植物固碳較其他CO2綜合利用方法的優勢分析

衛國強，何昆霖，張忠林，郝曉剛，劉世斌

（太原理工大學 潔凈化工研究所，山西 太原 030024）

1 引言

能源是人類生存和發展的重要物質基礎。自19世紀以來，人類對煤炭、石油、天然氣等化石能源的大量開采和利用支撐了近200年的文明進步和社會經濟發展。但是，這幾種不可再生化石能源的大量消耗，不僅使人類面臨資源枯竭的壓力，同時更帶來了嚴重的環境問題［1］。化石能源所帶來的環境影響主要有3個層次，即局部影響（如城市污染和土地污染）、地區影響（如酸雨）以及全球影響（如溫室效應和臭氧層破壞）［2］。本文主要針對化石燃料使用引起的全球溫室效應討論有效的應對之策。

眾多證據表明，地球的確在變暖，世界上的冰川在消融，海平面也在升高，而這一切的根源都來自于人類大量使用化石燃料所產生的以CO2為主體的溫室氣體［3］。統計顯示，2010年全球CO2年排放為2.7817×1010t，其中中國的年排放量已經達到4.368×109t，占全球排放的15.77%，為世界的第2位，已成為發達國家碳排放貿易的主要對象［4］。CO2作為空氣中含量最高的溫室效應氣體，長時間以來其大量排放引發了溫室效應、氣候異常、自然災害等諸多問題。因此，CO2問題成為了世界性問題，引起了世界各國的關注，并紛紛開展了CO2綜合利用及減排方面的研究，我國政府也做出了“到2020年，在2005年的水平上實現單位GDP CO2排放下降40%～45%”減排目標的承諾，并將其作為約束性指標納入國民經濟和社會發展的長期規劃［5］。

目前，CO2綜合利用技術可歸納為儲存利用、循環利用以及轉化利用3種［6］。前2種技術能阻止和延緩CO2排放到大氣環境中，但不能減少其在空氣中的總量，轉化利用技術可通過把CO2轉化為其他物質從而減少空氣中CO2的總量，然而該技術目前多以通過化工方法轉化為各種化工產品，其過程往往需消耗能源并造成額外的環境負擔。

植物固碳法，即通過植物吸收、利用CO2，其本質上屬于CO2的轉化利用技術。但是，由于植物固碳法與其它CO2轉化利用方法存在很大不同，因此具有很大的特殊性。該方法在減少大氣中CO2總量的同時，還能除塵、除菌、除有害氣體、提高空氣中氧氣含量等。此外，植物固碳法在降噪、改良水質土壤、保持水土、調節氣候等諸多方面也發揮著不容忽視的作用。本論文將植物固碳法與其它CO2綜合利用方法進行綜述和比較，主要闡述了植物固碳法在轉化利用CO2方面的優勢，并建議將該方法作為治理或減少地球溫室效應的一種戰略方法。

2 二氧化碳綜合利用

2.1 CO2的儲存利用

CO2儲存利用采用的是CO2捕集和封存（Carbon Capture and Storage，CCS）技術［7～10］，該技術是通過碳捕捉技術，將工業和有關能源產業所生產的CO2分離出來，再通過碳儲存手段，將其輸送并封存到海底或地下等與大氣隔絕的地方。目前，世界上有很多的CCS項目正在運行中，其中較有代表性的有3個，即挪威國家石油公司在北海的Sleipne項目、阿爾及利亞的In Salah項目和加拿大Weyburn項目。這些項目有些將CO2注入海底或地下，有些注入油田，以提高油田的采收率。

CCS技術雖然能減少大氣中CO2的含量，但并沒有減少其總量，而且CCS技術還存在兩大問題。其一是捕獲時的高投入和高能耗，每捕獲1tCO2的成本約70美元，一般能夠捕獲90%的CO2排放量。此外，還需要消耗很多能源完成去碳工作，也就是說，需要再多消耗約25%的煤炭才能將原先產生的CO2去除［11］；其二是封存于地下的CO2可能會出現泄漏，或者對海洋和陸地生態造成威脅，其帶來的長期地質影響如滲漏、地表拱起、誘發地震或咸水層破壞等難以估量［12］。

2.2 CO2的循環利用

CO2的循環利用是利用CO2的物理性質，主要應用包括:①可作為惰性氣體用于電弧焊接、滅火材料及滅菌氣體；②可用于原子能反應堆的冷卻劑、食品的冷凍及人工降雨等；③可用作粉末滅火劑、碳酸飲料、鮮啤酒壓出劑等；④用作超臨界萃取劑和清洗劑；⑤用于提高石油采出率；⑥用于果蔬保鮮劑；⑦用作制作發泡材料的發泡劑等［13，14］。CO2的循環利用目前已經較為成熟，能夠較好的利用CO2，但其無法降低大氣中CO2的總量達到溫室氣體減排的效果是其最顯著的弊端。

2.3 CO2的轉化利用

CO2的轉化利用是利用CO2的化學性質，將其轉化為其他物質進行資源再利用。CO2在轉化利用方面主要是化學合成，比如合成尿素、合成無機碳酸鹽以及合成有機物（如醇、二甲醚、高分子化合物、羧酸及其衍生物、有機碳酸脂等）［15］。雖然通過轉化利用CO2可以大量的消耗CO2，同時還能獲得化工產品，但由于CO2的化學性質較穩定，轉化利用常常需要消耗其他能源，而且容易造成二次污染。

3 植物利用CO2的優勢分析

3.1 植物固碳在減少全球溫室氣體方面的作用

植物固碳法是利用植物的光合作用，吸收大氣中的CO2，將CO2轉化成多糖類固體物質（如纖維素等）。相對于上述3種CO2綜合利用的方式，植物的固碳量要大很多，據統計全球森林植被對碳的吸收和儲存占全球每年大氣和地表碳流動量的90%［16］。植物作為最大的貯碳庫以及最經濟的吸碳器，通過系統合理的種植各種植物要比其他CO2綜合利用的方式在固碳方面顯示出明顯的優勢。1hm2的闊葉林，每天能吸收1tCO2；全球僅森林中植物每年就能處理近千億tCO2；森林面積雖然只占陸地總面積的1／3，但全球森林植被的碳儲量占到了陸地碳庫總量的57%［16］。同時植物的固碳優勢不僅體現在固碳的量上，還體現在固碳時效上，比如將植物做成紙張、家具等其固定的碳能保持幾十年甚至上百年。相對原始森林，人工造林若能系統合理的進行，不僅固碳量十分可觀，而且能更有針對性地發揮不同植物的不同作用。系統合理的種植各種植物，能使大氣中CO2的比例保持在0.035%左右，保證地球的涼爽。

3.2 植物固碳法的其他重要作用

3.2.1 釋放氧氣

綠色植物在光合作用固碳的同時還釋放了大量的氧氣，因此種植植物多的地方通常空氣也較為清新。有數據表明，1hm2的闊葉林，每天能吸收1tCO2，制造750kg O2，可供1000人呼吸［16］。

3.2.2 吸收有毒氣體

植物葉片上的氣孔在吸收CO2的同時，也把污染空氣的SO2、HF、O3、氮氧化物、氯、苯、鉛蒸汽等吸入體內，然后在體內積累、轉移和同化掉。經測定，每公頃植被每年可以從大氣中吸收硫化物400kg，氯化物100kg，氟化物10～25kg。在植物春夏生長期，綠化覆蓋率達30%的地段，可使空氣中苯并芘下降58%，SO2下降90%以上［17］。

3.2.3 除塵

植物的樹冠（包括樹枝和樹葉等）具有較大的表面積，在阻擋氣流減低風速的同時使固體顆粒物減速沉降下來，能阻擋和吸附空氣中的大量粉塵，在有一定降雨量的地方這個過程能多次進行，是一種有效的天然除塵方式［18］。現代城市綠化對樹種的選擇不僅要求能美化環境，還要考慮同時兼顧生態效益即防污滯塵的功效。具有優良除塵效果的優良樹種當屬榕樹，其樹冠廣闊、樹型姿態優美、生長迅速且四季常青，具有較高的觀賞價值和良好的防污吸塵生態效果，在我國熱帶及亞熱帶地區常作為城市園林綠化的優選樹種之一［19］。

3.2.4 殺菌

樹木具有殺菌作用。有些樹木的葉、花、果、皮等可產生一種揮發性物質，稱為殺菌素，如松樹分泌的植物殺菌素就能殺死白喉、痢疾、結核病的病原微生物。據測量，鬧市區空氣里的細菌含量要比綠化地區多85%［20］，這充分說明植物具有強大的殺菌功效，在城市里植樹造林不但能美化環境，而且可以減少空氣細菌含量，起到一定的防病作用。

3.2.5 凈化水質

我國作為發展中國家，在經濟發展的同時，各種產業排放的污水數量巨大。不但如此，由于我國人口眾多，其生活污水的排放量也十分驚人。如果這些污水直接排放將會對環境造成巨大的污染，應對這一問題除了建污水處理廠加強污水處理外，種植植物尤其是水生植物也是非常經濟有效的一種手段。水生植物在污染水質中表現出很強的耐污凈化能力，它能通過自身的生命活動從水體中吸收并富集各種營養元素（如有機質和重金屬等），同時還能通過光合作用向水體釋放氧氣；此外，水生植物發達的根系為微生物提供附著棲息的場所，其縱橫交錯形成密集的過濾層使不溶性膠體、重金屬和懸浮顆粒等被底泥吸附沉降，從而達到水質凈化的目的［21］。

3.2.6 降低噪音

隨著城市化進程的加速，車喇叭、工地噪音等各種噪音對人們身體健康的負面影響愈演愈烈，在鬧市區種植樹木與灌木能有效地將噪音與居住區隔離開來。據測定，綠化的街道比沒有綠化的街道，噪音要低10～15dB，10m寬和40m寬的林帶可分別降低噪音30%和60%［22］。

3.2.7 保持水土調節氣候

植物能起到保持水土和調節氣候的作用，通過分析對比，林區比無林區年降水量多10% ～30%，風暴、洪災及干旱等自然災害也相對減少。樹木還能固定沙丘和防風，抑制沙漠面積的擴大，減輕風沙對人們生存環境的破壞。當風遇到樹林時，在樹林的迎風面和背風面均可降低風速，我國在三北建立防護林，很好的起到了防風固沙的作用［23］。

3.3 充分發揮植物固碳功效，實現環境、社會、生態多方面收益的幾點建議

通過上述對比發現，植物固碳法相對于其他CO2綜合利用方法不但固碳能力顯著，可有效減緩地球的溫室效應，而且在改善空氣質量、凈化污水、減輕噪聲及改善生態環境方面有著重要的不可替代的作用，其社會效益和生態效益亦顯著。

（1）充分發揮植物固碳功效，將植物固碳法作為降低大氣CO2含量、減緩地球溫室效應的戰略方法，摒棄捕集與封存（CCS）思路、減少CO2循環利用及人工轉化利用［24］。因為這些方法沒有降低或者只是短暫降低大氣中CO2含量、需要消耗大量的能源，而且有的還會產生不可估量的地質災害（CCS技術）。因此，應予以摒棄或加以限制。

（2）充分了解植物固碳本領，最大限度發揮植物固碳功效。植物種類不同，其固碳能力不同，例如相對其他植物來說竹子的吸碳本領要高得多，同時竹子成長周期短，并且具有較高的經濟效益，可以作為經濟作物有規模的進行種植［25］。

（3）充分研究植物的生態習性，合理種植各類植物，發揮其社會和生態效益。例如針對目前土地被重金屬污染，導致土壤中重金屬超標的問題，可以在這樣的土地上種植具有強大重金屬吸收能力的植物，如十字花科的植物［26］，以治理土壤的污染，恢復土地原有生態功效。

（4）注重和加強森林尤其是原始森林的保護和恢復。植樹造林具有很大的環境、社會及生態效益，但其絕對無法替代原始森林的功效。人工種植的樹林對自然環境的影響完全不能等同于原始森林，這是因為森林是一個完整的生態系統，尤其是原始森林，它通過億萬年的自然演化而形成充滿生機的生物大體系，具有完整的食物鏈和生物的多樣性［27］。因此，我們建議在人工植樹造林的同時要加強對原始森林的保護和盡可能的恢復。尤其是對于我們國家而言，隨著城市化進程的加快，這方面一定要更加注意。

（5）改變能源消費的結構，加大風能、太陽能、生物質等可再生能源的利用，逐步替代化石燃料。這樣不但可減輕植物固碳法降低大氣中CO2含量的壓力，更重要的這才是解決地球溫室效應問題的最根本途徑。

4 結語

植物固碳法與CO2儲存利用、循環利用及轉化利用等技術相比具有固碳量大、社會效益及環境生態效益顯著等特點。因此，筆者建議將植物固碳法作為一種降低大氣CO2含量，解決地球溫室效應的戰略方法。衷心希望政府部門及社會各界能夠重視植物固碳法的功效，加大植樹造林力度和原始森林的保護，逐步改變能源消費結構，盡快解決地球的溫室效應問題，使我們的地球環境和氣候恢復到工業革命前的水平。

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