二氧化碳排放和碳足跡

■文 / 郭久亦 翻譯 / 于冰

圖1 一組旨在代表幾個(gè)國家人均碳足跡的足跡圖

眾所周知，全球正在產(chǎn)生越來越多的溫室氣體（greenhouse gas, GHG），主要是二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）。盡管呼吸作用和火山爆發(fā)等自然過程也貢獻(xiàn)了一部分，但溫室氣體主要來源于人類活動(dòng)（如砍伐森林和燃燒化石燃料）的釋放。到目前為止，陸地植物和海洋捕獲了人類向大氣中碳排放的55%，而約45%的碳排放留在大氣中，其中約20%的碳排放將在大氣中停留數(shù)千年。

關(guān)于二氧化碳排放的最新更新

圖2顯示1975年至2018年4月大氣二氧化碳的直接測量值，單位為百萬分之一（ppm，每百萬個(gè)干空氣氣體分子中所含二氧化碳分子數(shù)）。例如，1干空氣分子對應(yīng)0.000400的二氧化碳分子表示為400ppm。數(shù)據(jù)來自美國國家海洋和大氣管理局（N ational Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA）夏威夷莫納羅亞天文臺(tái)。圖2顯示出一種隨時(shí)間而加速的單調(diào)增長。在20世紀(jì)80年代初，平均每年增長0.6±0.1ppm，過去10年的平均增長率為每年2.3±0.6ppm，而2015年至2016年的平均增長率為每年3.5±0.1ppm，這是有記錄以來最高的增長率。

圖3顯示2015年至2019年3月在更精細(xì)時(shí)間尺度上大氣二氧化碳濃度的數(shù)據(jù)。紅色虛線表示月度濃度平均值，黑線表示在校正平均季節(jié)周期后的濃度。最新數(shù)據(jù)是2019年3月的411.97ppm。

圖2 1975年-2018年莫納羅亞天文臺(tái)監(jiān)測的大氣二氧化碳濃度

圖3 莫納羅亞天文臺(tái)監(jiān)測的近期月平均大氣二氧化碳濃度

圖4展示了歐洲在南極洲開展的冰芯項(xiàng)目的大氣二氧化碳數(shù)據(jù)，時(shí)間到80萬年前，包括幾個(gè)冰川時(shí)期。跟蹤了冰河時(shí)期（200ppm的低濃度水平）和較溫暖的間冰期（280ppm左右的較高水平）的二氧化碳水平的峰值和谷值。在整個(gè)過程中，大氣中的二氧化碳含量從未超過300ppm。圖中還顯示與當(dāng)前數(shù)據(jù)的鮮明對比，2017年平均數(shù)據(jù)達(dá)到405.0ppm（黑點(diǎn)）。

2013年，二氧化碳含量有記錄以來首次超過400ppm。最近二氧化碳濃度的不斷上升顯示出其與化石燃料燃燒的關(guān)系是非常穩(wěn)定的，大約60%的化石燃料排放物留在空氣中的簡單前提可以很好地解釋這一點(diǎn)。

圖4 過去80萬年（包括溫暖期和冰期）二氧化碳濃度

表1 燃料排放系數(shù) （數(shù)據(jù)來自網(wǎng)絡(luò)）

事實(shí)上，上一次大氣中的二氧化碳含量如此之高是在300多萬年前，當(dāng)時(shí)溫度比前工業(yè)時(shí)代高2-3℃，海平面比今天高15-25米。

碳足跡分析

碳足跡的概念是指通過土地清理以及能源、食品、燃料、制成品、材料、木材、建筑、運(yùn)輸和其他服務(wù)的生產(chǎn)和消費(fèi)而排放的溫室氣體總量。為便于比較，總排放量用二氧化碳當(dāng)量表示，即對全球變暖產(chǎn)生同等影響的二氧化碳量。就其本質(zhì)而言，我們無法準(zhǔn)確分解碳足跡的不同組成部分。

普通人的大部分碳足跡排放來自“間接”來源，即用于生產(chǎn)遠(yuǎn)離最終消費(fèi)者商品的燃料的燃燒。這與直接燃燒燃料產(chǎn)生的“直接”排放不同，例如在汽車或家中。

對碳足跡的主要影響包括人口、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、能源和經(jīng)濟(jì)碳強(qiáng)度。這些因素是減少碳足跡的主要目標(biāo)。例如，發(fā)電約占二氧化碳排放量的37%。自20世紀(jì)80年代以來，精煉煤生產(chǎn)大大減少了二氧化碳排放量，近年來鋼鐵生產(chǎn)所用能源量減少了50%。

二氧化碳直接排放：能源的碳足跡

能源比例構(gòu)成非常有意思，特別要注意的是煤、石油和天然氣等化石燃料的優(yōu)勢。

由于使用化石燃料發(fā)電，目前電力生產(chǎn)占世界人為二氧化碳排放量的一半。表1顯示了目前世界仍在依靠化石燃料來實(shí)現(xiàn)81.4%的能源生產(chǎn)。由于化石燃料的排放因子要高得多，因此它們占能源二氧化碳排放當(dāng)量的92%。為了減少碳足跡，人類應(yīng)該轉(zhuǎn)向太陽能、風(fēng)能、水電和核能等替代能源。然而，雖然核反應(yīng)堆的發(fā)電成本低并產(chǎn)生可用于海水淡化的大量熱能，但風(fēng)能、太陽能和核能發(fā)電的建設(shè)階段確實(shí)會(huì)有碳排放。

個(gè)人交通

二氧化碳間接排放：產(chǎn)品的碳足跡

在此列出個(gè)人碳足跡的幾個(gè)間接貢獻(xiàn)者：食物

表3 每日膳食平均溫室氣體排放量（千克二氧化碳當(dāng)量）

紡織品

表4 購買每千克紡織品的典型二氧化碳當(dāng)量

水泥

水泥是混凝土的主要成分，而混凝土又構(gòu)成了建筑物的基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)。因此，它占全球二氧化碳排放量的5%，是僅次于水的第二大消耗物質(zhì)。地球上每個(gè)人平均每年消耗3噸混凝土。.

如何減少個(gè)人碳足跡

1.使用非化石燃料能源。

2.在購買產(chǎn)品時(shí)，考慮碳足跡并弄清楚能源效率。

3.通過拼車、步行、騎自行車和使用公共交通來減少駕駛。

4.盡量減少新產(chǎn)品的購買，特別是資源密集型、重包裝型產(chǎn)品。

5.享受極簡主義的生活方式。

6.減少能源使用，如密封加熱和冷卻管道、增加絕緣、拔掉未使用的電子設(shè)備、晾干衣服、白天關(guān)掉不必要的照明、離家時(shí)關(guān)掉燈等。

7.在農(nóng)貿(mào)市場、綠色餐廳和健康食品商店，購買來自當(dāng)?shù)氐挠袡C(jī)植物性未加工食品。通過提前計(jì)劃膳食和盡可能多地冷凍來最大限度減少食物浪費(fèi)。

8.減少用水：購買低流量淋浴和水龍頭，節(jié)水型廁所、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)，檢查泄漏，購買本地耐旱植物等。

9.盡可能回收利用。

10.堆肥食物垃圾。

11.選擇低能量密集型活動(dòng)，例如徒步旅行與跳傘、皮劃艇與動(dòng)力艇進(jìn)行對比選擇活動(dòng)。

12.使用手動(dòng)割草機(jī)而不是電動(dòng)割草機(jī)。用鏟子清除積雪，而不是用電動(dòng)雪犁。不要用電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)吹樹葉。

13.在屋頂安裝太陽能板。

14.在花園里種樹種花。

15.支持氣候行動(dòng)組織。研究你購買產(chǎn)品的生產(chǎn)公司（尤其是持續(xù)進(jìn)行的購買）。如果他們自己不減少溫室氣體排放、不支持應(yīng)對氣候變化的行動(dòng)，那就換家公司吧。

16.了解更多關(guān)于氣候變化的知識(shí)，并與他人分享你所學(xué)到的知識(shí)。

17.鼓勵(lì)和支持社區(qū)中的溫室氣體減排實(shí)踐。

圖5 普通美國人碳排放來源示意圖

圖6 個(gè)人家庭內(nèi)部碳排放示意圖

二氧化碳減排方案

《京都議定書》為批準(zhǔn) 《京都議定書》的工業(yè)化國家減少溫室氣體排放制定了具有法律約束力的目標(biāo)和時(shí)間表。2015年12月，195個(gè)國家在《巴黎協(xié)定》中簽署了一項(xiàng)協(xié)議，在本世紀(jì)末之前將全球氣溫上升限制在工業(yè)化前的水平2攝氏度以下。但究竟有多少國家遵守這項(xiàng)協(xié)議呢？全球溫度沒有減弱的跡象。使用碳補(bǔ)償證書和碳稅進(jìn)行貿(mào)易是非常有效的想法，但是從政治上講，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是曲折的。

從大氣中提取二氧化碳的技術(shù)

國際上已提出許多從大氣中提取二氧化碳的技術(shù)，例如碳捕集與封存（Carbon Capture and Storage，CCS），但到目前為止，數(shù)十億美元的成本阻礙了這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。最近，加拿大卡爾加里的一家公司（碳工程公司）在比爾·蓋茨（Bill Gates）的支持下，在科學(xué)雜志《焦耳》上宣布，該公司的原型裝置可以將二氧化碳從大氣中提取出來，并將其轉(zhuǎn)化為液態(tài)汽油、柴油或噴氣燃料，成本為94美元/噸，而此前的估計(jì)為800美元/噸。然而，在工業(yè)規(guī)模上建造和運(yùn)營該工廠的碳足跡是多少？在所謂的地質(zhì)工程中，任何方案的成本往往都在10億美元的范圍內(nèi)。重新造林或僅僅提供減少森林砍伐的方案難道不是更好、更便宜嗎？

結(jié)論

今天，站在新地質(zhì)時(shí)代的門檻上。發(fā)生的事情是人為造成的。如果人類像往常一樣繼續(xù)使用化石燃料，在未來幾個(gè)世紀(jì)里耗盡其儲(chǔ)量，二氧化碳將不可避免地繼續(xù)上升到1500ppm左右的水平，這對未來來說并不是好兆頭。

在未來的數(shù)萬年里，大氣將不會(huì)恢復(fù)到工業(yè)化前的水平。圖4不僅傳達(dá)了科學(xué)的測量結(jié)果，而且顯示了今天和過去80萬年之間的驚人差異。它還強(qiáng)調(diào)了這樣一個(gè)事實(shí)，即人類具有改變大氣中二氧化碳的巨大能力，從而改變了地球上的氣候。

金星遭受了失控的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致其溫度保持在400攝氏度。它的大氣主要是來自熔融巖石碳循環(huán)的二氧化碳。地球的狀況是“人類世”，也就說是地球人類制造的。人類魯莽地燃燒化石燃料，有沒有想過可能有一天地球最終會(huì)像金星一樣？