面向气候承诺的二氧化碳移除：区域潜力的多模型评估（Carbon dioxide removal consistent with climate pledges: a multi-model assessment of regional potential）

《Environmental Science: Advances》：Carbon dioxide removal consistent with climate pledges: a multi-model assessment of regional potentialOpen Access

　　

实现《巴黎协定》“远低于2 °C”目标将需要吉吨（Gt）规模的二氧化碳移除（Carbon Dioxide Removal, CDR）。然而，如此大规模的移除将在何处以及如何实现仍不明确。尽管许多国家的长期低排放发展战略（Long-Term Low Emissions Development Strategies, LT-LEDS）暗示了本世纪中叶大规模的CDR部署，但其国家自主贡献（Nationally Determined Contributions, NDCs）往往缺乏具体的扩大部署计划和时间表。研究人员开展了一项模型间比较研究，以改进三个领先的综合评估模型（Integrated Assessment Models, IAMs）中对多样化CDR组合的表征，并评估其在截至2025年底提交的NDC和LT-LEDS情景下的作用。研究发现，除了当前承诺和建模情景中占主导地位的土地密集型方案之外，其他CDR方法具有巨大的减缓潜力。尽管生物质能碳捕集与封存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage, BECCS）仍然重要，但增强岩石风化（Enhanced Rock Weathering, ERW）和生物炭（Biochar）在印度、中国和拉丁美洲每年可贡献108–109 tCO2的移除量。在《巴黎协定》第六条等机制下的NDC和LT-LEDS合作实施，可通过实现跨境低成本减缓进一步降低全球CDR需求。然而，在过冲后实现具有雄心的1.5 °C目标将需要更积极的近期减缓行动和/或持续的长期净负排放。这些发现强调了明确CDR规划、持续投资以及建模工具持续进步的必要性。

论文解读

一、研究背景与问题

自《巴黎协定》签署以来的十年间，全球温室气体（Greenhouse Gas, GHG）排放持续上升，这增加了二氧化碳移除（Carbon Dioxide Removal, CDR）在将世纪末温升限制在“远低于2 °C”目标中的作用预期。CDR需要用于抵消大气中CO₂和其他GHG累积的辐射强迫效应，并中和难以减排部门的剩余排放。尽管基于情景的预测表明，到2050年CDR需要抵消当前全球排放量近五分之一，但各国在其国家自主贡献（NDCs）和长期低排放发展战略（LT-LEDS）中往往对如何实现如此大规模的CDR含糊其辞。许多国家的LT-LEDS暗示了本世纪中叶的大规模CDR，但其中期NDC目标往往缺乏具体的扩大部署计划或时间表。

在各国已考虑的CDR方案中，往往严重依赖通过增加森林面积来扩大陆地碳汇，或使用生物质能碳捕集与封存（BECCS）作为所有新型CDR的代表。然而，仅依赖这些方法可能因生物能源原料种植、生态系统服务和粮食生产之间的竞争，对全球土地系统造成不可接受的压力。自然陆地碳汇还受环境反馈影响，可能对各国实现目标产生负面影响。此外，设计和实施能可靠实现长期大规模净负排放的土地利用政策存在实际困难，泄漏问题、执法挑战、财政压力及收入不平等风险等均构成障碍。因此，明确需要理解额外、持久且可扩展的CDR路径在实现脱碳目标中的作用。

直接空气碳捕集与封存（DACCS）、增强岩石风化（ERW）和生物炭提供了缓解上述严重土地利用冲突的前景，但也带来不同的权衡。扩展多样化CDR组合对于实现《巴黎协定》“远低于2 °C”目标可能至关重要。然而，关于“常规”（如再造林/造林）和“新型”CDR大规模部署可行性的不确定性，加之缺乏具有法律约束力的承诺，可能使这一过程复杂化。综合评估模型（IAMs）产出的情景支撑了政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告，并常为各国NDC承诺提供信息，但其在CDR方面的现实性和实用性受限：模型对BECCS和造林之外的CDR路径表征不足；模型预测常未分解农林和其他土地利用（AFOLU）部门的排放与移除，可能低估未来CDR需求；情景常使用程式化的全球排放约束或价格驱动减缓，未反映各国实际政策和承诺。因此，IAMs亟需改进CDR路径和政策的表征，并约束近期以反映当前几乎完全由自愿碳市场（VCM）活动驱动的小规模部署。

二、研究内容与意义

为应对上述局限，研究人员改进了三个领先IAMs（GCAM、MESSAGE和IMAGE）中CDR路径的表征，并在模型间比较中应用这些发展，设计情景以评估扩展CDR组合在帮助各国实现减排承诺中的更现实作用。研究发现，在深度脱碳下，各模型对CDR的大规模全球贡献有共识，但在个别CDR方法的部署速率和区域模式上存在显著分歧。研究强调，实现所设想的本世纪中叶部署水平需要有针对性的政策，承认CDR的具体减缓价值，并为各国实现脱碳承诺所需的雄心减排提供激励。研究还指出，建模的CDR潜力应与其可行部署区分开来，可行部署取决于物流、土地需求、公众接受度和长期碳持久性监测等实际约束。该研究对于为更明确的CDR规划和投资提供信息，以及支持未来NDC提交具有重要意义。

三、主要技术方法

研究人员使用了三个领先的综合评估模型（IAMs）：GCAM、MESSAGE和IMAGE。所有模型均采用SSP2“中间道路”假设用于人口、GDP增长和技术进步，并施加100 EJ/年的全球生物能源约束。研究设计了多种情景，包括参考情景（无气候政策）、NDC+LT-LEDS（有限排放贸易）、NDC+LT-LEDS（第六条全面贸易）、NDC+LT-LEDS（第六条，低CDR）以及NDC+LT-LEDS（美国倒退）。模型改进包括：MESSAGE新增增强岩石风化（ERW）和8种生物炭技术原型；IMAGE新增ERW并区分固态吸附剂和液态溶剂DACCS；GCAM新增详细CO₂运输表征、CCS注入速率和增长约束，以及ERW增长约束。排放结果输入MAGICC简单气候模型以投影全球表面气温（GSAT）异常。

四、研究结果

全球排放与移除路径：实现既定NDC和LT-LEDS，加上世界其他地区增强的减缓雄心，预计到2050年净GHG排放将减少60–75%，主要由化石燃料、工业和土地利用变化的CO₂下降主导。所有模型均预测每年数GtCO₂的常规土地CDR，土地部门在本世纪中叶从排放源转变为碳汇。MESSAGE预测的新型CDR最少，2050年BECCS略低于1 GtCO₂/年；GCAM和IMAGE均预测到2050年BECCS和ERW达数GtCO₂/年，GCAM另有0.4 GtCO₂/年的DACCS。

区域CDR部署：采用共同10区域（R10）聚合标准化报告。具有本世纪中叶净零目标的地区（如北美、欧洲、亚太OECD国家）预计到2050年部署GtCO₂/年规模的CDR。非洲是GCAM中生物炭部署的领先地区，IMAGE中也有大量BECCS部署。GCAM和IMAGE均预测印度、欧洲和拉丁美洲每年数亿吨tCO₂规模的ERW部署，GCAM还预测中国和北美GtCO₂/年规模的部署。

与AR6情景比较：与IPCC第六次评估报告（AR6）中“可能低于2 °C”（C3）和“低于2 °C”（C4）情景比较显示，除BECCS和DACCS外的CDR路径在情景文献中未被充分纳入。AR6数据库中仅一个低于2 °C情景包含ERW，无一包含生物炭。明确的增长约束和/或相对较高的成本使BECCS部署在2035年前相对某些AR6情景受到严格限制。

排放贸易影响：国际排放贸易机制（如ITMO）对区域CDR部署和土地利用变化影响相对较小，但导致实现相同全球减缓结果所需的排放价格出现显著差异。中国和印度在允许排放贸易时，本世纪中叶实现净零的CO₂价格在所有三个模型中均大幅下降。欧洲在有限贸易下CDR部署增加，北美在ITMO贸易下CDR部署减少。

土地利用变化：在所有模型、情景和地区中，NDC和LT-LEDS承诺要么增加2050年森林面积，要么相比参考情景减少毁林。GCAM报告非洲、欧洲、拉丁美洲、北美和转型经济体中世纪生物能源农田面积增幅最大，通常以牺牲其他自然土地为代价。IMAGE仅在非洲和拉丁美洲预测生物能源农田大幅增加，尽管其BECCS水平最高，大部分生物质原料来自农业和林业残余物。

温度投影：各模型一致认为，成功实施当前NDC和LT-LEDS承诺实现的减排极不可能在无过冲情况下将全球温升限制在1.5 °C以下。所有情景的中位温度轨迹在2030年前后超过1.5 °C阈值，IMAGE和MESSAGE模型预测本世纪中叶温度峰值约1.8 °C。美国完全倒退其净零承诺的情景导致世纪末额外增温约0.25 °C。

五、讨论与结论

讨论部分指出，模型间在CDR部署速率和区域模式上的分歧主要反映结构性模型假设差异，包括能源和农产品需求、系统惯性、对碳定价的敏感性以及技术组合的构成和灵活性。研究建议建模团队继续改进不仅对CDR路径，还包括其部署所需基础设施和资源的表征，如CO₂运输网络、地质封存以及生物质和矿物供应链。研究强调，实现所设想的部署水平需要有针对性的政策，且建模潜力应区别于可行部署。

结论部分指出，温度结果与其他近期证据一致，表明在下一个十年内首次过冲《巴黎协定》1.5 °C目标极有可能。这意味着最终需要全球净负CO₂排放以回到该政策阈值以下。美国完全倒退其净零排放承诺可能导致到2100年额外增温0.25 °C。即使将升温限制在2 °C以下，也取决于最高排放国家成功履行净零承诺，并进一步取决于大多数尚未提交此类承诺的发展中国家实施雄心减排。第六条情景结果揭示了NDC和LT-LEDS合作实施的潜在价值，可允许地区获取国内边界以外的低成本减缓机会。研究建议对替代第六条实施方案进行有针对性的建模和实证分析，特别关注其对CDR部署、环境完整性和减缓成本的影响，以支持各国制定更精确、路径特定的CDR目标，并设计多边排放-移除贸易计划。