近年来，随着国家“双碳”政策的发布实施，“碳中和”“碳达峰”成为各种媒体上广泛出现的名词，人们的“双碳”关注度也日益增加。那么如何理解它们的真正含义？通过哪些路径才能实现？这还得从地球上的碳库和碳捕获说起。

地球有四个大碳库之说：大气碳库、海洋碳库、岩石圈碳库、陆地生态系统碳库（包括植被碳库和土壤碳库），如果把人工捕获二氧化碳算作一个碳库，那么共有五大碳库。目前极端天气频发、“温室效应”加剧，地球生物圈面临“环境危机”，其本质上是人类活动改变了原来的碳循环格局，挤占了陆地生态系统碳库，有损海洋碳库，加快了岩石圈碳库的消耗，导致了大气碳库“灰碳”浓度增加。

首当其冲的是大气碳库

大气碳库的大小约为7300亿吨，在几大碳库中是最小的，但它却足以成为联系海洋碳库与陆地生态系统碳库的纽带和桥梁，大气中的碳含量直接影响整个地球系统的物质循环和能量流动。大气中含碳气体主要有二氧化碳、甲烷和一氧化碳等，相对于海洋和陆地生态系统来说，大气中的碳量是最容易计算的，而且也是最准确的。由于在这些气体中二氧化碳含量最大，也最为重要，所以大气中的二氧化碳浓度往往可以看作大气中碳含量的一个重要指标。所谓的“碳中和”“碳达峰”的主要关注点就在这里。

陆地上的植被碳库和土壤碳库

碳是生命之基，所有的生命都参与了地球碳循环。生物大分子以碳为骨架，如果没有碳，生命就无法成“形”。生命之碳，源于绿色植物。绿色植物的“特异功能”，就是能够进行光合作用，从空气中捕获二氧化碳，并转化为葡萄糖，再经生化作用合成碳水化合物。

这个过程基本都会用到核酮糖转化酶。它催化光合作用中主要的固碳反应，将大气中游离的二氧化碳转化为生物体内储能分子。这是无机态的碳进入生物圈的主要途径，该酶也是自然界中最丰富的酶。

土壤碳库在陆地生态系统碳库中占比达到90%以上，约为植被碳库的3-4倍、大气碳库的2-3倍。土壤碳的来源主要包括凋落物，根系分泌物以及死的根、微生物和土壤动物等；去向包括降雨导致的淋溶，有机质分解矿化成二氧化碳后进入大气（微生物呼吸）等。

沉默的石头：岩石圈碳库

地球上最大的碳库是岩石圈碳库，其中的石油、天然气和煤炭等人们熟知的化石燃料，含碳量约占地球碳总量的99.9%。岩石圈碳库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。

碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在，原始大气的主要成分是氢和氦，其二氧化碳的浓度高达25%以上；古老的硅酸盐岩与地球大气中二氧化碳和水反应，产生碳酸盐岩沉积、有机碳和氧气，即碳汇效应。伴随着氧气的出现和二氧化碳的减少，地球，这个原本沉默的星球才得以慢慢变成一个巨大的生命体。

海洋决定着大气中的二氧化碳浓度

海洋具有贮存和吸收大气中二氧化碳的能力，其可溶性无机碳含量约为374000亿吨，是大气中含碳量的50多倍，海洋的微小变化可以引起大气二氧化碳浓度的巨变。自从工业革命时期开始，海洋已经吸收了大约一半人类所排放的二氧化碳。由联合国环境规划署、联合国粮农组织和教科文组织联合撰写的报告 《蓝色的碳》指出，海洋植物每年可从大气中吸收20亿吨二氧化碳。其中，红树林、盐沼地和海草床存储了海底埋藏的碳的一半，每年可存储16.5亿吨二氧化碳，成为地球上最密集的碳储存器。

海洋决定着大气中的二氧化碳浓度。大气中的二氧化碳不断与海洋表层进行交换，从而使得大气与海洋表层之间迅速达到平衡。人类活动导致的碳排放中有30%～50%被海洋吸收，但海洋缓冲大气中二氧化碳浓度变化的能力不是无限的。由于人类活动使得碳排放的速率比阳离子的提供速率大几个数量级，随着大气中二氧化碳浓度的不断上升，海洋吸收二氧化碳的能力不可避免地会逐渐降低。

有研究显示，人为碱化海洋有助于海洋捕获更多的二氧化碳。国际能源署估计，到2050年，每年需要捕获和封存70亿吨二氧化碳才能实现碳中和，美国国家科学院估算则为每年10亿吨。有建模显示，地中海如果碱化30年，碳捕获潜力有可能增加一倍。

人工碳库：二氧化碳捕集与利用

通常来说，减缓气候变化的措施包括两个方面： 一是增汇，通过对自然生态系统的保护、恢复和可持续管理，如避免毁林、造林、森林管理、湿地保护和恢复、农田管理和草地管理等措施，从大气中吸收二氧化碳，增加碳储存，即碳汇或吸收汇；

二是减排，通过提高能效、节能降耗、增加可再生能源的比例、加大森林和湿地保护等措施减少二氧化碳等温室气体向大气的排放。

碳捕集利用与封存（CCUS），也就是二氧化碳捕集、利用与封存技术，是我国减少二氧化碳排放的重要战略储备技术。加快推进CCUS技术应用和产业链发展，是能源行业实现“双碳”目标的现实需要和重要路径。我们已经实现捕集并制成液态二氧化碳，但只是CCUS的第一步，接下来，这些煤化工企业所产生的“废气”，将在采油厂发挥意想不到的作用。

首先是注入油藏中进行驱油，提高油田采收率，进而生产更多原油；其次是化工利用，比如制造尿素、二氧化硅、碳酸钡等无机化工产品以及水杨酸、甲醇、乙醇等有机化工产品。此外，二氧化碳还可应用于食品领域。汽水饮料中的大量气泡，就是食品级的二氧化碳。

碳库与气候变化有着密切的关联，它不仅对一定范围内的气候具有明显的调节作用，同时是地球上最主要的碳汇能力，各种碳库有效应对着气候变化，在实现“碳中和碳达峰”的双碳目标中发挥着不可替代的、极为关键的作用。

**作者：任声权，安徽科普作家协会秘书、肥东科协党支部组织和宣传委员、**国家健康管理师

**审核专家：**杨多文 安徽科普作家协会秘书长，编审

来源: 安徽省科技创新服务中心

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