通过脱碳控制全球平均温度

Original 物理化学学报物理化学学报WHXB 2022-05-11

收录于合集 #CO2还原专刊 12个

第一作者：Frits M. Dautzenberg

通讯作者：Frits M. Dautzenberg

通讯单位：Serenix Corporation, USA

注：此论文是“CO₂还原”专刊邀请稿，客座编辑：中国科学院化学研究所刘志敏研究员、北京化工大学孙振宇教授

引用信息

Dautzenberg Frits Mathias, 路勇, 徐彬. 通过脱碳控制全球平均温度. 物理化学学报, 2021, 37 (5), 2008066.

doi: 10.3866/PKU.WHXB202008066

Frits Mathias Dautzenberg, Yong Lu, Bin Xu. Controlling theGlobal Mean Temperature by Decarbonization. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37 (5), 2008066.

doi: 10.3866/PKU.WHXB202008066

主要亮点

综合考虑受控于太阳活动的大气H₂O含量和人类活动相关的CO₂排放因素对全球平均温度（T_e）的影响，建立了更精确的T_e预测模型，可以分析过去、当前和未来大气中CO₂和H₂O含量并可计算出相应的T_e。本模型预测，依据将较基准情景（business-as-usual，BAU），到2050年T_e 可能上升至15.5 ℃；通过合理的绿色技术行动方案，T_e 可能降至约14.2 ℃，预测未来30年CO₂可减排513 千兆吨。要强调的是，全球变暖的成因和预测应该视为开放的科学问题，因为涉及与全球变暖相关的物理过程的多个问题仍然无解。

研究背景：意义、现状

建立能可靠预测全球平均温度（T_e）的方法，对于寻求政治和全球合作以及大量财政资源来推动CO₂减排至关重要。基于可预见的若干年内CO₂排放量不能显著降低这一假设，目前的气候模型似乎都预测T_e将会持续上升。然而，将大气中的CO₂作为多因素地球气候系统的唯一变量，来关联观察到的温度异常，很可能过于简单化了，因为大气中H₂O的存在是至少应该要考虑的。本文基于地球平均温度观测值和热力学数据，建立了更精确的预测模型。对将较基准（business-as-usual，BAU）、更激进的Plausible和Drawdown 情景方案，运用本模型分别预测了未来30年的CO₂减排量。

核心内容

1 全球平均温度（T_e）精准预测模型

基于地球平均温度观测值和热力学数据，建立了新的预测模型，即：T_e (℃) = a × [10⁻⁶(v) H₂O] + b × [10⁻⁶(v) CO₂], 其中 a = 2.696 × 10⁻³ ℃/(10⁻⁶(v))（观测值）或 a = 2.623 × 10⁻³ ℃/(10⁻⁶(v))（热力学计算值），b = 1.065 × 10⁻² ℃/(10⁻⁶(v))（观测值）或 b = 1.052 × 10⁻² ℃/(10⁻⁶(v))（热力学计算值）。

图1 基于大气中H₂O气和CO₂浓度观测值建立的 T_e预测模型

2 未来30年CO₂减排预测

本模型预测，依据将较基准情景（business-as-usual，BAU），到2050年T_e 可能上升至15.5 ℃；通过合理的绿色技术行动方案，T_e 可能降至约14.2 ℃，预测未来30年CO₂可减排513 千兆吨。绿色技术应用场景包括诸如各种CO₂减排行动，碳捕获，矿化以及生物碳生产等，其中至2050年CO₂减排的主要贡献将来自于电力、农业和运输行业。另外，也对更激进的Plausible和Drawdown 方案进行了分析，预测未来30年CO₂可分别减排1051 和1747千兆吨，但这些方案可能会减少全球粮食生产。

图2 本模型基于不同情景方案的2050年大气CO₂浓度预测

结论与展望

受控于太阳活动的大气H₂O含量是T_e的首要决定因素，其次才是与人类活动相关的CO₂排放，而CO₂排放将来可能降低。本文综合分析历史上大气中H₂O和CO₂含量并与T_e关联，建立了更精确的T_e预测模型。通过碳捕获，矿化以及生物碳生产等合理的绿色技术行动方案，本模型预测2050年T_e 可能降至约14.2 ℃，未来30年CO₂可减排513 千兆吨。但是也要指出，全球变暖的成因和预测应该视为开放的科学问题，因为涉及与全球变暖相关的物理过程的多个问题仍然无解。例如，太阳活动耦合米兰科维奇（Milankovitch）循环扮演的角色就没有完全理解。还有，海洋对CO₂的吸收和火山活动等其他因素的影响，可能无法忽略。