设计背景
大气中二氧化碳的增加导致全球气候变化加剧, 成为当今人类社会可持续发展最严峻的挑战之一,并且早在1992年,联合国就将全面控制二氧化碳等温室气体的排放纳入了国际法框架。我国为了进一步落实二氧化碳排放量的降低,积极应对气候变化,减排增存已经成为社会发展的战略共识。
什么是碳封存?
刚刚提到了减排增存,减排增存也就是减少 CO2 排放、增加 CO2 吸收和封存。
二氧化碳封存简称为碳封存,是将人类排放的二氧化碳通过收集、捕获,将其注入地下储存于相对封闭的地质构造中,从而减少二氧化碳在大气中的总量。要减缓日益加剧的气候变化,单一的减排方案远远不够,在致力于碳减排的同时,我们也需要利用碳封存作为碳减排的补充手段,帮助我们应对气候变化的难题
碳封存的地点
通过调研,我们发现海洋是地球上最重要的碳封存地。他每年从大气中净吸收约 22 亿吨的碳, 已吸收了工业革命以来人类排放二氧化碳的48%,而海洋之所以能封存如此多的碳的一个根本机制就是生物固碳,也就是海洋浮游植物的光合固碳。海洋生物的固碳量远远大于海洋水体本身对大气二氧化碳的吸收。
海洋固碳与储碳的主要过程
左侧示生物过程, 右侧示物理过程
固碳生物
在海洋中主要固碳的浮游生物之一是蓝藻。
蓝藻又名蓝菌或蓝绿菌,是能进行产氧性光合作用的大型单细胞原核生物他是目前以来发现到的最早的光合放氧生物,对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起了巨大的作用。也印证了他具有高额固碳量的能力.除此之外,蓝藻的分布也十分广泛且易泛滥,并且在泛滥时对环境有害。
蓝菌和藻类皆会产生有腥臭味的“藻华”(又称水华)现象,危害严重时令饮用水源受到威胁,毒素影响人类健康。亦会盖住池水令鱼类缺氧死亡。
真正的封存
海洋浮游植物的光合作用每天从大气吸收的碳超过一亿吨. 尽管浮游植物的固碳量如此之巨大, 但由于所形成的有机碳在沉降过程中不断被降解, 真正能够实现封存的有机碳不足所固定的千分之一,所以海洋生物碳固定不等于碳封存。
海洋中碳循环的快速循环与慢速循环示意图
所以就生物固碳效率而言, 有机碳在被降解之前能够沉降多深是这部分碳能否被封存的关键, 如果沉降深度不够大, 意味着有机碳在上层海洋就会被降解并形成二氧化碳而很快返回到大气中, 对调节气候变化没有贡献.只有通过有机碳沉降到深海或者经由微型生物主导转化进入慢速循环, 才能起到碳封存的作用.想要封存更多的碳,就需要我们人为干预加速这个过程。
我们的方案
我们可以尝试在养分含量高的海面人为捕捞大量蓝藻等高碳固效率的藻类,通过其自身的繁育生长行为吸收固定二氧化碳,将这些野生泛滥的蓝藻(碳捕获)、烘干粉碎(收集)、最后压制成块寻找合适的地点进行填埋投放(碳封存)。
按照100,000,000个/升的劣五级蓝藻水华密度测算,该方案流程对一次小型面积(5km²)的蓝藻水华进行捕捞,共能封存 250,000千克碳。
TCCS蓝藻捕捞船
下图绿色高亮区域为适合进行蓝藻捕捞的部分富营养海域。多为近海海湾及江河入海口。
工作流程
据测算,每千瓦时太阳能系统用材料约为0.25g(包括电池板、逆变器、支架、导管和线缆),碳排放为30g时,该烘干功率为75kw的系统封存5km²蓝藻需要937.5kg太阳能系统材料,以及产生112,500kg碳排放,封存排放比约为2.3:1
投放示意