气候

用树发电的BECCS技术:气候救星还是生态梦魇?

用树木作为发电燃料并将碳排放物储存在地下,是被寄予厚望的“负排放”技术。但全球森林以及其中的生物多样性能否支撑这一技术愿景?
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上一个冰河时代结束时,山毛榉森林 (beech forests)曾遍布整个欧洲。如今只有零星的存在,例如在罗马尼亚的辛卡。图片来源:Alamy
上一个冰河时代结束时,山毛榉森林 (beech forests)曾遍布整个欧洲。如今只有零星的存在,例如在罗马尼亚的辛卡。图片来源:Alamy

试想一下,如果一座电站发电的时候不仅不会产生碳排放,反而会从空气中吸收二氧化碳,烧的燃料越多,就越能够帮助降低大气中温室气体的含量。再试想一下,如果这样的发电站遍布全球,发电的同时还能给气候降温。这样一来,就可以一箭双雕地解决能源和气候问题。听起来,这是不是像魔法?或许,它的确是魔法。

这是一个寒冷的秋天的早晨我站在英国最大的电站德拉克斯电站(Drax)外得到的承诺。电站首席执行官威尔·加德纳尔(Will Gardiner)相信,到2030年这座电站将实现“负碳排放”。其他国家也在悄悄地做出类似的承诺,其中包括正在内蒙古试点建设一座此类电站的中国。

这个技术梦想让联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的一些科学家相信,类似德拉克斯这样的电站可能很快就会从空气中大规模地吸收二氧化碳,从而避免在本世纪晚些时候全球升温超过2摄氏度的灾难。

该技术的原理是彻底改变电站所使用的原料和排放物,将燃料从煤炭改成“可再生”的木材,并捕获由此产生的排放,防止其进入大气。这种技术被称为生物能结合碳捕获与封存技术,简称BECCS。

燃烧、掩埋、种植,循环往复

德拉克斯电站坐落在英格兰东部,每一个到访那里的人都会看到它那12座巨型的冷却塔。这座电站的发电量占英国发电总量的十分之一。德拉克斯电站不久前使用的还是附近塞尔比(Selby)煤田开采的煤炭,但现在主要燃烧从美国南方进口的木屑颗粒。最后一座锅炉的改造将于2021年完工。

德拉克斯方面称这能让电站实现碳中和。燃烧木材当然还会产生二氧化碳,但理论上讲,美国种植园每砍下一棵树作为电站的燃料,都会种上另一棵树来替代它。随着新树的生长,它最终从空气中吸收的二氧化碳将与原本那棵树燃烧释放的量相同。尽管砍伐树木并将其运往大西洋彼岸的过程可能会产生一些额外碳排放,但整体来说这一过程产生的净排放接近于零。这个说法得到了英国政府、欧盟和联合国碳分析师们的认可。

德拉克斯电站的燃烧材料存放处鸟瞰图。图片来源:Alamy
德拉克斯电站的生物质燃烧机组。图片来源:Department of Energy & Climate Change

但这只是第一步。下一步是将德拉克斯从碳中和变成负排放,方法是在二氧化碳被排放之前将其捕获,然后通过液化,缩小其体积,之后再将其安全地掩埋在地下。碳捕获与封存(CCS)技术得到了小规模验证,但从未有真正的发电站使用该技术去捕获每年产生的数百万吨二氧化碳。这又是一大进步,尽管可能非常昂贵。

一些人认为这家企业这么做完全是在“洗绿”,从而为了让自己的高污染电站继续经营。这些电站本身就是问题的一部分,而不是解决方案。尽管如此,仍有CCS试点项目正在建设中。据国际能源署预测,目前全球约有30个此类项目,大多在北美和中国。而中国内蒙古的毛乌素电站项目已经投建多年。

德拉克斯称其计划成为首家将生物质燃烧与CCS相结合、进而实现负排放的大型电站。公司今年早些时候宣布将在2030年之前建成一座试点电站,电站燃烧碳中和木材所排放的二氧化碳将被收集起来埋在北海底部的旧有油田里。德拉克斯称这样的系统意味着它燃烧的每一棵来自美国的树木,其吸收的所有二氧化碳都将永远不会再回到大气中。为了供德拉克斯发电,种的树木越多,就越能降低大气温度。

生物多样性影响

那么,这究竟是技术和气候上的一个终极解决方案,还是一个地球工程白日梦?回答这个问题可能不仅要站在电站的角度,也要站在全球森林的角度。

树木正日益被视为解决气候变化的一个重要部分。树木通过光合作用从空气中吸收碳,一棵树有一半的生物量是碳。森林砍伐增加了大气中的温室气体,所以多种树可以逆转这一过程。

IPCC认为,如果不扩大森林和其他自然碳汇,联合国将全球变暖控制在2摄氏度以下的目标将不可能实现。今年在达沃斯举行的世界经济论坛呼吁全球将种植一万亿棵树做为目标。而中国则一直在带头推动联合国基于自然的气候变化解决方案,并表示已经恢复了约3000万公顷的森林覆盖。中国还通过“一带一路”倡议向邻国传授自己在这方面的专业经验,例如,帮助巴基斯坦在中巴边境开辟了数千块苗圃,推进“百亿棵树(billion-tree tsunami)”项目,并计划推广到哈萨克斯坦、伊朗和土耳其。

这种方法的危险之处在于,全球大多数森林将从生物多样性丰富的天然林变为单一栽培的速生林。

一些人将这种全球造林战略称为地球工程,因为这是在人为控制全球碳预算来阻止气候变化。还有人则认为这不过是生态恢复。无论如何,全球造林需要土地,需要很多土地。

研究人员认为,这样的土地是有的。美国环保团体大自然保护协会的苏珊·库克-巴顿(Susan Cook-Patton)估计,以前曾是森林,且目前没有用于农业或人类居住并且可重新造林的土地有近7亿公顷,足以在2050年之前捕获700亿吨碳。批评人士指出,如此巨大的土地需求可能对当前和未来的土地利用产生难以预料的影响——例如占用耕地。

即便是如此大面积的全球造林也只是权宜之计,无法消除或扭转化石燃料持续燃烧释放的二氧化碳造成的损害。库克-巴顿的新森林只能吸收相当于七年的排放量。一旦可用的土地都种上树木,全球就不能再种植碳汇。这么做可以争取一点时间,但不是长远之计。

除非我们有办法收割这些树木,腾出空间种植更多的树,同时又不能让现有树木储存的碳回到空气中。有人建议将木材制作成可以传世的家具,但市场相当有限。这些木材更有可能被烧掉换取能源,并用其利润建造化工厂和管道,从而捕捉和掩埋燃烧木材产生的二氧化碳。

但要达到改变全球气候的程度,仍需要种大量的树,不断栽种、生长、砍伐,并准备进行下一轮种植。这种方法的危险之处在于,全球大多数森林将从生物多样性丰富的天然林变为单一栽培的速生林。如果你对森林、生态或生物多样性有了解,就知道这样并不好。生态学家的全球造林美梦可能会变成一场乏味的被碳工厂所占据的噩梦。

新西兰的松树种植园。图片来源:Alamy

批评人士称,只要是砍伐森林用于发电的地方,这一现象已经初现端倪。

德拉克斯带我去看了密西西比、北卡罗来纳和路易斯安那州那些为电站供应木材的森林。那里的护林人向我保证,德拉克斯的做法既有利于企业,也有利于森林。“德拉克斯的到来帮助美国南方地区保住了森林覆盖。”佐治亚大学(University of Georgia)林业系主任、德拉克斯顾问戴尔·格林尼(Dale Greene)说。“如果我们砍伐的多,种的也就越多,森林中的碳也越多。”该公司声称自己的作业达到碳中和也正是基于这一点。

但还有其他问题。如果德拉克斯关闭,其在美国的森林被清除,谁该为此负责?另外,时间滞差如何解决?为了代替被砍伐和焚烧的树木而新栽的树木需要几十年才能再次长成并将排放的二氧化碳吸收掉。“在此期间,额外升高的气温将导致冰川和冻土层融化等变化,”马萨诸塞州塔夫茨大学(Tufts University)的威廉·穆莫(William Moomaw)说。而且据生态学家们说,为了满足德拉克斯的木材需求,樱皮栎等美国南部腹地古老的原生硬木树种正在系统地被速生的松树所取代。

欧盟鼓励发展可再生能源已经造成高达42%的被砍伐树木作为燃料被烧掉。而且这样的操作往往看起来并不可再生。在斯洛伐克,砍伐的树木比重新种植的树木多50%。这一差值(约350万立方米)几乎全部用在了燃烧供能或供暖。“这些数字背后是被破坏的自然生态系统,是狼、熊、鹿和其他动物曾经拥有一份宁静的地方,”当地一个名为狼(WOLF)的环保组织成员彼得·萨博(Peter Sabo)说,该组织致力于保护斯洛伐克的森林。2017年,200名科学家在给欧盟的信中坚称“从森林生物量中获得的生物能并不是碳中和的。”

与此同时,亚洲、韩国和日本也在大量采购用来生产木屑的木材。住友商社已经签署合同,为福岛周围的“碳中和”电站购买美国的松树。2011年福岛核电站曾因海啸发生泄漏。在中国,许多人认为最近宣布的到2060年实现碳中和的计划可能引发BECCS的开发热潮。

碳捕获与封存背后的技术仍在发展之中,能否帮助我们迎来发电负排放时代还有待分晓。但生物质发电热潮对森林的潜在影响已经非常明显。

弗雷德·皮尔斯的下一本书《一万亿棵树》(A Trillion Trees)将于2021年年中由Granta Books出版。

翻译:YAN