對玉米、小麥等重要的糧食作物來說，在其不同的生長階段有著不同的適宜溫度需求。升高1℃，就會意味著可能有全球一部分人群口糧的消失。

氣候變化之下，糧食危機已經成為一個亟需面對的共同話題。然而，在復旦大學環境科學與工程系青年研究員王戎的視角下，農作物畝產量的減少，則會進一步威脅到氣候變化。一條必然卻又被忽視的路徑是：作物秸稈是清潔生物質能源的重要來源，其生物量的多少受氣候變化影響；生物量的減少，最終又會阻礙我們利用作物捕獲和封存碳并以此限制全球變暖。

“負碳減排技術的反饋對未來氣候變化的長期趨勢存在顯著影響，由于受氣候變化的負面效應，糧食產量和BECCS（注：生物能源碳捕獲和儲存技術，是國際上目前認為潛力最大的負減排技術）減排潛力同時下降，導致無法實現《巴黎協定》的2°C目標，并威脅全球的糧食安全。”近日，王戎在接受澎湃新聞（www.kxwhcb.com）記者專訪時如是表示。

氣候變化與BECCS生物質畝產量的反饋機制示意圖。

實際上，在應對氣候變化、保護生態環境等多重問題日益受到重視之下，碳捕集利用和封存(CCUS)技術已成為各界關注的焦點。理論上來說，CCUS可以將二氧化碳從工業過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用或注入地層以實現二氧化碳永久減排。眾多能源、化工企業已紛紛嘗試將該技術作為減碳的重要方式。

就在8月29日，中國石化宣布，我國最大的碳捕集利用與封存全產業鏈示范基地、國內首個百萬噸級CCUS項目——“齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS項目”正式注氣運行。這標志著我國CCUS產業開始進入技術示范中后段——成熟的商業化運營。據中國石化方面介紹，該項目每年可減排二氧化碳100萬噸，相當于植樹近900萬棵。

而王戎等人關注的BECCS則被視為負碳減排技術。“BECCS是指將生物質燃燒或轉化過程中產生的二氧化碳進行捕集、封存，直接加以利用或注入地層以實現二氧化碳的永久減排。”其進一步解釋，因為該技術中封存的碳是生物質通過光合作用吸收的大氣中的二氧化碳，它在生產能源的同時，不僅不排放二氧化碳，反而實現了二氧化碳的負排放，最大減排量理論上可以達到太陽能、風能的兩倍，可抵消一些未來工業環節中無法避免的部分碳排放。

理想的情況是，使用太陽能、風能可暫緩氣候變暖，但BECCS技術可逆轉氣候變暖的趨勢。王戎及其合作者正在持續探索的關鍵問題則是：何時應啟動實施大規模低碳技術？啟動的不同時間段將相應產生怎樣不同影響？

王戎等人近期在頂級學術期刊《自然》給出了他們的初步答案。美國哥倫比亞商學院氣候經濟學家、《氣候沖擊》(climate Shock)一書的合著者赫爾諾特·瓦格納（Gernot Wagner）等人同期刊發了新聞與觀點文章。

瓦格納等人寫道：時間是一個關鍵因素，我們在大規模實施BECCS之前等待的時間越長，氣候對作物產量的影響就越負面，也就進一步惡化氣候變化。“時序與非線性閾值效應的相互作用并不局限在BECCS、作物產量和溫度之間的關系。事實上，這是一個更廣泛的現象，突顯了在應對氣候臨界點時需要謹慎。”

如何將全球變暖限制在2°C以內？

氣候變化是一項跨越國界的全球性挑戰。要解決這一問題，需要在各個層面進行協調，需要國際合作，幫助各國向低碳經濟轉型。

為應對氣候變化，197個國家于2015年12月12日在巴黎召開的締約方會議第二十一屆會議上通過了《巴黎協定》。協定在2016年11月4日正式生效，是具有法律約束力的國際條約，旨在大幅減少全球溫室氣體排放，將本世紀全球氣溫升幅限制在2℃以內，同時尋求將氣溫升幅進一步限制在1.5℃以內的措施。

然而，眼下嚴峻的是，2021年全球平均氣溫比1850-1900年的平均水平高出1.2°C。這意味著，如果想要實現上述目標，需要在當前的10年內大幅減排。

在此目標限定內，許多相關研究將未來減排情景假設在本世紀下半葉，即在前期放緩減排步伐、甚至多排放一點，短期內超過既定的溫度目標，然后通過實施大規模負碳減排技術如生物質能源結合碳捕獲與封存技術（BECCS）實現短時間氣候減排。

王戎等人提醒道：BECCS的大規模應用面臨著生物物理、技術和社會等方面的挑戰。過度依賴BECCS可能會拖延其他脫碳技術，并在超出預期的情況下無法實現《巴黎協定》目標。

王戎為這項最新研究的通訊作者。此外，中國科學院院士、復旦大學教授張人禾、歐洲科學院院士、復旦大學教授陳建民以及復旦大學教授湯緒、王琳為重要共同作者，中科院大氣物理所、西班牙全球生態研究所、法國氣候變化中心、法國索邦大學、比利時安特衛普大學、英國約克大學、奧地利國際應用系統分析研究所參與了合作研究。

王戎長期從事氣候變化減緩的模擬研究，在氣溶膠、碳循環、地球系統、氣候變化及低碳能源等領域開展研究。曾獲聯合國工業發展組織頒發的全球科技創新“突出貢獻獎”、亞洲氣溶膠“杰出青年科學家獎”、中國化學會環境化學青年獎、上海市“青年科技35人”計劃提名獎等。

王戎，青年研究員，2018年加入復旦大學環境科學與工程系。

他對澎湃新聞記者表示，應對和減緩氣候變暖是當前國際社會的重要議題，亟需全球統一一致的行動。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）最新發布的第六次評估報告指出，如果要在本世紀末將全球變暖的溫升幅度控制在2°C以內，負碳減排技術不可或缺。

實際上，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）、國際能源署（IEA）等國際機構均認為BECCS技術是必需的減排技術。王戎具體提到，IPCC《全球溫升1.5 ℃特別報告》對實現1.5 ℃溫控目標給出了四種情景和途徑分析，這四種情景和途徑全部都應用了BECCS技術。IEA《世界能源技術展望2020—CCUS特別報告》則預測，2030年后，BECCS技術開始大規模應用；2050年和2070年，BECCS技術將分別抵消全球能源系統碳排放的7%和30%，約相當于10億噸和27億噸的二氧化碳排放；到2070年，全球1/4的生物質能利用將采用BECCS技術。

“生物能源碳捕獲和儲存技術（BECCS）被認為是一種最具發展潛力及性價比最高的負碳減排技術，在國際上得到了高度重視。”王戎表示，這是起團隊研究BECCS的初衷。

氣候變化與BECCS減排潛力的反饋機制

目前具有共識的是，大幅減少化石燃料的二氧化碳排放將減緩氣候變化。但在大多數情景下，仍需要在全球范圍內采用大規模負減碳技術將全球變暖限制在2°C以內。

而生物質能作為最具潛力的可再生能源，已成為僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源。其中，生物質發電技術是目前最成熟、發展規模最大的現代生物質能利用技術。燃煤發電廠的改造是眼下的路徑之一。比如通過利用木質纖維素能源作物或殘余物中的生物質來替代化石燃料發電，這被認為是綜合評估模型（IAMs）中一種具有成本效益的選擇。

生態環境部部長黃潤秋在9月15日的“中國這十年”系列主題新聞發布會上介紹，十年來，我國碳排放強度下降了34.4%，扭轉了二氧化碳排放快速增長的態勢，綠色日益成為經濟社會高質量發展的鮮明底色。

黃潤秋表示，十年來，我國穩步推進能源結構調整，不斷優化升級產業結構。煤炭消費占一次能源消費比重由68.5%下降到去年的56%，非化石能源消費占比提高了6.9個百分點，達到了16.6%。可再生能源發電裝機增長了2.1倍，突破了10億千瓦，風、光、水、生物質發電裝機容量都是穩居世界第一的。

《“十四五”可再生能源發展規劃》也顯示，“十三五”期間，我國可再生能源實現跨越式發展。截至 2020 年底，我國可再生能源發電裝機達到9.34億千瓦，占發電總裝機的42.5%，風電、光伏發電、水電、生物質發電裝機分別達到 2.8、2.5、3.4、0.3 億千瓦，連續多年穩居世界第一。“十四五”期間，將穩步推進生物質能多元化開發，包括穩步發展生物質發電、積極發展生物質能清潔供暖、加快發展生物天然氣、大力發展非糧生物質液體燃料等。

然而，在發展生物質能及BECCS的進程中，何時大規模啟動實施是需要回答的關鍵問題。

王戎表示，作為清潔生物質能源的重要來源，獲取作物秸稈的重要性不言而喻，而伴隨著氣候變化，秸稈生物量的多少受氣候變化影響。而目前的綜合評估模型沒有考慮到的一點就是，如果推遲強有力的緩解氣候變化的行動，未來的作物產量可能會由于氣候變暖的有害影響而下降，從而降低BECCS的緩解能力。

為綜合評估減排效用，王戎等人創造性地將能源、技術、氣候、農業、貿易、社會經濟的相互作用納入綜合考慮范圍，首次將氣候變暖與BECCS減排潛力的反饋機制引入地球系統模型，使用全球觀測資料校準了農作物畝產量對生長季節平均氣溫、大氣CO2濃度、氮肥施肥強度和降水的響應關系，建立全球的未來社會經濟情景大數據集。

“負碳減排技術的反饋對未來氣候變化的長期趨勢存在顯著影響，由于受氣候變化的負面效應，糧食產量和BECCS減排潛力同時下降，可能導致到2200年都無法再實現巴黎協定的2°C目標，并威脅全球的糧食安全。”

王戎表示，他們的研究表明，當大規模BECCS的減排行動的啟動時間推遲到2060年時，在2200年是否考慮該反饋機制對全球增溫的效應將達到0.8°C。當全球變暖超過一定的臨界點，大規模的負碳減排技術的氣候行動很可能無法在2200年達到巴黎協定的溫控目標，并引發全球社會經濟系統的變革性變化。

其對澎湃新聞記者進一步解釋，例如，當BECCS從2040年推遲到2060年開始實施，可用于負碳生物質技術的農業秸稈和能源作物的畝產量受氣候變化影響下降，導致在2200年的全球增溫從1.7°C增加到3.7°C。“因此，通過理解農作物畝產量與氣候變化的正反饋機制，我們的研究主要是強調了早期減排技術（包括太陽能、風能）的重要性。”

農業反饋對全球增溫和糧食供應量的影響。該圖表示的是在2040年、2050年和2060年開始啟動減排時，2100年和2200年的全球變暖和人均每天卡路里的蒙特卡羅結果和不同敏感性試驗的結果，其中橫線表示的是中間的預測值，虛線表示不考慮氣候對農作物畝產量影響的情景下全球變暖的差異。研究發現從2050年開始實施減排時，在考慮農業-氣候反饋作用后，在2200年可以實現2°C氣候目標的幾率從47%下降到4%，表明認識氣候與農業的反饋增加了早期減排的緊迫性。

BECCS技術還處于發展階段，中國生物質潛力如何？ 

值得注意的是，從全球范圍來看，BECCS技術尚處于發展階段，并未投入廣泛的使用。

不過，王戎介紹，根據國際能源署（IEA）的報告，碳捕獲收集的技術在各國已開始有試點項目：如英國德拉克斯發電站是全球首個從全部生物質發電中進行碳捕獲的項目。而其他國家在關鍵技術節點也有所試點，如日本的Osaki CoolGen碳捕集示范項目，美國的NET Power 50兆瓦清潔電廠等。

目前國內BECCS的部署也同樣處于發展階段。王戎表示，國內已經開始在地質儲存潛力、捕獲技術成熟度方面進行評估和試驗。例如，在珠江口進行二氧化碳儲存潛力的評估、中海油惠州煉油廠試點研究碳捕獲技術等，“這些關鍵技術節點的試用是后續投入大規模實施的重要依托。”

王戎在此前的研究中發現，中國擁有豐富的生物質潛力及充足的碳儲存空間，但生物質來源、火電廠、碳儲存三者在空間分布上不匹配性顯著。

2021年5月，王戎及合作者在在國際學術期刊《自然-通訊》（Nature Communications）發表了一項研究。該研究建立了中國首個生物質可再生能源、火力電廠改造和碳儲存“三位一體”的高空間分辨能源系統。

研究團隊綜合考慮BECCS全生命周期的溫室氣體排放，包括土地利用變化、肥料生產和施用、生物質預處理及收獲、生物質運輸和電廠改造等過程，并考慮BECCS全生命周期的經濟成本，包括生物質獲取、火力電廠改造、生物質運輸、捕集碳的管道運輸、碳捕獲和儲存、水消耗、肥料使用等成本，“實現了中國縣級生物質可再生能源和碳儲存聯合的優化模型。”

他們的研究結果表明，中國生物能源碳捕獲和儲存技術（BECCS）的年減排最大潛力為50億噸二氧化碳，總經濟規模接近9140億美元。

BECCS在中國電力部門二氧化碳減排的貢獻。

王戎表示，總體來說，BECCS技術的實施，需要綜合考慮電廠位置、發電潛力、碳捕獲技術、地質儲存條件、生物物理條件等因素，也要考慮運輸、配置過程中的成本，充分評估其可行性與不確定性，發揮其最大的效用，成為碳減排的重要助力手段。

王戎最后總結稱，清潔能源和負碳技術的使用對于實現碳中和、減緩全球氣候變暖具有重要意義。對于國內在該領域的推動發展，王戎提出四項建議：

第一、加強我國BECCS理論與技術研究，充分發揮科技創新對實現“碳中和”目標的支撐作用；第二、建立我國BECCS綜合利用工程以及示范基地建設，突破生物質來源及其發電、碳儲存等關鍵技術以及綜合配套，開展三者在空間分布上的最佳配置示范；第三、加強國際合作研究，重點關注能源、氣候、經濟耦合系統中的氣候變化臨界點，科學評估各國制定的國家減排責任的有效性，為全球協同應對氣候變?威脅提供科學依據；第四、基于第三世界國家生物質能源現狀，加大BECCS的國際推廣應用力度，推動我國先進BECCS理論與技術在第三世界國家中的廣泛使用。

瓦格納等人在他們的新聞與觀點文章的最后提醒：就像在氣候變化中獲得遙遠的技術拯救的前景一樣，BECCS未來的預期效果不能降低現在減排的必要性。他們認為，王戎等人提供了進一步的證據，證明單純依賴技術突破是令人擔憂的。

“正如他們的分析令人信服地證明的那樣，等待拯救很可能加速全球變暖，因為拖延可能會限制我們現在可用的技術。”