二氧化碳排放和碳足迹

■文 / 郭久亦 翻译 / 于冰

图1 一组旨在代表几个国家人均碳足迹的足迹图

众所周知，全球正在产生越来越多的温室气体（greenhouse gas, GHG），主要是二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）。尽管呼吸作用和火山爆发等自然过程也贡献了一部分，但温室气体主要来源于人类活动（如砍伐森林和燃烧化石燃料）的释放。到目前为止，陆地植物和海洋捕获了人类向大气中碳排放的55%，而约45%的碳排放留在大气中，其中约20%的碳排放将在大气中停留数千年。

关于二氧化碳排放的最新更新

图2显示1975年至2018年4月大气二氧化碳的直接测量值，单位为百万分之一（ppm，每百万个干空气气体分子中所含二氧化碳分子数）。例如，1干空气分子对应0.000400的二氧化碳分子表示为400ppm。数据来自美国国家海洋和大气管理局（N ational Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA）夏威夷莫纳罗亚天文台。图2显示出一种随时间而加速的单调增长。在20世纪80年代初，平均每年增长0.6±0.1ppm，过去10年的平均增长率为每年2.3±0.6ppm，而2015年至2016年的平均增长率为每年3.5±0.1ppm，这是有记录以来最高的增长率。

图3显示2015年至2019年3月在更精细时间尺度上大气二氧化碳浓度的数据。红色虚线表示月度浓度平均值，黑线表示在校正平均季节周期后的浓度。最新数据是2019年3月的411.97ppm。

图2 1975年-2018年莫纳罗亚天文台监测的大气二氧化碳浓度

图3 莫纳罗亚天文台监测的近期月平均大气二氧化碳浓度

图4展示了欧洲在南极洲开展的冰芯项目的大气二氧化碳数据，时间到80万年前，包括几个冰川时期。跟踪了冰河时期（200ppm的低浓度水平）和较温暖的间冰期（280ppm左右的较高水平）的二氧化碳水平的峰值和谷值。在整个过程中，大气中的二氧化碳含量从未超过300ppm。图中还显示与当前数据的鲜明对比，2017年平均数据达到405.0ppm（黑点）。

2013年，二氧化碳含量有记录以来首次超过400ppm。最近二氧化碳浓度的不断上升显示出其与化石燃料燃烧的关系是非常稳定的，大约60%的化石燃料排放物留在空气中的简单前提可以很好地解释这一点。

图4 过去80万年（包括温暖期和冰期）二氧化碳浓度

表1 燃料排放系数 （数据来自网络）

事实上，上一次大气中的二氧化碳含量如此之高是在300多万年前，当时温度比前工业时代高2-3℃，海平面比今天高15-25米。

碳足迹分析

碳足迹的概念是指通过土地清理以及能源、食品、燃料、制成品、材料、木材、建筑、运输和其他服务的生产和消费而排放的温室气体总量。为便于比较，总排放量用二氧化碳当量表示，即对全球变暖产生同等影响的二氧化碳量。就其本质而言，我们无法准确分解碳足迹的不同组成部分。

普通人的大部分碳足迹排放来自“间接”来源，即用于生产远离最终消费者商品的燃料的燃烧。这与直接燃烧燃料产生的“直接”排放不同，例如在汽车或家中。

对碳足迹的主要影响包括人口、经济产出、能源和经济碳强度。这些因素是减少碳足迹的主要目标。例如，发电约占二氧化碳排放量的37%。自20世纪80年代以来，精炼煤生产大大减少了二氧化碳排放量，近年来钢铁生产所用能源量减少了50%。

二氧化碳直接排放：能源的碳足迹

能源比例构成非常有意思，特别要注意的是煤、石油和天然气等化石燃料的优势。

由于使用化石燃料发电，目前电力生产占世界人为二氧化碳排放量的一半。表1显示了目前世界仍在依靠化石燃料来实现81.4%的能源生产。由于化石燃料的排放因子要高得多，因此它们占能源二氧化碳排放当量的92%。为了减少碳足迹，人类应该转向太阳能、风能、水电和核能等替代能源。然而，虽然核反应堆的发电成本低并产生可用于海水淡化的大量热能，但风能、太阳能和核能发电的建设阶段确实会有碳排放。

个人交通

二氧化碳间接排放：产品的碳足迹

在此列出个人碳足迹的几个间接贡献者：食物

表3 每日膳食平均温室气体排放量（千克二氧化碳当量）

纺织品

表4 购买每千克纺织品的典型二氧化碳当量

水泥

水泥是混凝土的主要成分，而混凝土又构成了建筑物的基础和结构。因此，它占全球二氧化碳排放量的5%，是仅次于水的第二大消耗物质。地球上每个人平均每年消耗3吨混凝土。.

如何减少个人碳足迹

1.使用非化石燃料能源。

2.在购买产品时，考虑碳足迹并弄清楚能源效率。

3.通过拼车、步行、骑自行车和使用公共交通来减少驾驶。

4.尽量减少新产品的购买，特别是资源密集型、重包装型产品。

5.享受极简主义的生活方式。

6.减少能源使用，如密封加热和冷却管道、增加绝缘、拔掉未使用的电子设备、晾干衣服、白天关掉不必要的照明、离家时关掉灯等。

7.在农贸市场、绿色餐厅和健康食品商店，购买来自当地的有机植物性未加工食品。通过提前计划膳食和尽可能多地冷冻来最大限度减少食物浪费。

8.减少用水：购买低流量淋浴和水龙头，节水型厕所、洗衣机、洗碗机，检查泄漏，购买本地耐旱植物等。

9.尽可能回收利用。

10.堆肥食物垃圾。

11.选择低能量密集型活动，例如徒步旅行与跳伞、皮划艇与动力艇进行对比选择活动。

12.使用手动割草机而不是电动割草机。用铲子清除积雪，而不是用电动雪犁。不要用电动鼓风机吹树叶。

13.在屋顶安装太阳能板。

14.在花园里种树种花。

15.支持气候行动组织。研究你购买产品的生产公司（尤其是持续进行的购买）。如果他们自己不减少温室气体排放、不支持应对气候变化的行动，那就换家公司吧。

16.了解更多关于气候变化的知识，并与他人分享你所学到的知识。

17.鼓励和支持社区中的温室气体减排实践。

图5 普通美国人碳排放来源示意图

图6 个人家庭内部碳排放示意图

二氧化碳减排方案

《京都议定书》为批准 《京都议定书》的工业化国家减少温室气体排放制定了具有法律约束力的目标和时间表。2015年12月，195个国家在《巴黎协定》中签署了一项协议，在本世纪末之前将全球气温上升限制在工业化前的水平2摄氏度以下。但究竟有多少国家遵守这项协议呢？全球温度没有减弱的迹象。使用碳补偿证书和碳税进行贸易是非常有效的想法，但是从政治上讲，实现这一目标是曲折的。

从大气中提取二氧化碳的技术

国际上已提出许多从大气中提取二氧化碳的技术，例如碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，CCS），但到目前为止，数十亿美元的成本阻碍了这一技术的实现。最近，加拿大卡尔加里的一家公司（碳工程公司）在比尔·盖茨（Bill Gates）的支持下，在科学杂志《焦耳》上宣布，该公司的原型装置可以将二氧化碳从大气中提取出来，并将其转化为液态汽油、柴油或喷气燃料，成本为94美元/吨，而此前的估计为800美元/吨。然而，在工业规模上建造和运营该工厂的碳足迹是多少？在所谓的地质工程中，任何方案的成本往往都在10亿美元的范围内。重新造林或仅仅提供减少森林砍伐的方案难道不是更好、更便宜吗？

结论

今天，站在新地质时代的门槛上。发生的事情是人为造成的。如果人类像往常一样继续使用化石燃料，在未来几个世纪里耗尽其储量，二氧化碳将不可避免地继续上升到1500ppm左右的水平，这对未来来说并不是好兆头。

在未来的数万年里，大气将不会恢复到工业化前的水平。图4不仅传达了科学的测量结果，而且显示了今天和过去80万年之间的惊人差异。它还强调了这样一个事实，即人类具有改变大气中二氧化碳的巨大能力，从而改变了地球上的气候。

金星遭受了失控的温室效应，导致其温度保持在400摄氏度。它的大气主要是来自熔融岩石碳循环的二氧化碳。地球的状况是“人类世”，也就说是地球人类制造的。人类鲁莽地燃烧化石燃料，有没有想过可能有一天地球最终会像金星一样？