本文转自《地球化学之家》发表的题为“全球碳循环——” 深水、永久、缺氧“ 海湾碳封存”的报道。

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无论是近年来全球CO2排放量的减少，还是观察到的作为巴黎气候协议一部分的CO2额外减排承诺，都将降低全球气温上升危险的程度。事实上，为了限制全球气温升高在2°C内，需要进行大规模的CO2碳捕获与储存（CCS），由此进行的大规模碳封存及其问题如下：

1、地质储存及生物质发电厂，运行成本较高昂；

2、森林和土壤封存大气CO2，可能受到土地和粮食需求的限制；

3、碳存储在森林和沿海湿地环境中，可能面临火灾和海平面上升的风险。

作者建议使用深水的、永久性的、缺氧的海湾来进行碳储存，可以在地质时间尺度上保存。海湾碳封存（FACS）兼顾了海湾碳存储容量和效率，以及丰富的木材工业废物生物量经常出现在北方地区（图1）。在转移碳（木材工业废物生物量）进入海湾的过程中，耗费的能量及二次CO2释放量都较少，且这种方法不需要开发新的技术、工业/农业基础设施不需要升级。长期来说，FACS相对免受气候、风暴、海平面上升，以及灾难性CO2释放产生的影响，可以稳定保存。

图1 海湾碳封存的概念图及其不确定性

海湾最近被认为是天然的“热点”有机碳（OC）存储库，尽管海湾仅仅占全球滨海的1％以下，但碳封存量约占全球海洋有机碳埋藏量的11％。这可归因于在较深的海湾环境下的缺氧条件，限制了深水海湾的物质循环。另外，其陡峭的斜坡促进了有机碳快速埋藏，相较于陆地生物质，其降解程度较低。

虽然没有直接数据证明多数有机沉积物在海湾环境没有分解，但很多沉积岩岩心样品分析表明，有机碳在无氧环境下，在一个世纪的时间尺度上，有机碳分解很少。只有2-4％的有机碳填埋木材产品在20-30年内分解掉，100年后碳存储估计为80-90％。黑海和地中海底部保存完好的古代沉船就是很好的证据。

海湾碳封存评估

至关重要的是，FACS存储的碳量远远超过了实施碳封存所释放的碳量，以及残留在森林土壤中有机质分解产生的碳排放量。详细分析目前没有进行，有初步的研究认为，生物燃料收获、运输过程消耗的碳量仅仅占总碳的约1％，北方森林碳分解的半衰期为7-25年，因此，100年后，森林中保留的原始碳不到2％，而如果存储于海湾环境中，估计80- 90％碳将保留。

当然，必须对碳封存成本进行详细分析。作为第一个近似值，FACS的价格应该类似于CCS或生物能源，即使加上木材封存前的捆绑消耗，海湾碳封存的费用也在45-60美元/吨之间。然而，FACS的经济优势在于没有像其他技术一样需要初始投资和多种技术开发的支出；另外生物质可用性和存储容量也是其优点之一。为此，我们以挪威南部的海湾Framvaren进行举例，Framvaren是一个缺氧的、183米深的海湾，它可以封存挪威产生的废弃木材达47年之久，抵消了挪威约6％的温室气体排放量。如果对存储的木材废弃物单层捆绑，Framvaren海湾只能容纳1.5年的废物生物量，但挪威最长最深的海湾Sognefjord可储存约150年的废物生物量。其他深水缺氧盆地，如波罗的海、黑海和里海也具有探索的可能性。

其他因素

与垃圾填埋场一样，海湾碳封存潜在释放的甲烷会产生可能的温室效益。然而，在FACS期间，CH4的产量可能受到海水中的硫酸盐的限制，甲烷可能会大量由甲烷氧化菌消耗。另一个问题是生物质分解过程中潜在的营养元素释放，引起藻类大量繁殖。但是，营养素在深水海湾环境下，从N和P贫乏的木材生物质中释放出来具有不确定性，与通常进入河口的养分不同，深水海湾具有不同的地形和水文环境，养分在强烈分层的海湾中与地表养分性质有所不同。预计，深水海湾富营养化在这种深水、永久缺氧系统中，不是一个值得关注的问题。尽管没有经济或技术上的障碍，但大规模实施FACS技术还是会受到来自各方的阻力，可以通过与利益相关者建立信任沟通，建立法律框架，减轻对无意识的恐惧。

在现阶段，最重要的研究需求包括不同氧气水平下的森林残留碳在海湾中的稳定性研究，甲烷和营养素释放和潜在的相关环境影响研究，以及延长的生命周期和成本效益分析。研究还可以包括碳封存交易计划等。

名称：Consider Fjord-Assisted Carbon Storage

作者：Andrew R. Zimmerman; Gerard Cornelissen

发表在：Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 10911-10913

链接： 

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.8b04854