如何鼓励减排技术的政策和研发

这是摘自第十五章“2015年后世界的政策”气候解决方案设计哈尔·哈维、罗比·奥维斯和杰弗里·瑞斯曼合著。版权所有©2018经华盛顿特区岛屿出版社许可转载。

尽管广泛需要支持这些技术的进一步研究，但特别是三项政策，特别是可以帮助加速其发展。

政府对研发的支持是确保减排技术成熟的核心政策。这些技术具有巨大的、积极的社会外部性(其经济价值无法被部署该技术的公司获得的利益)，所以如果没有政府的支持，公司可能会选择将研发工作转移到其他地方。

强劲的碳定价对于加速这些技术至关重要。通过为碳的价格提供碳，政府可以帮助为碳减少技术创造额外的经济价值，并鼓励私营部门投资。

最后，其中一些技术将需要大规模的示范工厂或项目通过学习来实现成本降低。因此，政府可能需要补贴一些示范工厂或大型项目的建设和运营，直到本章讨论的技术更好地理解。

碳捕获和封存

它可能完全消除电力系统中的碳排放，并使许多最终用途电气化。例如，可再生能源和核能可能能够满足所有的电力需求，结合灵活的需求、大面积的平衡区域、能源存储和过度建设风能和太阳能，同时将多余的电力用于有用的、非时间敏感的用途，如制造氢气。然而，有些二氧化碳排放源可能难以消除。例如，生产水泥中的熟料会排放二氧化碳，而在不影响材料结构性能的情况下，水泥中熟料的比例可能无法降低到一定百分比以下。另一个例子是新铁和钢的制造(而不是在电弧炉中重新锻造废铁和钢)，它不仅将碳作为一种能源，而且作为一种化学还原剂。

物质科学的创新可能有一天可以用具有类似结构特性的新型材料更换水泥或钢。然而，可能无法消除所有工业排放，特别是如果努力开发和商业化新颖的材料遇到问题，或者不能进行成本有效地缩放，以满足对这些材料的全球需求。

碳捕获和封存（CCS）提供了一种方法，即人类可以继续制造传统材料而不为大气添加二氧化碳。

碳捕获和封存（CCS）提供了一种方法，即人类可以继续制造传统材料而不为大气添加二氧化碳。CCS系统从废气流中提取CO2，使用压力液化CO2，将其运送到地质上合适的区域并将其泵送地在地下进行无限储存。CCS已经成功地在石油和天然气行业中使用，以增强储油，并在世界各地存在使用CCS进行工业过程和发电的示范设施。一些CCS发电厂可以使用ALLAM循环，一种燃烧过程，该燃烧过程使用CO2作为工作流体，并产生非常纯的CO2排气流，其比在空气中稀释的CO2更容易捕获。

CCS可以用于发电厂燃烧生物质(如木材)，而不是煤或天然气。这被称为生物能源与CCS。因为生物质中的碳最近被植物从大气中移除，将其储存在地下可以降低大气中的二氧化碳浓度。

除了与CCS技术本身有关的挑战外，生物能源CCS还面临额外的障碍。一个问题是生殖生物能量作物所需的土地，这可能非常大。必须注意确保生物能源CC不会导致粮食不安全或森林砍伐以获得额外的农作物。有希望的研究方向，旨在解决这些挑战。例如，需要更多的研发来开发多功能土地使用（例如，允许同一块土地生产食物和生物能量作物）。另一种途径是从生物能量CCS燃烧残留物之前从生物能量作物（例如，液体运输燃料）中衍生高值替代燃料，从而改善致力于生物能量作物的经济学。好用的买球外围app网站

大气二氧化碳拆卸

实现负排放必然需要从大气中去除二氧化碳。除了生物能源与CCS，各种技术已经被提出来实现这一目标，尽管它们还处于早期研究阶段。

直接空气捕捉

虽然本部分的所有技术都捕获二氧化碳，但直接空气捕获通常是指使用化学过程从大气中提取二氧化碳，类似于洗涤器从宇宙飞船内的空气中捕获二氧化碳的方式。与CCS的生物能源不同，这些系统不需要大量土地，因此不会造成粮食安全或森林砍伐风险。

直接空气捕获系统需要大量的能量。为实现负碳排放，直接空气捕获系统必须由无排放能量提供动力，例如风，太阳能或核电，并且不得从其他用户依靠化石能量的其他用户采取。（即直接空气捕获系统使用的无排放能量必须严格地额外地额外额外的无排放能量使用。）

截至2011年，截至每年捕获100万吨二氧化碳的系统的估计成本为22亿美元。

直接空气捕捉系统面临的另一个挑战是成本。截至2011年，一个每年捕获100万吨二氧化碳(约占美国年排放量的0.02%)的系统的估计成本为22亿美元。在整个电厂的使用寿命中，每吨二氧化碳的总成本是600美元，大约是燃煤电厂每吨从烟气中捕获二氧化碳成本的8倍。(尾气流的二氧化碳浓度更高，这使得二氧化碳更容易捕获。)

研究可以帮助提高能源效率和降低直接空气捕捉系统的资本成本。与其他从大气中去除二氧化碳的技术一样，碳定价可以提供经济激励和财务回报的可能性。

增强的风化

在自然界中，当某些种类的矿物(如橄榄石)暴露在空气和水中时，它们会发生化学反应，从大气中提取二氧化碳并以碳酸盐矿物的形式储存起来。这些矿物质进入海洋，在那里生物利用这些矿物质形成贝壳和骨骼。当这些生物死亡时，这些物质沉入深海，最终可能转化为石灰岩。

尽管这种自然过程太慢，但有助于减少人类时间尺度的大气二氧化碳浓度，但可能会加速自然过程。例如，如果开采大量的橄榄石和类似的矿物质，则精细研磨（增加其表面积），并在暴露于水和大气暴露的海滩或其他土地上涂抹，可以加速二氧化碳捕获的速率。

不幸的是,鉴于目前的科学理解,橄榄石的数量,我们需要使用将非常大,和采矿、运输、研磨和传播的橄榄石必须完成的方式释放几乎没有碳排放以达到净封存。此外，为了足够迅速地隔离，橄榄石可能必须被磨成平均直径小于10微米的颗粒，这是一种很容易雾化并可吸入(如PM10)的微观尺寸。需要进行更多的研究来发展改进的技术，才能将强化风化视为人类时间尺度上去除二氧化碳的可行选择。

海洋施肥

Phytoplankton是海洋中的光合生物，从海水中提取二氧化碳以建立他们的身体。当普拉斯顿死亡时，他们沉入海底时，在他们的身体中汇叠了二氧化碳。

像其他生物一样，浮游植物需要各种营养物质才能生存。在海洋的许多地方，铁是限制浮游植物生长的限制性营养物质。因此，有人提出可以在海洋中播种铁元素，促进浮游植物生长，作为加速二氧化碳吸收的一种手段。

这种方法存在许多挑战。许多浮游植物会产生毒素，因此鼓励它们的生长可能会导致有害藻华的增加，从而威胁海洋生态系统的健康(并可能伤害或杀死食用受污染海产品的人)。此外，当浮游植物死亡时，分解它们的细菌可能会耗尽水中的氧气，导致一个窒息动物的“死亡区”。最后，一个地区的藻类生长会抑制另一个地区的藻类生长，而铁以外的营养物质可能会限制某些地方的营养物质，因此，铁播种增加浮游植物总数的有效性受到了质疑。

更多的研究可以帮助确定海洋施肥是否可以安全地进行，以及它是否具有显著的去除二氧化碳的潜力。