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突然火起来的“碳中和”到底是啥?能管住暴雨么?

罕见的暴雨降临河南,3天下完了一整年的雨量,猝不及防间,几十万人受灾。与此同时,几千公里外的欧洲,就在河南暴雨发生的一周前,德国西部和比利时同样遭受着暴雨和洪水侵袭,造成上百人死亡…

罕见的暴雨降临河南,3天下完了一整年的雨量,猝不及防间,几十万人受灾。与此同时,几千公里外的欧洲,就在河南暴雨发生的一周前,德国西部和比利时同样遭受着暴雨和洪水侵袭,造成上百人死亡;加拿大和美国西部,历史最高记录的热浪来袭,原本气候凉爽的加拿大,今夏的气温频频突破40°C。这样的高温下,5台电扇同时吹也不够有效解暑,居民不得不进入专门的冷房,避暑降温。

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美国俄勒冈州专门用于乘凉的冷房(cooling center) 图/路透社


01. 地球不能再热了
很多极端天气似乎都指向一件事——全球气候变暖。相比于前工业时代,地球的大气平均温度上升了1.2°C,二氧化碳浓度增长至原来的150%。你可能将信将疑,1.2°C能成什么气候?不如先从一座冰山说起。
2017年,南极半岛边缘的拉森C冰架上断裂了出一座冰山,人们将他命名为A68。A68的面积将近6000平方公里,堪称史上最大冰山。

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2017年,A68冰山诞生的卫星图像 图/ESA

巨大的面积使它很容易被卫星追踪,于是自诞生起,这座冰山就成了另类网红。人们在社交媒体上分享“每日冰山”,关注着它的实时位置变化。

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A68在2018年5月至8月的位置变化 图/Wikipedia

4年后的2021年4月,人们再也没有了打卡的机会。卫星图像显示,在向北漂流的路上,这座大冰山裂开了。它变成许多碎裂的小块,由于每一块的面积都太小,官方宣布它不再具备追踪价值,将停止追踪。从诞生到消亡,世界上最大的冰山来去匆匆,只存在了4年的时间

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2020年的A68已经狭小单薄了些 图/Wikipedia

A68消失的原因比较复杂,但专家认为海水和大气温度过高,是融化速度加快的一大诱因。这只是冰山消融的一个典型例子,数据显示,从1990年到2018年,地球上冰川湖的数量增加了53%,总水量增加了48%。除此之外,大面积珊瑚礁白化、物种加速灭绝,这都是那1.2°C带来的效应。

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海水温度升高1°C,就会引起珊瑚礁发生大面积白化。图/Wikipedia

如今正在遭受的暴雨和高温呢,也和那1.2°C有关吗?
有关系,但不全是。伴随着冰川消融,越来越多冰雪中封存的固态水被释放出来。这些液态水进入了地球的水循环大军,参与着降水过程。

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冰川融化使海平面升高,越来越多的液态水加入水循环 图/wiki common

气象研究显示,气温每上升1°C,空气的湿度就将增长7%。整个大气层就像个吸饱了水的海绵,如果机会合适,轻轻一挤,大股的水便会涌出来。

“噗嗤”
云托不住那么多的水,降水中的雨量便可能增大,地球也就更可能遭遇暴雨的侵袭。
然而,将某一次具体的天气事件和气候变暖关联起来是不科学的,气候变暖对天气的影响,主要在于改变极端天气发生的概率。

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假如气温升高3°C,地球大部分地区发生暴雨的概率都会升高至少10% 图/nature

无论暴雨、洪水、高温,它们的发生都属于地球上的偶然天气事件,类似于扔骰子。假如说扔到6个点就会发生洪水,那么气候变暖就像增加了6个点的配重,你扔出6个点的几率增大了。

还有件更可怕的事,骰子里6个点的配重还在持续增加。有气象专家预测,如果不加控制,到本世纪末,类似暴雨这样的天气发生的概率将增大为目前的14倍。到那时,极端天气不再是“千年一遇”,如今这样的暴雨虽然“空前”,但一定不会“绝后”。
你看,在地球环境的巨大变革下,没有人能独善其身。全球气候变暖对人类的影响,才真体现出什么叫“人类命运共同体”。
02. 碳达峰 碳中和
留给人类的空间不多了。2015年达成的《巴黎协定》设定了一个目标,到本世纪末将全球温度升幅控制在2°C以内(相比前工业化时期),并力争控制在1.5°C以内。相比于如今的1.2,只有0.3°C的空间。如果二氧化碳的排放量不加控制,这些温室气体聚集在大气层形成的“保温棉被”将越来越厚,气温很快就要超标。

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温室气体聚集就像给大气层盖了玻璃罩,热量无法散出去。 图/NASA

而且,升温相对于二氧化碳量的变化具有滞后性,哪怕二氧化碳已经控制住了,温度在短期内并不会立刻稳定。于是,人类商量出一个对策——碳中和。这个概念最早于1997年提出,近几年的热度不断上升。虽然听起来有些陌生,但靠字面意思就能理解概念的核心。“中和”就是酸碱中和里的那个“中和”,也就是在一段时间内排出的二氧化碳和吸收的二氧化碳相等,正负抵消,净和为零。大到国家、小到企业,陆续承诺了碳中和的目标。

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增加的被减少的抵消,净和为零,这就是碳中和。 图/bing

中国也没缺席。2020年,中国在第七十五届联合国大会上承诺:努力争取2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。
这可不是件容易的事。中国是地球上的碳排放大国,我们的煤化工产业、传统工业模式都导致了大量的二氧化碳排放。

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煤化工企业需要趋于精细化、数字化的升级 图/bing

距离2060年还有40年,如果从现在开始采取应对措施,二氧化碳的排量依然会维持一段时期的上升,然后才能看到措施的收效,迎来碳排量的拐点。
这个拐点就是碳达峰,也就是碳排量的峰值,这是中国未来10年的首要碳排放目标。
碳排放和碳吸收相等,虽然表述起来清晰明了,但细化到具体的实施,排出的二氧化碳到底怎么才能消失?
第一种思路叫“碳吸收”,就是把已经排放到大气中的二氧化碳吸收固定下来。从小学起就常听说的“植树造林”正是一个有效的方式,如今碳汇林的面积正在快速扩大。至2030年,中国森林积蓄量将比2005年增加60亿立方米。

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你种下梭梭树了吗?

除了依靠植物,发展有效的二氧化碳捕获技术,将二氧化碳固定在土地中也是目前在开发的新方式。
只是吸收还不够,另一种方案叫“碳抵消”,也就是采取一些低碳的产能方式,节能减排。用一个行业二氧化碳的减排量抵消另一个行业二氧化碳的排放量。传统的化石燃料燃烧会带来沉重的碳排放负担,节能减排的一个途径,就是改变能源使用的习惯,采用更多的清洁能源。

有没有发现街上跑着的新能源汽车这两年明显变多了?这正是节能减排措施的一部分,用电力代替燃油,能明显减少汽油燃烧时排放的尾气。
至于更上游的发电,还需要将传统的煤电产能大比例地向可再生能源倾斜,比如风能、太阳能、潮汐能等等。

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中国最大的光伏发电基地:青海塔拉滩光伏发电站,占地609平方公里。 图/bing

中国最大的光伏发电基地:青海塔拉滩光伏发电站,占地609平方公里。 图/bing
再比如,通过回收再利用的方式进行工业生产,是相比于从源头加工更低碳的途径。今年东京奥运会的奖牌也都是通过回收金属制成的,意在宣传环保理念。所以,当你主动完成垃圾分类、开始节约用电时,同样走在了碳中和之路。
03. 坐下来聊聊
转变能源结构就像是改变一个从小养成的习惯,真正践行起来并没有写计划那么容易。既要突破传统的模式,看到减排的收效,同时还要稳定住这些产业的经济收益。平衡点该怎么找,是一个需要全社会探讨的议题,更是科学界所面临的挑战。
让清洁能源的开发与利用拥有更成熟的技术、寻找更好用的二氧化碳固定方式、调整煤化工的运作方式……我们需要一个契机,让各领域的科学家集结,发挥各自的专业优势,用一场头脑风暴寻找一个最优解。这样的前沿对话,将影响未来社会的前进方向。

8月1日,由南方科技大学和腾讯公司共同主办的首届“青年科学家502论坛”在南方科技大学开幕。各领域的青年科学家集结,就目前热门前沿的科技议题展开对话。开幕式上发布的“十大科学技术问题”中,有一个就与此相关。
清洁能源、环境保护、气候变化的协同机制如何建立?

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“十大科学技术问题”完整榜单如上

中科院大连化学物理研究所所长、青岛生物能源与过程研究所所长刘中民院士在报告中就这个问题表达了自己的观点:科技创新是支撑实现“碳中和”目标的基础,新一代“能源革命”正在进行中。让如今孤立的能源系统链接成网,用合并同类项的方式提升整体的能源利用效率,构建未来的智慧能源系统。

那些已经成熟的工艺流程,即使已经维持原有模式几十年,依然有创新的空间。
比如,煤炭虽然是黑的,但它并不脏。如果转变已有的模式,在高排放高耗能的关键步骤做升级,减排就将大有成效。绿氢融合媒制烯烃技术就是一个例子,它能节约近一半的煤炭原料,实现二氧化碳减排69.3%。正是煤化工更为清洁、高效的利用实例。
也许很快,你就发现周围的生活悄然发生了改变。从每个人的生活习惯,到工厂的生产模式,有些甚至是你未曾想过的转型。科学家一直在路上,他们会带着最新的科技,让碳中和从计划走向现实。

无标注图片来源网络。
参考资料:
1.https://www.nature.com/articles/d41586-020-02927-9
2. https://www.livescience.com/can-we-stop-earth-from-heating-up
3.https://www.sciencemag.org/news/2021/07/europe-s-deadly-floods-leave-scientists-stunned
4.https://www.un.org/sg/en/content/sg/articles/2020-12-11/carbon-neutrality-2050-the-world%E2%80%99s-most-urgent-mission
5.https://www.bbc.com/news/world-us-canada-57654133

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