净零排放是不可能实现的目标吗?

W就在当地政府拒绝采取措施应对气候变化的几分钟后，水涌入了威尼斯市议会会议厅。随着新南威尔士州部分地区的火灾危险从“严重”和“极端”上升到“灾难性”，野火吞噬了澳大利亚东部。阿拉斯加北部楚科奇海的冰层水平创历史新低。英格兰全国各地都有洪水。就在这周，我写这篇文章的时候。

人类造成的气候变化及其带来的灾难已经出现。事实上，他们才刚刚开始。下一个十年或世纪会是什么样子?

这取决于我们做什么。如果我们的目标是阻止全球变暖，最好的方法就是现在就减少碳排放——零排放。英国、丹麦和挪威已经通过法律，要求到2050年实现净零排放。瑞典的目标是2045年。但是最大的排放国——中国、美国和印度——却在拖后腿。因此，到2100年，要将全球变暖幅度控制在比工业化前水平低2摄氏度的水平，我们越来越有可能需要这样做负碳排放。也就是说，我们需要修复空气。我们需要从大气中吸收更多的二氧化碳。

在20世纪下半叶，我们应该做一些我们做梦都想不到的事情。

这似乎是一个可笑的雄心勃勃的目标。我们真的能做到吗?或者这只是一个幻想?我想让你们知道这需要什么。但首先，这很重要。大多数人都没有意识到负碳排放是非常严重的假定在许多更乐观的气候情景中。甚至一些负责应对气候变化的政策制定者也不知道这一点。

2016年，气候科学家凯文·安德森(Kevin Anderson)和格伦·彼得斯(Glen Peters)发表了一份纸这个题目叫做“负排放的麻烦”。这个标题有点误导人，因为他们并不反对负排放。他们反对制定依赖负排放的计划而使自己自满，因为我们真的不知道如何在必要的规模上实现它们。我们可能会陷入严重的困境，其中最贫穷的人将遭受最大的打击。

那么，我们需要多少负碳排放才能将全球变暖控制在2摄氏度以下?人们希望如何实现这一目标?就让我们一探究竟吧!

我2018年，人类向空气中排放了约370亿吨二氧化碳。一吨是一公吨，比一吨稍大一点。因为问题不在于氧——二氧化碳是由一个碳原子和两个氧原子组成的——计算碳的吨数可能更有意义。但是习惯上是通过碳的二氧化碳当量来记录碳，所以我在这里写。美国国家科学院(National Academy of Sciences)表示，要想在本世纪末将全球变暖幅度控制在2摄氏度以下，到2050年，我们可能需要每年从空气中消除约100亿吨二氧化碳，到2100年，这一数字将翻一番。我们怎么能这样做呢?

每当我谈论这个话题时，总会得到一些建议。许多人忽视了这个问题的严重程度。例如，一家名为Climeworks的公司正在制造通过化学过程从空气中吸收二氧化碳的机器。他们希望用这些小玩意来制造软饮料的碳酸水，或者制造空气中有大量二氧化碳的温室，用来种植更美味的蔬菜。这听起来非常令人兴奋……直到你了解到，目前他们获取二氧化碳的方法每吨大约要花费500美元。用其他方式制造这些东西要便宜得多;饮料级别的二氧化碳的价格大约是它的五分之一。但是，即使它们降低了价格，在选定的市场上变得有竞争力，温室和碳酸化每年也只消耗600万吨二氧化碳。这与我们需要移除的数量相比微不足道。

因此，正确的思考方式是把Climeworks看作是迈向一种技术的试探性的第一步可能总有一天会对对抗全球变暖有所帮助——但前提是它能显著扩大规模并降低成本。寻找二氧化碳的商业用途作为垫脚石，这是一种开始开发技术并降低价格的方式，这一想法很有吸引力。但这与寻找可以严重缓解碳排放问题的商业用途是不同的。

这是另一个例子:利用空气中的二氧化碳来制造塑料。有一家名为RenewCO2的公司想要这样做。但即使不考虑成本，很明显，如果我们大幅增加塑料生产，这样的计划每年可以从空气中消除100亿吨二氧化碳。2018年，我们制造了约3.6亿吨塑料。因此，我们必须将塑料产量提高近十倍。此外，我们必须在不大量增加化石燃料使用的情况下制造所有这些塑料。这是解决空气问题的一个普遍问题。如果我们能够以一种无碳的方式产生大量的能量——比如核能、太阳能或风能——我们就可以利用其中的一些能量来去除大气中的二氧化碳。但就短期而言，更好地利用这些能源的方法是淘汰燃煤电厂。因此，虽然我们可以梦想用能源密集型的方法来解决空气污染问题，但这些方法只能在本世纪晚些时候得到应用。

如果塑料还不够大，不能每年吃掉100亿吨二氧化碳，那么还有什么能更接近呢?农业。我很难找到最新的数据，但在2004年，世界创造了大约50亿吨“作物残留物”:茎、叶和其他粮食种植的残留物。如果我们能够以一种能够隔离碳的方式处理这些残留物，那将是一个重大的进步。事实上，环境工程师斯图尔特·斯特兰德和物理学家格雷戈里·本福德——同样是著名的科幻小说作家——已经联手研究如果我们把一捆捆的农作物残渣倾倒在海底会发生什么?尽管这些物质会腐烂，但产生的气体似乎需要数百年才能重新浮出水面。而且海底有足够的空间。

人类造成的气候变化及其带来的灾难已经出现。

除了将作物残渣沉入海底的大规模操作，还有许多其他方法可以改善农业，使土壤积累更多的碳。例如，减少耕地减少了有机物腐烂和碳回到空气中的速度。实际上，你可以用被称为“生物炭”的半燃烧植物材料来给土地施肥。种植根大的作物，或者从一年生作物转向多年生作物，也会有帮助。这些只是人们有过的一些好主意。虽然农业和土壤科学很复杂，你可能不想在这方面浪费时间，但美国国家科学院(National Academy of Sciences)估计，通过改进农业，我们每年可以减少30亿吨二氧化碳。这是巨大的。

提到农业之后，该谈谈森林了。每个人都喜欢树．然而，值得注意的是，一个成熟的森林不会永远以显著的速度减少碳。是的，空气中的碳会在土壤中形成木材和有机物质。但是腐烂的木材和有机材料又将碳释放回空气中。顶极森林接近于一种稳定状态:它从空气中去除碳的速率大致等于它释放碳的速率。所以，森林吸收最多碳的时候是它刚开始生长的时候。

今年7月,一个纸在科学认为地球上有近400万平方英里的新森林空间。作者声称，随着这些新树的生长，它们可以吸收约7300亿吨二氧化碳。起初，这听起来很棒。但请记住，我们每年排放370亿吨。因此，如果我们在比美国稍微大一点的面积上种植新的森林，它们将吸收相当于大约20年的碳排放。简而言之，这一英勇的努力将为我们赢得时间，但它不会是一个永久的解决方案。更糟糕的是，其他作者认为科学纸业过于乐观了。一个反驳点出了科学纸错误地认为没有树木的地区的土壤中已经没有有机碳了。它还依靠在现在是草原或稀树草原的地区大量增加森林。有了这些修正，新森林最多只能吸收1500亿吨二氧化碳。

这仍然是很多。但是让人们种植大片的新森林将是困难的。根据更现实的假设，美国国家科学院表示，在短期内，我们可以通过种植新森林和更好地管理现有森林，每年减少25亿吨二氧化碳。简而言之:如果我们真的努力，更好的农业和林业每年可以从空气中吸收55亿吨二氧化碳。这两种方法的一个巨大优势是，它们利用了植物的神奇能力，以太阳能的方式将二氧化碳转化为复杂的有机化合物——比迄今为止人类发明的任何技术都要好得多。如果我们发明了做得更好的新技术，那可能是因为我们从绿色朋友那里学到了一些技巧。

植物还可以提供另一种帮助:生物燃料。如果我们燃烧来自植物的燃料，我们就把碳从大气中提取出来，再把它放回去:粗略地说，净零碳排放。这比化石燃料好，在化石燃料中，我们把碳从地下挖出来然后烧掉。但如果我们能把植物作为燃料燃烧，然后捕获二氧化碳，压缩它，然后把它泵到地下枯竭的油气田，无法开采的煤层，等等，那就更好了。

为了做到这一点，我们可能不应该砍伐森林来为我们燃烧的庄稼腾出空间。将玉米转化为乙醇的效率也相当低，尽管美国的玉米游说团体已经说服政府在这方面投入了大量资金，而且目前美国种植的大约40%的玉米都被用于这种方式。假设我们把所有可用的农业、林业和城市垃圾，比如草坪修剪物、食物垃圾等等，放到能够燃烧它们并将二氧化碳泵到地下的设施中。所有这些东西最终都来自于植物从空气中吸收碳。那么，通过这种方法我们能从大气中提取多少二氧化碳呢?美国国家科学院(National Academy of Sciences)表示，每年可达52亿吨。

当然，我们不能这么做也把所有的农业废料倒入海洋——这只是处理同样东西的另一种方式。此外，这个高端数字需要比我们目前所能实现的更好的组织。把大量的二氧化碳抽到地下是有风险的。

W还有其他活动可以吸收大量的碳吗?看看人类最大的产业是值得的:最大的，也就是说，从加工的绝对数量来看。例如，我们生产大量的水泥。2017年，全球水泥产量约为45亿吨，中国的产量比世界其他国家的总和还多，而且产量的不确定性很大。据我所知，只有挖煤和燃烧碳比煤炭更大，比如每年开采77亿吨煤。

现在，水泥是问题的一部分:为了制造最常用的水泥，我们加热石灰石，直到它释放二氧化碳，变成“生石灰”。在全球范围内，只有7%的碳排放来自于这一过程，但这仍然比整个航空业更重要。一些科学家已经发明了水泥,吸收二氧化碳，因为它干燥了。它还没有在商业上流行起来，但对该行业的压力正在增加。如果我们能用一种物质代替水泥主要是以一种经济可行的方式从大气中提取碳，这将是巨大的。但这将我们带入了一个尚未发明的技术领域。

虽然我们可以梦想用能源密集型的方法来治理空气，但这些方法只有在本世纪后期才会得到应用。

事实上，新技术可能掌握解决这个问题的关键。在20世纪下半叶，我们应该做一些我们做梦都想不到的事情。在接下来的一个世纪里，更是如此。但完善和扩大新技术需要时间。因此，我们有理由继续做我们现在能做的事情，然后随着其他方法变得实用而改变方向。仅仅等待和希望是不明智的。

把我列出的一些选项加起来，我们可以通过植树减少10亿吨二氧化碳，通过更好的森林管理减少15亿吨二氧化碳，通过更好的农业实践减少30亿吨二氧化碳，通过生物燃料和碳捕获技术减少多达52亿吨二氧化碳。这加起来每年超过100亿吨。这远远不足以抵消我们现在每年向空气中排放的370亿吨。但如果加上努力减排，我们或许能勉强过关，将全球变暖幅度控制在2摄氏度以下。

即使我们尝试，我们也远不能保证成功。安德森和彼得斯的警告是正确的。但我们会尝试吗?这与其说是一个科学技术问题，不如说是一个政治和经济问题。工程师索尔·格里菲斯(Saul Griffith)说，应对全球变暖不像曼哈顿计划，它就像整个第二次世界大战，但每个人都站在同一条战线上。他说对了一半:我们并非都站在同一战线上。不管怎么说,没有。让领导者从这些巨大的挑战中受到鼓舞，而不是把头埋在沙子里，将是朝着正确方向迈出的一大步。

约翰·贝兹(John Baez)是加州大学河滨分校(University of California, Riverside)的数学教授，也是新加坡量子技术中心的访问研究员。他的博客涉及数学、科学和环境问题方位．在推特上关注他@johncarlosbaez．

首席图像:Stefano Mazzola