海洋支撑碳中和技术体系框架构建的思考与建议.docx

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1、海洋支撑碳中和技术体系框架构建的思考与建议摘要：海洋在全球气候变化及应对方面发挥了重要作用，国际上正在从增汇和减排两个技术体系层面探索实践海洋对碳中和的支撑作用。本文立足中国海洋碳汇资源扩增和海洋可再生能源开发，从滨海湿地、渔业碳汇、微生物碳汇、海底碳封存、海洋可再生能源、耦合优化及前瞻性技术方面，构建了海洋支撑碳中和的技术体系，并对未来技术发展进行展望。建议加强海洋支撑碳中和工作的顶层设计，系统谋划涵盖基础研究、应用示范、产业推广的技术体系和科研平台；加强基于自然解决方案的中国实践，综合评价滨海湿地固碳增汇与关键生态服务功能的协同效应；加快海洋碳汇核算和交易机制研究，适时推出中国主导的海洋碳

2、汇核算标准规范和方法学；深化国际合作，积极发起中国牵头的海洋碳中和国际大科学计划。温室气体排放与存储达到平衡，实现“净零排放”，即为碳中和(CarbonNeutraIity)o2018年政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的全球升温1.5特别报告指出，要实现将全球气温升高控制在1.5C以内这一目标，需要到205。年将人为温室气体净排放量降至零。2021年IPCC发布的第六次评估报告气候变化2021:自然科学基础明确指出，人类活动导致了大气、陆地和海洋增温，这一变化千年未见。以二氧化碳为主的温室气体在大气中积累，导致了全球升温、冰川融化、海平面上升和海洋酸化等一系列生态现象，并伴随异常高温、

3、沙尘暴和大风等极端天气频发。这不仅是全球科学家的共识,也成为各国政府的重要政策导向。应对日益严峻的气候挑战，力争在本世纪中期实现碳中和，是全球共同的使命。截止目前，全球已有130多个国家提出碳中和目标。海洋在碳中和目标实现方面可以发挥重要支撑作用。在碳储量上,海洋是地球上最大的活跃碳库，其碳储存量约为4X105亿t,是陆地碳库的10倍（4.66.7）X104亿t）,大气碳库的50倍（8.6X103亿t）,在地球历史上发挥了重要的气候变化调节作用。海洋也是大气二氧化碳重要的汇，已经吸收了工业革命以来约三分之一人类排放的二氧化碳，且在过去五十年间从大气中吸收的净碳量（进出通量之和）从10亿t/a增

4、长到25亿t/a,发挥着越来越重要的作用。在碳汇时间尺度上，相较于森林、草原等陆地生态系统数十年到几百年的碳汇储存周期，海洋碳汇可达千年之久，使得封存碳不易重返大气，能够在地质历史时间尺度应对全球气候变化。当前科学研究表明，海洋能够在持续增加碳汇和可再生能源开发利用方面发挥重要作用。依托海洋资源支撑碳中和目标的技术研发和工程探索，已经成为各国政府和科学家关注的新热点，这其中既包括传统海洋碳汇资源过程机制的新科学认知，也涵盖一系列具有前瞻性技术特征的新技术路径。因此，海洋能够为全球碳中和目标实现提供重要支撑，构造海洋碳中和技术体系已成为科学研究和技术研发的重要内容。2009年联合国环境规划署、粮

5、农组织和教科文组织政府间海洋学委员会(UNESC0/FA0/I0C)联合发布蓝碳：健康海洋固碳作用的评估报告（BIueCarbon:TheRoIeofHeaIthy0ceansinBindingCarbon),首次提出海洋吸收大气中二氧化碳，并将其固定、储存在海洋中的“蓝碳”概念。保护国际(Conservationlnternational,CN)和政府间海洋学委员会(I0C)等联合启动了“全球蓝碳计划”(TheBIueCarbonInitia-tive),成立了专项工作组，发布了蓝碳相关的系列报告，包括蓝碳政策框架、蓝碳行动国家指南、海洋碳行动倡议报告等。2014年IPCC发布的对2006I

6、PCC国家温室气体清单指南的2013增补：湿地中给出了海草床、红树林、滨海盐沼三类蓝碳生态系统的清单编制方法，针对不同数据级别，规定了各类碳库变动的计算方法、排放因子和活动数据的选择以及不确定性评估方法。目前，美国和澳大利亚已连续两次将滨海湿地纳入各自的国家温室气体清单，并不断完善清单内容。2019年，美国国家科学院、工程院和医学科学院联合就海洋碳封存技术发表了负排放技术与可靠的碳封存：研究议程报告（NegativeEmissionsTechnologiesandReliableSequestration:AReseairchAgendai）。同年9月IPCC发布气候变化中的海洋与冰冻圈特别报

7、告（SROCC）,指出海洋将在应对气候变化中发挥重要作用14。2020年9月，主席在第75届联合国大会上提出，中国将“提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。当前，中国政府已经将碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局，成立了碳达峰碳中和工作领导小组，正在制定碳达峰碳中和时间表、路线图和一系列行动方案与落实举措。2021年9月，中央发布关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见、203。年前碳达峰行动方案等系列文件，对海洋支撑碳中和工作提出了更高要求。在2021年11月举行的联合国气候变化框架公约缔约方

8、第26次大会（C0P26）上，190多个国家签署了“格拉斯哥气候协议”，中国与美国联合发布中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言，承诺继续共同努力，采取提高力度的强化气候行动，加强巴黎协定的实施。回顾过往，中国政府很早就认识到海洋在增加碳汇、缓解气候变化方面的重要作用，并对发展海洋碳汇做出了战略部署。2015年中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见和“十三五”规划(纲要)指出加强海岸带、湿地保护与修复；全国海洋主体功能区划提出积极开发利用海上风能、海洋能等可再生能源，推动绿色经济发展，增强海洋碳汇功能。2017年“一带一路”建设海上合作设想和中共中央国务院关于完善主体功

9、能区战略和制度的若干意见指出，与沿线国共同开展海洋和海岸带蓝碳计划，建立国际蓝碳合作机制，探索建立蓝碳标准体系及交易机制。中国科学家在海洋碳汇基础研究领域开展大量工作，特别是提出微型生物碳泵理论(MicrobialCarbonPump,MCP),为海洋碳汇提供了新思路，正在引领国际前沿。因此，全面构建海洋支撑碳中和的技术体系，既是推进海洋经济高质量发展的需要，也是加强生态文明建设的战略举措，在满足可持续发展要求的背景下，全面助力国家“双碳”战略目标的实现。1海洋支撑碳中和技术体系构建的基本思路海洋领域科技创新在支撑中国碳中和目标实现进程中的作用十分关键。为此，需要立足国情、统筹谋划，从当前碳排

10、放现状和技术需求分析入手，突出海洋领域的增汇和减排两个方面，重视耦合优化与协同增效，在综合考虑以下情况基础上，提出构建海洋支撑碳中和的技术体系。1.1立足气候变化和社会发展，分析海洋支撑碳中和的技术需求据统计，2020年中国二氧化碳排放量约100亿t,减排压力巨大16。为了满足气候系统稳定的需求，最直接、安全的做法就是减少碳排放，使其控制在系统稳民经济发展的需求17。这一矛盾客观上要求“增汇”和定的碳储量边界范同时也要考虑到社会正常运转和国“减排”必需有机结合，才能应对气候变化。根据中国碳核算数据库（CEADs）数据分析汇总，中国二氧化碳排放主要源自电力和热力生产行业18;海洋可再生能源技术能

11、够有效减少因电力生产而导致的二氧化碳排放。而基于“人均基本生存碳排放需求”的研究表明，即便充分利用了替代能源，至203。年中国每年仍有25亿t的碳排放19o因此，碳中和目标的实现，海洋增汇和减排将在其中发挥不可替代的作用。1.2依托资源特点和科技优势，确定海洋支撑碳中和技术路径与发展方向优先发展中国海洋特色碳汇资源，中国是海洋大国，海岸线绵延数万公里，海域面积超470万km2,纵跨热带、亚热带、温带等多个气候带，自然资源类型丰富，特色鲜明，发展海洋碳汇的自然条件得天独厚，同时海上风能技术、海洋能技术等减排技术发展迅速。其中中国海岸线绵延数万公里，滨海湿地多样性丰富20;沿岸海水养殖业经过多年发

12、展，其面积和产量已多年居世界首位21。超前部署前瞻性技术，中国科学家在海洋碳汇过程机制研究领域引领国际潮流2223。早在201。年，科学界就认识到微型生物代谢活动是惰性溶解有机碳(RecalcitrantDissoIvedOrganicCarbon,RDOC)的主要贡献者24,揭开了海洋RDOC来源的世纪之谜。全球最大的Aquatron大型海洋生态系统模拟体系开展的高时间分辨率实验，证实了微生物的高效RDOC储碳速率25。理论研究表明，前瞻性综合利用微型生物碳泵、生物泵和碳酸盐泵等生物化学储碳机制和技术，能够实现人为操控海洋生物化学过程实现额外二氧化碳净吸收，可望通过生态工程再现地球历史上曾经

13、发生过的大规模碳封存。此外，应注重保护滨海湿地与海洋生态系统，实施可持续海水养殖和陆海统筹战略，提升海洋生态系统碳汇能力5,26,推动研发风能海水制氢、海洋矿物吸收等前瞻性技术，支撑海洋领域技术更新迭代和新兴产业培育。1.3重视系统解决方案，强化海洋支撑碳中和的技术耦合优化与协同增效碳中和目标的实现是一项系统性工程，涉及能源、工业、建筑和交通等领域，以及陆地、海洋增汇和生物多样性保护等方面，共同构成了一个多维度的复杂系统。碳中和目标的达成需要全面构建海洋领域碳中和技术体系，强化技术之间的集成发展，坚持优势互补，实现融合发展,使各单类技术在特定场景下的组合实现最优的碳中和效果。从系统目标来看，碳

14、中和的科技支撑不仅是解决温室气体减排与增汇问题，更要兼顾经济社会和自然资源的可持续发展问题6,例如海草床、红树林等湿地的生态保护效益。从技术关系来看，各技术及其实施过程都不是相互独立的，如微生物介导的碳流传递和能流分配，全链条贯穿“看得见摸得着”的碳汇资源和生态过程。从应用效果来看，集成优化技术能够突破单一技术手段的局限性，例如海洋不同类型可再生能源及与增汇技术在同一场景中叠加应用，通过资源特性互补、生产过程耦合、终端产品优化，达到子技术间的协同增效，助力减碳和增汇。2海洋支撑碳中和的技术体系框架根据上述思路提供的设计框架，海洋支撑碳中和的技术体系应涵盖减排和增汇两个方面，兼顾气候稳定和社会发

15、展需求，发展滨海湿地增汇技术、渔业碳汇扩增技术、海洋微生物增汇工程技术、人工上升流增汇技术和海底碳封存技术，实现碳汇的人为净增加；发展海上风电技术、海洋能技术，实现二氧化碳的深度减排；统筹考虑技术应用需求，发展集成耦合与优化技术，最终助力净零排放的实现。基于资源属性、技术特点和前沿进展，我国海洋支撑碳中和的技术体系，建议考虑以下8个层面（见图1）。2.1滨海湿地增汇技术滨海湿地增汇技术是指通过人类活动来增加滨海湿地的碳储量，避免或减少自然状态下因滨海湿地退化导致的碳储量损失的技术手段。滨海湿地的碳埋藏速率是陆地生态系统的15倍20,同时又极易受人类活动干扰破坏，因此通过修护或种植的方式增加植被覆盖率、提升碳汇功能至关重要。在红树林增汇方面已形成废弃虾塘生态修复技术、自然恢复技术、补苗改造技术、重建造