錢江晚報·小時新聞 記者 鄭琳

最近的新聞裡，“碳中和”、“碳達峰”、“碳排放”等詞彙成為熱門。碳排放，指的是什麼排放呢？對氣候環境有什麼影響？我們又如何能實現減排、碳中和的目標呢？

本期我們邀請浙江農林大學施擁軍教授，為大家講講碳中和背後的科學知識。

“碳排放”，不只排放二氧化碳

“全球變暖”，也可表現為忽冷忽熱

當我們討論碳排放時，同學們也許都想到了二氧化碳。它是導致溫室效應的氣體中最主要的氣體成分。天然碳排放的最大來源是海洋與大氣之間的二氧化碳交換；動植物還透過呼吸作用釋放二氧化碳。自然狀態下可以使大多數排放保持平衡。

但我們人類進入工業時代，透過燃燒化石燃料（煤，天然氣和石油），燃燒固體廢物、樹木和其他生物材料以及某些化學反應，把許多額外的二氧化碳進入大氣，大自然不能及時調整， 這就會導致災難。

“過多的碳排放會引起全球氣候總體在變暖，從而導致極端天氣頻繁發生。”施教授說，“其實全球氣候變暖是一種長期的趨勢，不能因短時間的忽冷忽熱而影響對全球氣候變暖的認知。”因為“全球變暖”包括地表變暖、海洋變暖，進而使全球大氣迴圈發生改變，導致高溫、寒潮、乾旱、暴雨、颱風等極端災害天氣的頻繁發生，因此，“全球變暖”，也可表現為忽冷忽熱。

碳排放也不僅僅是二氧化碳的排放，還有其他幾類主要的氣體。

例如甲烷。在煤炭、天然氣和石油的生產和運輸過程中會排放甲烷。甲烷排放還源於牲畜和其他農業活動以及市政固體垃圾填埋場中有機廢物的腐爛。

還有一氧化二氮。在農業和工業活動，化石燃料和固體廢物的燃燒以及廢水處理過程中排放。

另外還有氟化氣體，可從各種工業過程中排放。這些氣體通常排放量較小，但它們是強溫室氣體。

那麼為什麼所有這氣體的排放都叫“碳排放”呢？

“這是簡化後的通用稱呼。”施教授說，“所有能對氣候變暖產生效應的氣體被稱為溫室氣體，為了量化標準，它們的排放常常統稱為碳排放。並且，這些不同的氣體，每噸排放能產生的溫室效應效果是不同的，它們都可以和二氧化碳的排放來做對比，所以有個‘二氧化碳當量’的指標。”

“碳中和”有三種方法

森林固碳最經濟有效

最近，大家在新聞裡能頻繁聽到“碳中和”、“減排”這些詞。它們就是人類試圖減少，甚至完全消除額外碳排放而提出的概念。

如何才能減少碳排放，達到“碳中和”呢？施教授介紹，目前主要有三種方法。

第一種，是直接減少排放。“碳排放最厲害的是能源領域。”施教授說，“比如各種電力企業。其中核電是排放最少的，幾乎是零排放；火力發電是排放最大的。所以說，所謂‘低碳生活’，其實本質上就是鼓勵大家節約能源，少用電就能減排。”

光伏發電

直接減排當然不止節約能源，還包括改變能源結構，比如多用水力發電、光伏發電等清潔能源和新能源；此外，減少廢棄物和環境有害物排放也是減排的內容。這也是為什麼，日前央視新聞聚焦南方電網出臺21項舉措助力碳達峰、碳中和目標，其中就包括在2025年以前，推動南方五省區新能源新增裝機1億千瓦，達到1。5億千瓦。

第二種方式是人工碳捕獲和碳封存。“利用專門的裝備和技術手段，把空氣中的二氧化碳捕捉下來，封存到岩層裡去。”施教授說。

這種方法的問題在於，首先成本高昂；其次需要大面積鋪設捕獲裝置；最後，封存在岩層中的二氧化碳，如果遇到地震等災害，可能就瞬間釋放出來，那麼捕獲工作就前功盡棄了。

人工碳捕獲和碳封存示意圖

第三種方式是生物固碳，這是指植物透過光合作用吸收固定二氧化碳，並把它儲存在植被、土壤和林木產品中，從而降低大氣二氧化碳濃度。

相比人工捕獲封存，生物固碳顯然非常經濟有效，其中森林植物是生物固碳的法寶。

森林固碳

“樹木每生長1立方米，就可以吸收1。83噸二氧化碳，釋放1。62噸氧氣。”施教授說，“要實現碳中和，使得我們排放出去的碳全部吸收回來，主要就靠森林植物的生物固碳。”

透過植樹造林來固碳也叫“碳匯”。施擁軍教授所在的浙江農林大學，多年來聚焦竹林碳匯。

“竹林的碳匯功能非常強大。”施教授介紹，“它屬於禾本科植物，其光合速率高於普通喬木森林，可以快速吸收大氣中的二氧化碳。”

以毛竹為例，一公頃毛竹林生態系統總碳儲量達106。36噸；100公斤毛竹（乾重）中，含有50。4公斤的碳。與同處於亞熱帶地區的其它森林相比，毛竹林的固碳能力排在首位，是針闊混交林的1。32倍，是馬尾松林的3。90倍。換算下來，平均一株毛竹年可吸收固定8公斤二氧化碳，平均40棵毛竹就能夠抵消掉一個人一年排放的二氧化碳，一公頃毛竹約可以抵消25輛小汽車一年的排放量。

“浙江省現有的毛竹林還具有巨大的提質增匯空間。”施教授說，“透過養分管理和結構最佳化等措施，可以使毛竹林固碳能力在現有基礎上再增加約6~9噸二氧化碳/公頃。”

竹林的碳匯能力

碳元素，為什麼這麼牛？

它是大自然的樂高積木

看到那麼多“碳排放”、“碳中和”的科普，同學們是否想過，為什麼“碳”成為這裡面的核心呢？

碳是一種非金屬元素，化學符號為C，在元素週期表中的序號（原子序數）是6，這表示碳原子的原子核中質子數量為6。

之所以碳元素如此重要，是因為地球上所有的生物都是“碳基”的。為什麼生命選擇了“碳基”，而不是其他元素，比如氧呢？

這就要說到碳的化學特點了。分子中的原子，都是透過化學鍵相互連線在一起的。可以把化學鍵想象成“手臂”，有了手臂，原子之間就可以手拉手連起來。

不同的化學元素，擁有的手臂數量是不同的。比如，氫原子只有一隻手，所以它一次只能和一個原子手拉手。氧原子有兩隻手，而碳原子，有四隻手！

碳原子的四條胳膊就很厲害了，前後左右手拉手，可以連線成非常複雜的三維結構，創造出千變萬化的碳骨架——這就成為了各種有機化合物的基礎。

科學家把這種含碳的分子統稱為“有機分子”，從最簡單的碳氫化合物甲烷，到非常複雜的高分子有機物，比如DNA分子，碳元素為碳基生命的形成提供了豐富的物質基礎。

生命，其實就像大自然在用碳元素搭樂高積木一樣！

有人可能會問，那比碳的手臂還多的元素不是就更豐富嗎？“千手觀音”不香嗎？

千手觀音是有的，但是，它們遠遠不如碳元素穩定。搭樂高積木，也不是最複雜的積木最好用不是嗎？

正因為碳元素這種既豐富又穩定的“巧勁”，使得它在自然界如魚得水，化合物種類最多。目前已知的純有機化合物就有近1000萬種，這還只是理論值的冰山一角。此外， 碳元素在地球地殼上含量排名第15，在整個宇宙裡排名第4！

所以，碳元素以非常豐富的形式，在地球的大氣、海洋、生物、土壤裡進行規模龐大的迴圈，這就是“碳迴圈”。

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