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森林碳汇产业是解决气候危机应对碳中和的高效途径

  车战斌

  当前,实现“碳中和”以应对气候变化已经成为人类共识,各国政府均将推动工业减排列入优先的事项。在对地球“原生态碳循环”进行建模分析,并对世界现有的碳汇及减排等研究数据进行分析后发现,与人类工业排放对温室效应的影响相比,森林碳汇能力的减弱对地球温室效应的贡献更为严重,值得引起更广泛的关注。

  建立新型的森林碳汇产业,是将影响人类生存的“生态环境危机”,因势利导地转变为“产业结构调整的经济转型问题”,高效解决全球气候危机、实现碳中和的简捷路径。

  一、地球碳循环模型

  地球生态的碳循环,是以陆地植被和水生植物的荣枯更替形成吸收和排放的一个动态平衡。植物在生长中依靠光合作用吸收温室气体中的碳,并将它汇集、固定到植物体内和土壤中;其枯死后有机碳被降解或氧化排放,形成温室气体碳。地球大气、水、森林植被中的碳元素周而复始地在有机和无机态之间转换,形成了动态中相对稳定的地球碳循环过程。

  森林植被与森林土壤构成了一个森林碳循环的微生态系统,森林固碳是森林植被与森林土壤共同作用的结果。

  地球地表的固碳能力、土壤中有机碳含量大小,取决于陆地植被和水生植物种群的生态体量。森林与植被生态体量大,土壤及水系中有机碳含量就大,地表的固碳能力就强;森林减少,森林土壤附着的有机碳就会变为气态碳逃逸到大气中,直接增加大气中碳元素的总量。

  二、碳循环模型下影响森林碳汇的因素

  (一)森林面积减少严重影响气候变化

  1、森林面积减少对地球气候环境的危害,某种程度而言比人类化石燃料使用造成的危害更严重。

  2020年《世界森林资源报告》中数据显示,1990年至今全球仅热带雨林面积就减少了1.9亿公顷,森林因此对二氧化碳的汇集能力减少了8395亿吨。这个数据是2008年至2018年人类工业全球二氧化碳的排放总量3539亿的2.4倍。(《BP世界能源统计年鉴》数据)。

  森林面积减少的危害,已经引起世界广泛关注。世界自然研究所在2019年度的报告中就指出:预测表明,即使所有化石燃料排放被即刻消除,到2100年仅热带森林破坏也会让全球温度上升1.5℃。

  2、提高森林生态功能,有“抵消人类工业排放”的潜力。

  世界森林包含着巨大能量,相当于1420亿吨石油当量。这约为每年全球初级能源消耗的10倍( 粮农组织,2017c)。世界粮农组织的这个数据,虽仅限于建立在可持续使用的基础之上,仍可以看出森林蕴含能力的潜力。

  2015年,世界森林约为40亿公顷。(粮农组织,2015a)。若以提高森林生态功能最大化为目标,以全球平均每公顷/年可生产十吨以上生物量为基础核算,世界森林的总碳汇能力达730亿吨二氧化碳当量。超过2018年人类世界工业排放二氧化碳总量338.9亿吨的一倍以上。

  (二)过熟林对区域碳循环及气候变化的的影响

  森林碳循环的微生态系统,是由森林植被与森林土壤共同构成的。过熟林对区域碳循环及气候变化的影响,表现在两个方面,即森林植被本身对区域碳循环的影响,以及森林植被变化过程影响森林土壤,进而对区域碳循环的影响。

  1、自然成熟林的碳功能

  随着森林演替林龄增加,森林生产力达到最大值后开始下降,到成熟森林阶段,其生态系统光合固碳和呼吸达损失相当,导致自然成熟林生态系统净交换接近于零,森林碳吸收和与生态系统呼吸达到平衡,因而处于“碳中性”状态,也就是说自然成熟林失去了持续固碳功能。这即是成熟森林固碳的“碳中性”假说。

  2、过熟林的碳释放对大气环境的影响

  在地球碳循环模型中,森林植被在枯死后,凋落物中的有机碳会通过微生物分解和/或氧化反应,变成甲烷和/或二氧化碳释放到大气中。这个自然碳循环中的碳释放过程中,甲烷排放对地球温室效应的贡献及其对地球的危害,远大于二氧化碳。

  植物生长过程中每形成一吨生物量,吸收1.83吨二氧化碳。以全球碳项目(GCP)中甲烷的全球变暖潜值(GWP-20)约为84倍为基础测算,1吨生物质自然降解产生的甲烷排放,相当于16.8吨二氧化碳当量。

  自然碳循环中碳释放的动态变化规律,需要全世界进行更深的理论研究。但是,即使仅有50%的有机碳在自然降解碳释放中转变为甲烷,其对地球大气的危害也是非常严重的。

  三、碳循环模型下增加森林碳汇的方法

  (一)增加森林碳汇的方法

  1、增加生态资源总量

  生态资源总量增加,森林生产力提高,光合作用吸收的二氧化碳随之提高,固碳能力就增加。这也是植树造林能够提高碳汇的理论依据。减少毁林更显得尤为重要。

  2、保持森林生态功能最大化

  提高森林碳汇仅有“量”的提高还不够,还需要“森林生态功能”这个“质”的提高。中幼林缺乏科学的抚育、养护,生态功能就会降低甚至丧失;随着森林演替,成熟、过熟林数量增大,森林整体固碳能力得不到提高。同时,随着过熟林枯死分解加速,土壤有机碳周转加快,碳释放加快,向大气中释放甲烷等危害巨大的温室气体的总量,随之大大提高,严重加剧地球温室气体效应。通过森林经营促进其生长进而吸收更多的碳,并且控制森林枯死后的自然降解,是保持森林生态功能最大化的关键。

  (二)森林碳汇产业模式,是增加碳汇、解决气候变化的高效路径

  1、人类工业应用化石能源的温室气体排放是净增量,而将应用生物质燃烧方式进行能源化利用,是一个二氧化碳的“负排放”的过程。

  1吨生物质燃烧过程的二氧化碳排放约1.83吨。1吨生物质自然降解产生的甲烷排放,相当于16.8吨二氧化碳当量。

  能源化利用1吨生物质,相对于自然降解下产生的甲烷排放。可以得到15吨二氧化碳当量的负排放。

  2、同等规模土地上的农业产出,采用现代农业科技生产方式要比采用原始农业生产方式平均高出10倍以上。若以提高森林生态功能最大化为目标,开启以植被生态能源利用产业化为基础的“森林碳汇产业模式”,对标原始农业到现代农业科技生产力进步的轨迹,可以得知:在不断提高地球生态品质的同时,将获得比自然状态下更大量的生物质资源量,相对于现有的自然生长模式,同等规模下森林生态的碳汇能力将成倍增加。

  3、森林碳汇产业模式,为森林生态功能提高提供持续的资金支持

  长期以来,森林在减缓气候变化进程中面临的主要问题是资金匮乏。“即使森林减缓气候变化的作用如此重要,甚至会影响到《巴黎协定》的目标能否实现,当前基于陆地的减缓努力,仍值得到了不到3%的气候变化资金”(世界自然研究所2019年报告)。

  森林碳汇产业模式,可通过生态功能提高,增加绿水青山,实现生态文明目标;通过生态抚育、森林改良、能源生产替代燃煤减排等方式,实现碳汇、能源“双减”目标。

  更重要的是,森林碳汇产业通过“生态抚育,资源增加--生态资源能源化利用实现收入--分布式能源生产--绿色能源供给--资源收入为生态功能提高提供资金”产业模型的建立,可依靠产业发展生成的良性盈利,为生态抚育、生态功能提高提供稳定、持续的资金支持,彻底解决森林抚育养护、森林更替改造等严重缺乏资金投入的问题。

  (三)森林碳汇产业模式的意义

  采用“和谐共生,欲取先予”的森林生态保护和经营森林碳汇的新理念,解决温室气体影响的气候变化的危机,将出现一个契机:

  1、通过植被能源化利用的“森林碳汇产业模式”建立,将实现碳中和解决气候变化危机的环保危机,变成一个产业模式调整的经济结构调整的问题;

  2、通过“森林碳汇产业模式”的建立,可以将人类发展与自然资源获得之间的关系,由“掠夺”转为“共生”,减缓气候变化,催生人类进入可持续生存的新的生产生活模式阶段。

  四、森林碳汇产业的碳汇成本及机制构建

  森林碳汇产业模式的建立,需要建立新的机制方案,保证生态资源变成生态能源,在市场化模式下,实现生态资源的生态价值。

  建立全球统一的生态产品计量核查与定价机制,鼓励森林木材的商业化应用、保障林业抚育、过熟林更替过程中的林业废弃物和木材及竹产品等的能源化利用,尽量减少生物质自然降解的甲烷排放,同时又替代了化石能源的排放,这样来最大化地增加地表碳汇能力。

  (一)森林碳汇产业的碳汇效益

  每吨生物质能源化利用可以减少温室气体二氧化碳当量16.8吨。若以50%的转化为甲烷计:50%的生物质转甲烷排放二氧化碳当量16.8*50%=8.4吨;50%的生物质转二氧化碳1.83*50%=0.915吨;则每吨生物质能源化利用林业可以减排8.4-0.915=7.485吨二氧化碳当量。

  1、林业过熟林中资源收集收益

  若以30元人民币碳汇补贴,每吨生物质资源可得碳汇收入7.485*30=224.55元人民币。加上市场价格的能源价格(参考分布式用煤600元/吨),每吨销售价格会高于500元人民币。每公顷以60吨资源获得量计,收入高达30000元。该收入高于正常农业收益(巴西热带雨林改为农用土地后每公顷收入不到2000美元,该数据来自《Explaining the persistence of low income and environmentally degrading land uses in the Brazilian Amazon》)。

  2、能源用户成本

  若以30元人民币碳汇补贴,每吨生物质替代煤炭可得碳汇收入1.83*30=54.9元人民币。用户相比较于使用化石能源在减少了碳税支出基础上增加了碳汇收入,是收益方。

  每年仅需要40亿吨生物质原料由自然降解改为能源化利用,即可实现林业减排299.4亿吨二氧化碳当量,同时减少20亿吨标煤的化石能源排放73.2亿吨。合计减少二氧化碳排放372.6亿吨。全球每年1200亿人民币的碳汇金额就足以撬动生态能源产业的快速发展,解决气候变暖问题。(40亿吨生物质的能源化利用,仅相当于每年全球农作物废弃物总量,不及全球森林立木总量的1%。)

  (二)产业机制的构建

  通过碳汇收入,支持世界各国政府建立以森林植被为核心的生态产品的认定、生产、计量、核查、交易体系,以充分满足生物多样性和生态功能最大化;建立世界统一生态产品开发、生产技术和装备的评价体系,为产业快速发展,尽早解决气候变化危机提供基础保障。

  要解决地球生态失衡危机,唯有理清地球生态规律,聚焦主因,顺势而为,将“解决气候危机、实现碳中和”的气候问题,变成“科学规范利用森林植被、将生物质资源进行规模化、产业化利用”的一个产业调整问题,将人与自然的资源获取关系,从“随意索取”升级为“欲取先予”,构建以符合人类空气、水、土壤(食物)更高品质的地球生态产业系统,是应对气候变化,全面提升人类生活品质更科学、更快捷,更经济的路径。

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编辑:安然

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