PNAS：为了更有效地隔离生物量和碳，只需添加盐

封存碳的一种方法是种植作物并将其埋在地下，长期封存碳。但有了水分，微生物会将其分解，并将二氧化碳和甲烷释放到大气中。加州大学伯克利分校的科学家们建议用盐腌制并埋在防水聚乙烯中。盐可以处理从塑料中渗出的少量水，使生物质在数千年内不会腐烂。

　　

   

减少全球温室气体排放对于避免气候灾难至关重要，但目前的碳去除方法被证明是不够的，而且成本高昂。现在，来自加州大学伯克利分校的研究人员提出了一种可扩展的解决方案，使用简单、廉价的技术从我们的大气中去除碳，并将其安全存储数千年。

今天发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的报道称，研究人员建议种植生物质作物以从空气中捕获碳，然后将收获的植被埋在工程干燥的生物填埋场中。这种独特的方法，研究人员称之为农业封存，通过盐的帮助来保持埋藏的生物质干燥，以抑制微生物和延缓分解，从而稳定地封存所有生物质碳。

加州大学伯克利分校电气工程与计算机科学系研究生院教授、主要作者Eli Yablonovitch说，结果是碳负的，这使得这种方法成为潜在的游戏规则改变者。

亚布洛诺维奇说:“我们声称，适当的工程可以以可控的成本100%解决气候危机。”“如果在全球范围内实施，这种碳负封存方法有可能消除当前以及前几年大气中的二氧化碳排放量。”

与以往的碳中和努力不同，农业封存寻求的不是净碳中和，而是净碳负性。根据这篇论文，每公吨干生物质可以吸收大约2吨二氧化碳。

农业固碳:一种在地下生物质中稳定固碳的方法

埋葬生物质以封存碳的想法越来越受欢迎，创业公司埋葬从植物到木材的所有东西。但确保地下生物量的稳定性是一个挑战。虽然这些储存环境没有氧气，但厌氧微生物仍然可以存活，并使生物量分解成二氧化碳和甲烷，使这些封存至多接近碳中性。

但有一样东西是所有生命形式都需要的——水分，而不是氧气。这是通过“水活度”来衡量的，这是一个类似于相对湿度的量。如果内部水分活度低于60%，所有生命都将停止——这是加州大学伯克利分校研究人员新的农业封存解决方案的基础概念。

该研究的合著者、电气工程和计算机科学系的研究员哈里·德克曼说:“对于许多最近普及的基于自然和农业的技术来说，长期封存存在重大问题。”“我们提出的农业封存方法可以稳定地将碳封存在干燥的盐渍生物质中数千年，与其他空气捕捉技术相比，成本更低，碳效率更高。”

致力于到2050年实现全球净零排放的非营利组织“生产者碳排放责任”(PACE)的联合创始人兼总裁休·赫尔弗蒂(Hugh Helferty)认为这种解决方案前景广阔。“农业封存有可能将暂时的基于自然的解决方案转变为永久的二氧化碳储存，”没有参与这项研究的Helferty说。“通过开发他们的方法，德克曼和亚布洛诺维奇为应对气候变化创造了一个宝贵的新选择。”

达到适当的干燥程度以防止分解

活细胞必须能够通过细胞壁转移水溶性营养物质和水溶性废物才能存活。根据德克曼的说法，将水的活度降低到60%以下已被证明可以阻止这些代谢过程。

为了达到必要的干燥程度，亚布洛诺维奇和德克曼从一种可以追溯到巴比伦时代的长期食物保存技术中获得灵感:盐。

Yablonovitch说:“干燥，有时辅以盐，有效地降低了被隔离生物量的内部相对湿度。”“数千年来，这已被证明可以防止腐烂。”

研究人员指出，一种名为玛士撒拉的椰枣证明，如果保持足够干燥，生物质可以保存到下一个千年之后。

20世纪60年代，以色列考古学家Yigal Yadin在马萨达山顶的古老遗迹中发现了椰枣种子，马萨达是一个俯瞰死海的平顶山，死海是世界上最干旱的地方之一。这些种子在抽屉里保存了40多年，直到2005年，研究天然药物的医生萨拉·萨隆(Sarah salon)要求它们。在对这些种子进行碳测定后，她了解到它们有2000年的历史，然后请园艺师伊莱恩·索洛维种植它们。它们发芽了，其中一种枣椰树玛士撒拉直到今天仍在茁壮成长。

亚布洛诺维奇说:“这证明，如果你保持生物质干燥，它将持续数百年到数千年。”“换句话说，这是一个自然实验，证明你可以保存生物质2000年。”

一种具有成本效益、可扩展的方法

除了提供长期稳定性外，亚布洛诺维奇和德克曼的农业封存方法非常具有成本效益。农业和生物垃圾填埋场每捕获和封存一吨二氧化碳的总成本为60美元。(相比之下，一些直接的空气捕获和二氧化碳气体封存策略每吨成本为600美元。)

亚布洛诺维奇说:“每捕获和封存一吨二氧化碳60美元，相当于每加仑汽油增加0.53美元的成本。”“以这个价格，抵消全球二氧化碳排放将使世界经济倒退2.4%。”

研究人员编制了一份50多种高产植物的清单，这些植物能够在世界各地的不同气候条件下生长，干生物量产量在每公顷4到45吨以上。它们都因其碳捕获能力而被选中。

这种解决方案也可以在不侵占或竞争用于种植粮食的农田的情况下扩大规模。这些生物质作物中有许多可以种植在边缘牧场和林地上，甚至可以种植在闲置的农田上。

亚布洛诺维奇说:“要消除所有产生的碳，需要大量的农田，但这是实际上可用的农田数量。”“这对农民来说将是一个巨大的福音，因为目前有耕地没有得到充分利用。”

收获这些生物质作物的农民将植物晾干，然后将它们埋在农业区域内的干燥工程生物填埋场中，地下几十米，不受人类活动和自然灾害的影响。

研究人员基于当前城市垃圾填埋的最佳实践设计了这些干墓结构，但增加了增强功能以确保干燥，例如两个2毫米厚的嵌套聚乙烯层包裹生物质，这一实践已经在现代垃圾填埋中使用。

填埋区将只覆盖农业区域的一小部分(0.0001%)。换句话说，1公顷的生物填埋场可以掩埋1万公顷的生物质产量。此外，垃圾填埋场的顶部表面可以恢复为农业生产后。

这是一条被采纳的捷径

德克曼说，采用这种碳捕获和封存方法的时间可能很短。他说:“农业封存技术已经成熟，工程生物填埋场的建设可以在一个生长季节后开始。”

亚布洛诺维奇和德克曼的分析表明，农民可以相当快地过渡到生物质农业。他们估计，将现有农田转化为生物质农业大约需要一年的时间，但缺乏支持农业所需基础设施的处女地则需要更长时间。生物质作物将在生长季节内准备收割和封存。

利用这种方法，研究人员计算出，要封存世界上大约一半的温室气体排放(每年约200亿吨二氧化碳)，需要在相当于世界上五分之一的耕地或十五分之一的耕地、牧场和森林面积上进行农业生产。根据他们的报告，这一土地数量与政府间气候变化专门委员会的许多温室气体减排模型所考虑的生物量生产的总面积相同或更少。

“我们的农业封存方法在成本、可扩展性和长期稳定性方面提供了许多好处，”Yablonovitch说。此外，它利用成本已知的现有技术，为从大气中去除二氧化碳和解决气候变化问题提供了切实可行的途径。尽管如此，社会必须继续努力去碳化;开发和安装太阳能和风能技术;以及革命性的能源储存。”