路可以粗略地划分为“减轻”路径和“抵消”路径。

所谓“减轻”，就是通过各种方法减少温室气体的排放，具体可以用4个“R”概括：减排（reduce）、回收（recycle）、替代（replace）和复用（reuse）。通过减少煤炭、石油等化石能源的消耗，改进技术提高能源利用效率，用风能、太阳能、核能等可再生清洁能源替代化石能源等方式，我们可以努力减少碳排放的增量，从而实现碳中和目标。

然而，无论我们采取何种减排方式，都很难真正实现零排放。于是，“抵消”路径应运而生。“抵消”的基本思路是，首先建立碳市场，市场中的部分企业通过采用节能减排技术，让自身最终碳排放低于其获得的配额，进而可以通过碳交易市场向出现配额赤字的企业出售多余配额，从而使得总体碳排放量下降。

我国也在积极建设碳排放市场：根据生态环境部数据，从2021年7月全国碳排放权交易市场正式开市算起，截至当年12月31日，全国碳市场已累计运行114个交易日，碳排放配额累计成交量1.79亿吨，累计成交额76.61亿元。按照我国约7吨的年人均碳排放量计算，全国碳市场的交易配额总额相当于上海市常驻人口一年的碳排放量。

1990~2019年中国人均二氧化碳排放趋势图

数据来源：IEA

02 计算碳足迹的两种方式

‍碳足迹就像一个“脚印”，记录我们所有产生碳排放的行为。二氧化碳的排放，源自化石燃料的使用，比如石油、天然气等，使用越多的化石燃料，碳足迹“脚印”就越大。虽然碳足迹的计算是个较复杂的过程，我们还是可以根据一些方法粗略估算出自己对环境产生的影响。根据国家自然资源部发布的碳足迹计算方法，目前常用的有两种：

一、生命周期评估（Life Cycle Assessment）法

按国际标准ISO 14040/44定义，生命周期评估可以用来衡量产品或者服务在生产、使用和废弃处置过程中给环境带来的影响。

生命周期评估包括以下四个阶段：

1. 目的与范围确定（Goaland Scope Definition），将生命周期评估研究的目的及范围予以清楚地确定，使其与预期的应用相一致。

2. 存货分析（Inventory Analysis），编制一份与研究的产品系统有关的投入产出清单，包含资料搜集及运算，以便量化一个产品系统的相关投入与产出，这些投入与产出包括资源的使用及对空气、水体及土地的污染排放等。

3. 影响评估（Impact Assessment），采用生命周期存货分析的结果，来评估与这些投入产出相关的潜在环境影响。

4. 解释说明（Interpretation），将存货分析及影响评估所发现的与研究目的有关的结果相结合，形成结论与建议。

二、 通过所使用的能源矿物燃料排放量计算

由于经过严密计算的数据也许并不能帮我们直观地了解到“碳足迹”产生的影响，那么就先举个例子来描述一段碳足迹产生的过程：

你可能会认为，开车产生的碳排放，仅仅来源于发动机，其实，你还忽略了把燃料运送到加油站过程中的碳排放——从最开始化石燃料开采所需的能量，到燃料的精炼，再到最终运送到加油站，都会产生碳排放，更不用说一开始的汽车生产制造环节，其产生的碳排放远超我们想象。

那么，减小碳足迹会带来哪些积极影响呢？

减少碳足迹会带来的影响	为什么很重要？
减轻全球气候变化的影响	减少温室气体排放可以减缓温度和海平面上升、冰融化和海洋酸化的速度。
改善公共卫生	减少温室气体排放可以降低极端天气事件发生的可能性和严重性，改善空气和水质，保持生物多样性，并支持健康的食品供应。
提振全球经济	减少温室气体会促进经济发展，尤其是当创新解决方案有助于保护我们的星球、应对气候变化并以清洁能源为基础时它会带来经济回报。
保持生物 多样性	减少温室气体排放可以减缓气候变化的影响，从而减轻植物和动物的适应压力。

虽然想要消灭碳足迹几乎是不可能的，但这不妨碍我们去思考自身行为和选择，尽可能地减小碳足迹，为地球做出一份微小但有意义的贡献。

03 什么是碳捕捉

根据麦肯锡的报告，至少到2050年，人类的主要能源来源仍将是产生大量碳排放的化石能源，与此同时，全球人口的增长也意味着能源需求的不断增长。在此背景下，为了应对气候变化，科学家们提出了不同的方法：碳捕获与封存（carbon capture and storage, CCS）技术旨在将二氧化碳从工业或相关排放源中分离出来、封存、并长期与大气隔绝，但过高的成本限制了该技术的大范围应用。相比之下，“碳捕捉”技术（carbon capture and utilization, CCU）则展现了截然不同的路径。

和将二氧化碳永久封存的CCS技术不同，“碳捕捉”技术旨在捕获二氧化碳、并将其作为用来生产含碳的产品（如燃料等），这一过程可能产生三种结果：

1. 当二氧化碳随着上述产品的消耗，比如燃料的燃烧，再次进入大气层中，这就形成了正的碳排放；

2. 当二氧化碳在上述过程结束后，又被再次捕捉并存储到地下，这便形成了负的碳排放；

3. 最理想的情况下，当二氧化碳被再次捕捉后，碳原子被无限循环利用，这就形成了循环经济体系，实现了碳的净零排放。

不过，当前碳捕捉技术的发展仍旧任重道远、仍有一系列问题亟待解决，比如，如何直接从空气中收集二氧化碳并将其提纯？捕获和利用二氧化碳的过程本身是否具有能源效率呢？此外，CCU技术的发展还需要大量的资金投入。而这些都是我们需要采取行动以加以回应的问题。

04 我们可以怎么做？

我国正步入全面绿色低碳发展的新阶段，对于企业和个人来说，从食品运输、能源消费，到垃圾处理等，各方面都在提倡“共同塑造可持续发展的未来”。气候变化是作为一个全球性议题，要有效地、经济地采取行动，我们必须考虑全球排放。普华永道中国在《【国企改革观象台】：应对气候变化，助力企业走向碳中和》报告中指出，“为落实碳中和目标，企业应考虑设立与国家政策一致的减碳目标，并结合自身发展制定可行的碳中和路线图。”

第一步：核算碳足迹

使用科学的方法如生命周期评估法（LCA），准确计算出企业自身和产品链的排放；

第二步：降低碳排放

在全面评估碳排放的基础上，识别企业主要能耗的源头，通过制定科学高效的方法降低碳排放，实现低碳运营。

例如，通过自然或人工的手段——碳汇，吸收和清除大气中的二氧化碳。

海洋和森林就是天然碳汇，它们可以通过一系列自然过程从大气中吸收二氧化碳。其中，海洋被认为是主要的天然碳汇，因为它能够吸收排放到大气中的大约50%的碳，尤其是浮游生物、珊瑚、鱼类、藻类和其他生物的光合作用，可以捕获和存储大量碳。

在森林和其他林地地区，碳封存是通过植物的光合作用完成的。植物可以从大气中吸收二氧化碳，储存其中的一部分碳，并将氧气返回到大气中。

不过，天然碳汇也存在一定限制。当它们对碳的吸收超过最大限度时，会导致海洋酸化等负面问题。

经过长期研究，我国科研人员已开发出众多行之有效的人工碳汇技术。然而，当面临极端天气和自然灾害时，现有的技术还不足以应对特发情况。碳汇功能的稳定性、有效性、经济性还待经过长期实验后，才能得以实施。虽然碳汇不能解决全部问题，但它依旧是应对气候变化的重要手段。使用可再生能源、逐步放弃对化石燃料的依赖，是当下全球的共识。

第三步：实现碳中和

实施广泛的碳补偿组合项目，包括碳捕获及封存项目开发、控制甲烷等可持续的再生能源开发等。

当前的能源消耗方式，是导致气候变化的主要原因，碳中和有助于改变我们的习惯，促进碳减排和可再生能源增长。近日，源码视频号将持续更新双碳系列栏目，希望帮助你更好地了解“双碳”的意义，助力达成全球可持续发展的目标。

读完文章，你还有想要了解的“双碳”知识吗？欢迎在评论区留言，写下你的感想与我们互动。我们将持续聚焦“双碳”，推出更多科普知识。

参考文献

[1] Al-Mamoori, A., Krishnamurthy, A., Rownaghi, A. A., & Rezaei, F. (2017). Carbon capture and utilization update. Energy Technology, 5(6), 834–849. https://doi.org/10.1002/ente.201600747 

[2] Chuang Zhao, Bing Liu, Shilong Piao, Senthold Asseng. (2017). Temperature increase reduces global yields of major crops in four independent estimates. Agricultural Sciences, Sustainability Science, 114(35),9326-9331.Retrievedfrom: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1701762114

[3] Grace Smoot. 4 Main Reasons Why Reducing Your Carbon Footprint Is Important-Impactful Ninja. Impactful Ninja. website. Retrieved from: https://impactful.ninja/why-reducing-your-carbon-footprint-is-important/.

[4] International Energy Agency (April 2021) Global Energy Review: Assessing the Effects of Economic Recoveries on Global Energy Demand and CO2 Emissions in 2021. IEA Publications. website. Retrieved from: https://www.iea.org/reports/global-energy-review-co2-emissions-in-2021-2

[5] Scott Nyquist (Novemebr4, 2016) Energy 2050: Insights from the ground up. McKinsey&Company. website. Retrieved from: https://www.mckinsey.com/industries/oil-and-gas/our-insights/energy-2050-insights-from-the-ground-up

[6]《全国碳市场第一个履约周期顺利结束》[OL] 国家生态环境部, 2021-12-31. https://www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202112/t20211231_965906.shtml

[7] 林岩銮,《从辐射对流平衡到全球气候模式——诺奖得主真锅淑郎工作解读》[OL] 现代物理知识杂志, 选自《物理》2022年第12期, 2022-02-05.

[8] 国家统计局, 《第七次全国人口普查公报（第三号）》[OL], 2021-05-11. http://www.gov.cn/xinwen/2021-05/11/content_5605779.htm

[9] 自然资源部,《计算碳足迹的基本公式》[OL],2010-03-29. http://www.mnr.gov.cn/zt/hd/dqr/41earthday/dtsh/gytpf/201003/t20100329_2055427.html

[10] 中国经营报, 《国务院发布碳达峰行动方案：实施“碳达峰十大行动”，选取100个城市园区试点》[OL], 2021-10-26.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1714691927165001393&wfr=spider&for=pc

[11] 普华永道中国,《【国企改革观象台】：应对气候变化，助力企业走向碳中和》[OL].https://www.pwccn.com/zh/blog/state-owned-enterprise-soe/addressing-climate-change-and-helping-companies-to-become-carbon-neutral-jan2021.html

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