文献阅读 | 负排放技术的人群健康与星球健康影响

题目

Human and planetary health implications of negative emissions technologies

作者

Selene Cobo, Ángel Galán-Martín, Victor Tulus, Mark A. J. Huijbregts & Gonzalo Guillén-Gosálbez

期刊

Nature Communications

时间

2022年5月

一作

单位

Department of Chemistry and Applied Biosciences, Institute for Chemical and Bioengineering, ETH Zürich, Zürich, Switzerland

链接

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30136-7

研究背景

要实现1.5℃温升的气候目标，到2100年全球最多需要从大气中移除高达1万亿吨的二氧化碳（CO₂）。然而，在气候减缓方案中如此重要的负排放技术，其成本和效益却尚未得到充分的评估。已有研究评估了DACCS（直接空气碳捕集与封存）和BECCS（生物质能耦合碳捕集与封存）这两种最有潜力的负排放技术，但现有研究重点关注其成本和碳移除潜力；虽然也有文献量化分析了两类技术的环境影响，但相关结果很难对应转化为可持续发展目标的符合度分析。

 到目前为止，综合考察DACCS与BECCS两类技术及其不同实施方案的人群健康和星球健康影响的研究仍然缺乏。填补这一研究空白将能帮助理解碳移除技术的协同效益和成本效益，并有助于探索次生负面影响较小的气候变化应对方案。因此，本研究使用健康影响评估方法和“行星边界”分析框架，考察了各类DACCS、BECCS技术以及二者耦合技术的生态足迹，并进一步量化为人群健康和星球健康影响。

研究方法

本研究以全球为研究对象，设置了16个不同负排放技术情景，并假设不同情景下全球在2030-2100年均实现每年CO₂净移除量59亿吨。“每年59亿吨”这一数值是基于SSP2-1.9这一气候减缓路径下农林业碳汇以外的负排放措施的年均碳移除数量设定的；该路径下2100年全球温升约为1.3℃。与之对应的基准情景为不采用负排放技术、不避免这部分额外碳排放的相同情景，此时全球温升基于线性推算将相较于采取负排放的各情景增加0.19℃（置信区间：0.11-0.26℃）。

16个负排放情景对应不同的负排放技术组合，如图1所示。其中涉及6种不同的CCS运行能源来源（风能、太阳能、地热能、核能等）、5种不同的BECCS或DACCS或二者组合技术、BECCS技术中两种不同的生物质原料（芒草和杨树）、以及两类不同的碳存储技术（原地封存和异地封存）的组合。不同环节之间的技术可能存在特定组合关系，例如，地热能供能只在低温固体吸附DACCS技术中被考虑；而CO₂的异地存储（Ex situ）只适用于BECCS技术，对应情景被命名为BECCS-EXSITU。

图1. 负排放技术情景设置

注：缩写说明：HTLS-DACCS：高温液态吸附直接空气碳捕集与封存；LTSS-DACCS：低温固态吸附直接空气碳捕集与封存；BECCS0：常规生物质碳捕集与封存技术(CO₂就地存储)；BECCS-EXSITU：CO₂异地存储的生物质碳捕集与封存技术；BEDACCS：BECCS与DACCS的耦合技术；NG+CCS：耦合CCS的天然气；GEO：地热能

本研究结合生命周期分析方法分析了负排放技术的相关生态足迹，包括全生命周期水资源消耗、肥料使用和水污染、空气污染物排放、土地利用和填埋场的有毒物质排放等。在此基础上，通过参考和优化世界卫生组织报告和已有文献的健康影响评估方法、以及此前研究提出的ReCiPe2016影响评估框架，作者计算了BECCS和DACCS技术从原料获取到设备运行、再到CO₂清除和封存各环节所潜在对应的人群健康影响（如图2所示），以伤残调整寿命年（DALY）表示。同时，结合Steffen等人提出的“行星边界”框架，应用并改进相关研究提出的行星边界指标量化评估方法，刻画了各负排放技术应用情景对不同行星边界指标的影响并与相应的安全边界值对比，考察了负排放技术的地球系统影响大小。

图2. 负排放技术人群健康影响的作用链条示意图

注：避免或额外的健康风险的参照是“无负排放技术实行碳移除”的基准情景

研究结果

负排放技术应用的人群健康效益

负排放技术的应用将帮助避免温升相关的健康风险和疾病负担。在无负排放技术和相应碳移除的基准情景下，到2100年的全球温升将相较于有负排放技术的情景升高0.19℃，导致全球范围内平均每年9亿人年的DALY损失。各负排放情景下，负排放技术的实施将通过降低温升避免此部分健康损害，即为负排放技术应用的直接健康效益。

考虑全生命周期内负排放技术应用的各方面潜在健康影响，绝大多数情景下负排放技术的直接健康效益都将明显超过其引致的间接健康损失（图3）。与基准情景相比，负排放技术在避免大量气候变化（本文中即为温升）相关的疾病负担的同时，也可能引致不同程度的间接健康损失，尤其是一次污染物排放导致的空气污染和额外的水资源消费导致相关健康成本。但绝大部分情景下，这种间接成本都明显小于其直接健康效益；尤其是以芒草为原料的BECCS+原地碳封存的负排放技术、基于HTLS的DACCS技术，这两大类技术情景下净效益显著。而以杨树为BECCS原料+异地碳封存的这一技术情景（BECCS-EXSITU-POP LUC CO₂）由于空气污染和水资源利用的间接代价较大，人群健康净效益为负。

图3. 基准情景与各负排放技术情景的人群健康影响对比

a. 不同环境机制的总人群健康影响 b.标准化的货币化健康影响（USD/tCO₂）

通过货币化方法进一步评估负排放技术带来健康改善所对应的经济效益，研究发现，15个有正净效益的情景中负排放技术带来的健康正外部性效果在35~148US/tCO₂不等，约等于负排放技术的标准化成本。这表明负排放技术具有成本有效性和经济可行性，在未来有潜力实现更好的发展。

气候相关人群健康效益的区域分布

作者以HTLS-DACCS情景为例，考察了负排放技术帮助避免的气候变化相关健康风险的区域分布。图4展示了这一负排放情景所避免的6类气候变化相关风险对应的疾病负担在全球不同区域的分布。可以看到，负排放技术健康效益存在明显的区域异质性，其中非洲和亚洲将是从避免的气候影响中获得最大健康效益的地区，占全球总健康效益的98%；其中又有超过一半的效益将位于撒哈拉以南地区。

图4. 负排放技术情景HTLS-DACCS下的气候相关健康效益的全球分布

注：a. 气候相关健康影响的地理分布 b. 相较于地区人口数量的健康效益比率（地区）和各地区健康效益的来源分布（饼图）

此外，从健康效益的具体组成来看，负排放技术应用所帮助避免气候敏感的疾病负担中，有70%来自气候相关的作物产出和相应的营养不良影响，主要位于非洲、亚洲和拉丁美洲地区。避免的疟疾影响为第二位，占全球健康效益的15%，主要受益地区为撒哈拉以南非洲。再次为避免的海岸地区洪灾，相关健康效益占全球总效益的9%，该类效益在东亚和大洋洲最为显著。

对地球系统的影响

不同负排放技术应用对各类地球系统过程和行星边界指标的影响将有显著差异（图5）。相较于无负排放技术的基准情景，各负排放技术情景都将显著降低气候变化相关风险，同时有助于避免越过相应的行星边界。而某一种负排放技术在给某些特定指标带来较显著改进的同时，可能对其他指标产生较显著的不利影响。例如，位于图5下方、在“地球系统过程影响”角度下排名靠后的几乎所有BECCS情景，都将在缓解气候变化相关的大气CO₂浓度变化、辐射不平衡、海水酸化方面有突出的表现，但同时可能带来严重的生物多样性影响以及氮磷污染威胁。与之相反的，大多数DACCS技术在极大程度上避免气候变化影响的同时，对其他行星边界指标的影响也较小、在较为安全可控的范围内。

图5. 不同负排放技术情景对各行星边界指标的影响

注：a. 相较于人类“安全公正空间”（SOS）的地球系统过程影响相对值；b. 不同负排放技术情景对地球系统和人群健康两方面的大小排序（序号越小代表对生态过程影响越小或健康效益越大）。 

缩写说明：CC-CO₂=大气二氧化碳浓度；CC-EI=大气能量不平衡；OA-海洋酸化；TBI-陆地生态系统完整性；BGC-N与BGC-P：农业部门活性氮元素/磷元素施用相关生物地球化学流；FWU：全球淡水使用；SOD：平流层臭氧损耗；LSC：全球土地系统变化。

最后，作者的研究也指出，当分别从人群健康和星球健康这两个角度来评估时，各类负排放技术的优先级排序有较为显著的差异。以芒草为原料的两类BECCS相关技术能够最大程度上避免气候影响、带来最大程度的人群健康效益，但却可能对生物多样性、氮磷管理等地球系统过程有不利影响，从地球系统过程影响的角度来考虑并非最优选择。这也对能源技术选择和多可持续发展目标协调管理提出了更高的挑战。

研究结论

本研究分析表明，负排放技术应用将带来显著的人群健康效益，这对于负排放技术的发展可以是一个重要推力。具体来看，负排放技术带来的碳移除能够避免进一步温升造成的相关疾病负担；绝大部分负排放技术情景将带来正的净健康效益，其货币化数值达到35~148 US$/tCO₂，与相应技术的平准化技术成本相当。

因此，考虑到负排放技术的健康贡献，在未来合理利用负排放技术将能够在不影响其他可持续发展目标的同时缓解气候变化、带来较大的全球健康效益，在考虑间接健康影响和技术成本时仍然经济可行。但在选择负排放技术时，需要综合考虑其人群健康效益和潜在的地球生态过程影响，避免对生态系统的其他方面造成显著威胁；在这一方面，DACCS技术可能较BECCS技术能够更好地实现多目标协同，协调好气候应对与生态系统的可持续发展。

编辑&排版：吴雅珍

相关阅读

点击“阅读原文”浏览小组主页