【碳减排】用可再生电力和海水淡化在干旱地区植树造林以减轻气候变化的影响

原文信息

题   目：Afforesting arid land with renewable electricity and desalination to mitigate climate change

作    者：Upeksha Caldera，Christian Breyer

期    刊：Nature Sustainability

时    间：2023.02.06

一作单位：LUT University, Lappeenranta, Finland.

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41893-022-01056-7

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研究背景

二氧化碳清除（CDR）方法已被证明在将全球变暖限制在1.5℃的路径中发挥着不同作用，而这一作用主要取决于温室气体的减少速度和深度。植树造林是最实用的二氧化碳清除方法之一，但受制于是否有合适的土地和足够的水资源。在本研究中，现有的低成本可再生资源和海水淡化的概念被建立起来，以确定如果使用可再生能源供电的海水淡化厂，在2030-2100年期间灌溉干旱土地上的森林，对于全球二氧化碳的封存潜力。研究结果编码，以可再生能源为基础的海水淡化灌溉的造林项目在减缓气候变化的组合中发挥了关键作用，目前该组合是以生物能源捕获和储存以及直接空气碳捕获和储存工厂为基础。

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研究结果

一些恢复区位于干旱条件和低用水量的水文盆地，或高度缺水的盆地。由于上述水流域的可再生水资源供应量较低，因此确定的相关恢复区是需要脱盐才能生长树木的地方，在图1a中显示为“有脱盐需求的恢复地”。土地覆盖物种既没有植被涵养区或者城市区域，也没有水体的其余被标记为裸露区域，与上一步骤项次，将这些土地覆盖区域水压力图相重叠，显示了有和无海水淡化需求的裸露土地面积。

利用海水淡化来灌溉成熟的城市树木以抵消碳排放的方法，在这一方法基础上，假设在图1b、c所示的海水淡化需求的地区，将适合干旱和热带条件的8个树种组合起来进行造林。图1c说明了8种树木的地上和地下生物量、枯木、废弃物和土壤中储存的碳，图1b显示了2100年森林成熟时，所具有造林潜力的地区对树木组合的平均日用水或海水淡化的需求。

图2a显示了中东和北非地区到2070年具有最高的二氧化碳，其次是撒哈拉以南非洲。这一潜力是由这些地区的修复和裸露土地的可用性以及对海水淡化的需求所驱动的。到2070年树木预期成熟时，欧洲和欧亚大陆的潜力估计最少，这种低潜力是由于在合适树木混合的温度范围内，可利用土地面积很少，灌溉用淡化水的安全供应有助于确保树木组合的生产和碳封存。图2b反映了在图1b所示的地区用基于可再生能源的SWRO在70年内灌溉和维护恢复的森林的年度成本。在图表中显示了到2070年累计封存潜力超过1GT二氧化碳的国家的成本和全球总量。随着时间推移，所示国家的二氧化碳封存成本逐渐接近全球平均水平，这些国家负值到2100年封存的全球二氧化碳的90%以上。

图3a显示了构成图2b中成本的整个系统的年化成本，并以主要地区为基础进行了细分。图3b显示了各主要地区的年平均二氧化碳潜力，在这些地区中，中东和北非以及撒哈拉以南非洲的潜力也占了最大的年化成本。图3c显示了历史上每年二氧化碳成本。

用于灌溉森林的持续供水的能源系统的全球平均准化电力成本，包括用于海水淡化和抽水的能源。到2050年具有二氧化碳封存潜力的国家有超过80%的相应发电量来自太阳能光伏发电，这突出了具有造林潜力的地区的高太阳辐射水平。在太阳光照不足的时候，电池储能被用来补充太阳能发电，图4b显示了2070年生产和运输淡化水到造林地点的平准化水成本（LCOW）。

在表2中，本研究提出的CDR方案的特点与目前IAM模型中使用的主要CDR方案进行了比较：直接空气捕集和碳捕集存储（DACCS）以及生物能源和CCS（BECCS）。BECCS在历史上是一直占主导地位的CDR技术，然而水和土地的限制越来越多，限制了BECCS的部署。同时DACCS的成本下降，该技术逐渐被选择。根据表2的数据，到本世纪中叶，DACCS每吨二氧化碳100欧元，可能是比基于海水淡化的造林更便宜的CDR选择。但在国家基础上，如图3c和补充数据所示，以可再生能源为基础的SWRO的造林可能是一个更具成本效益的解决方案，还有恢复土地的额外好处。

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编者按

这项研究的目标是强调在干旱地区未开发的造林潜力，以支持树木生长，在有安全的水供应前提下，提供大量的CDR机会。目前大量浓盐水被排放到海洋环境中，导致沿海水域的污染和对敏感海洋生物的损害，海水淡化厂的盐水管理对整体可持续性至关重要，基于海水淡化的造林产生的另一个问题是70年后是否需要继续维护森林。

转自：“西农RE学术社”微信公众号

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