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环境科学与工程系王戎课题组合作研究在“碳中和”领域取得进展
发表时间:2021-05-27 阅读次数:248次

       复旦大学环境科学与工程系王戎课题组与国内外团队连续合作,建立中国首个生物质可再生能源、火力电厂改造和碳储存“三位一体”的高空间分辨能源系统,考虑土地利用变化、资源调配、燃烧技术和碳捕获能力等因素,实现了中国县级生物质可再生能源和碳储存联合的优化模型,结果表明,中国生物能源碳捕获和储存技术(BECCS)的年减排潜力为50亿吨 CO2,总经济规模为9140亿美元,可为中国农村发展提供新的经济增长点。5月26日,相关研究成果发表于《自然-通讯》(Nature Communications),有望为国家碳减排研究提供新思路。

       传统的BECCS技术在进行碳减排评估时,主要考虑生物质潜力,缺乏考虑生物质源、火电厂、碳储存的空间匹配问题。本研究梳理了中国统计年鉴、中国林业统计年鉴、IEA等资料库的19种生物质源的生产量及县级空间分布、中国火力发电的县级空间分布,结合中国深部咸水层、含水层、油田、天然气田和煤层气田空间点位信息,建立生物质能源、煤电厂改造和碳储存“三位一体”的体系。结果表明,中国从农业/林业残留物、边际土地/草地的能源作物获取的生物质能源可基本满足中国当前火力发电厂的需求,如将这些生物质燃烧排放的碳全部捕获,中国土地储存库足够其存储600年,虽然生物质资源量、储存潜力是足够电厂实行BECCS技术的,但三者在分布上存在显著的空间不匹配性。

       在此基础上,考虑BECCS生命周期的各种温室气体排放,包括土地利用变化、肥料生产和施用、生物质预处理及收获、生物质运输和电厂改造等过程,并考虑BECCS生命周期的经济成本,包括生物质获取、土壤修复、火力电厂改造、生物质运输、捕集碳的管道运输、碳捕获和储存、水消耗、肥料使用等成本,建立了空间显式约束条件,优化了2836个县的生物质燃料发电量。结果表明,中国BECCS减排总量最大可达53亿吨二氧化碳,年减排10、20、50 亿吨二氧化碳的成本分别为$69、$103和$309(吨CO2-eq-1,为减排更多二氧化碳,使用能源作物的比例更大,生物质收购和运输的成本更高,土地利用变化产生的碳排放更多,导致减排的边际成本呈凹形增长特征。

 

中国通过生物质能源技术实现碳减排的边际成本曲线

 

       根据中国水电、风能、太阳能和核能的未来10年发展趋势,评估了BECCS技术在综合减排中的贡献。在2021年至2030年间,无需BECCS可达到中国在巴黎气候协定中承诺的减排目标,但使用BECCS技术,可显著增加中国碳减排的潜力,降低中国碳减排的经济成本,使中国更早实现“碳中和”,通过使用BECCS技术,中国可通过投资约1万亿美元,实现中国全球控制增升2 ℃目标的国家责任,其边际成本约为$80(吨CO2-eq-1,低于风能、太阳能。本研究使用空间显式的数据,揭示了BECCS技术在近期和长期国家碳减排目标方面的贡献,阐明了中国电力系统脱碳的环境、社会经济和技术挑战。

 

BECCS在中国电力部门CO2减排的贡献

 

       复旦大学环境科学与工程系王戎为论文通讯作者,博士生邢晓帆为第一作者。研究得到了国家自然科学基金、国家高层次人才引进计划、复旦大学科研启动项目、国家重点研发计划、中国科学院先导专项等资助。

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