综述：量化生物能源与生物能源碳捕集与封存（BECCS）对气候变化的影响：方法论的关键考量与指导

这篇综述系统阐述了生物能源（Bioenergy）及BECCS的气候效应评估方法学框架，强调需整合全生命周期（LCA）视角、动态碳循环分析及间接效应（如iLUC）考量，为政策制定提供兼顾科学严谨性与实践可行性的评估指南，尤其关注森林生物能源的碳中性争议与时空边界设定。

　　

引言

生物能源（Bioenergy）及其结合碳捕集与封存的技术（BECCS）被广泛视为实现《巴黎协定》温控目标的关键策略。然而，科学文献中关于其气候减缓效能的结论存在显著分歧。这种差异源于生物能源系统的多样性（如原料来源、转化技术）及方法论选择（如系统边界、参考情景设定）。本文基于国际能源署（IEA）生物能源技术合作计划的标准方法学，提出一套全面评估框架，旨在提升研究一致性与政策适用性。

关键概念

碳循环与“碳中性”

生物能源通过光合作用-呼吸-燃烧的短期碳循环影响气候，与化石燃料的长期地质碳释放有本质区别。理论上，若生物质生产与消耗的碳收支平衡，生物能源可视为“碳中性”。但实际中，生物能源系统常改变植被或土壤碳库的碳储量（如缩短碳驻留时间），需通过明确的时空边界评估净气候效应。

生命周期视角

生命周期评估（LCA）是量化生物能源气候影响的核心工具，涵盖从原料种植、加工、运输到最终能源利用的全链条排放。对于BECCS，还需纳入CO₂捕集、压缩、运输及封存过程的能耗与泄漏风险。

森林生物能源的特殊性

森林生物能源的碳动态复杂：单株林木的碳波动在景观尺度上趋于平衡，但增加采伐强度可能降低森林碳储量，导致数十年“碳债务”。关键影响因素包括轮伐期、管理措施（如间伐）及自然干扰（火灾、虫害）。例如，北欧国家森林生物能源多与木材加工业协同，而发展中国家则以家庭薪柴为主。

方法学考量

功能单元选择

根据研究目的，功能单元可设为单位能量（MJ）、单位土地面积或单位CO₂移除量（CDR）。BECCS需同时考虑能源产品与CDR的多功能分配问题。

建模方法

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  归因LCA（ALCA）：描述现有系统的平均排放，适用于产品认证。

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  consequential LCA（CLCA）：分析政策变动引发的市场连锁反应，如间接土地利用变化（iLUC）对粮食生产的影响。

系统边界与参考系统

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  空间边界：景观尺度可平滑单株碳波动，而国家尺度需考虑跨境碳泄漏。

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  时间边界：短轮作作物需覆盖多个周期，森林系统建议≥100年以捕捉碳库平衡。

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  参考系统：需明确“无生物能源”情景下的土地利用（如自然再生或农业）与能源替代（如煤电或可再生能源）。

气候影响指标

传统全球变暖潜势（GWP₁₀₀）可能低估长轮作森林的缓减潜力，建议辅以全球温变潜势（GTP）或累积辐射强迫（CRF）等动态指标。BECCS的评估需区分能源与CDR功能，避免全生命周期排放错误归因。

争议与挑战

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  间接效应：iLUC的量化高度不确定，模型假设（如经济弹性系数）显著影响结果。

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  非CO₂气候驱动因子：黑碳（BC）排放、反照率变化（如雪盖森林采伐）等常被忽略，但可能逆转净气候效益。

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  时间偏好：短期“碳投资”与长期缓减的权衡需结合碳预算紧迫性评估。

结论与展望

生物能源的气候效应高度依赖情景设定。政策制定需基于多模型耦合（如IAM-LCA）和敏感性分析，同时关注生物能源在能源系统转型中的调度价值。未来研究应聚焦：1）高分辨率土地利用数据；2）气候-生物量生长反馈机制；3）生物能源与材料替代的协同效应。统一方法学将减少研究分歧，支撑科学决策。