[论文解读] Decreasing emissions and increasing sink capacity to support China in achieving carbon neutrality before 2060

Pengfei Han, Ning Zeng+8 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2021

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics参考文献 130被引用 13

一句话总结

本文提出了一项双重策略，旨在使中国在2060年前实现碳中和：通过加速能源系统的脱碳以减少二氧化碳排放，以及通过大规模生态修复、造林和碳捕集技术增强碳汇。研究预测，结合可再生能源扩张、核能发展以及受控的陆地和海洋碳汇，对于抵消残余排放并实现2060年目标至关重要。

ABSTRACT

In September 2020, President Xi Jinping announced that China strives to achieve carbon neutrality before 2060. This ambitious and bold commitment was well received by the global community. However, the technology and pathway are not so clear. Here, we conducted an extensive review covering more than 200 published papers and summarized the key technologies to achieve carbon neutrality. We projected sectoral CO2 emissions for 2020-2050 based on our previous studies and published scenarios. We applied a medium sink scenario for terrestrial sinks due to the potential resource competition and included an ocean sink, which has generally not been included in previous estimates. We analyzed and revisited China's historical terrestrial carbon sink capacity from 1980-2020 based on multiple models and a literature review. To achieve neutrality, it is necessary to increase sink capacity and decrease emissions from many sources. On the one hand, critical measures to reduce emissions include decreasing the use of fossil fuels; substantially increasing the proportion of the renewable energy and nuclear energy. On the other hand, the capacity of future carbon sinks is projected to decrease due to the natural evolution of terrestrial ecosystems, and anthropogenic management practices are needed to increase sink capacity, including increasing the forest sinks through national ecological restoration projects and large-scale land greening campaigns; increasing wood harvesting and storage; and developing CCUS. This paper provides basic source and sink data,and established and promising new technologies for decreasing emissions and increasing sinks for use by the scientific community and policy makers.

研究动机与目标

• 通过全面分析排放量与碳汇能力，评估中国在2060年前实现碳中和的可行性。
• 评估可再生能源、核能和化石能源减少在2020至2050年间降低各行业二氧化碳排放中的作用。
• 量化1980年至2020年间的历史与预测陆地碳汇能力，并在不同管理情景下预测未来趋势。
• 将海洋碳汇纳入国家碳平衡评估，这一因素在以往研究中常被忽略。
• 识别并评估关键技术（如CCUS、大规模土地绿化和改进木材储存）在提升碳封存能力方面的作用。

提出的方法

• 系统回顾了200多篇同行评审的研究，以识别并评估减排与碳汇增强的关键技术。
• 基于前期研究和已发布的情景数据，预测2020至2050年各行业的二氧化碳排放，重点关注能源、工业和土地利用部门。
• 通过多模型集合分析，整合中长期陆地碳汇情景，考虑资源竞争与生态系统动态。
• 基于物理与生物地球化学建模，将海洋碳汇估算纳入国家碳预算。
• 评估生态修复、造林和CCUS等人为干预措施对提升碳封存潜力的影响。
• 将减排与碳汇增强路径整合，形成2060年实现碳中和的连贯国家策略。

实验结果

研究问题

• RQ1 到2060年，中国在主要行业实现二氧化碳减排所需的关键技术路径是什么？
• RQ2 1980年至2020年期间，中国历史陆地碳汇能力如何演变，其趋势受哪些因素影响？
• RQ3 在不同管理与政策情景下，未来陆地与海洋碳汇的增强潜力如何？
• RQ4 将海洋碳汇与土地利用中的资源竞争纳入考量，如何影响国家碳预算与中和路径？
• RQ5 CCUS与大规模木材储存等新兴技术在实现长期碳中和中发挥何种作用？

主要发现

• 1980年至2020年期间，中国历史陆地碳汇能力显著，平均封存速率为每年约0.5–0.7 GtCO2e，主要由森林扩张与土地利用变化驱动。
• 由于生态系统饱和，未来陆地碳汇能力预计将自然下降，因此需通过积极管理以维持或提升封存能力。
• 在中等碳汇情景下，若政策支持持续，受管理的森林与土地绿化到2050年可实现高达1.2 GtCO2e/年的碳封存。
• 将海洋碳汇纳入计算，可使国家碳汇能力提升约0.3–0.5 GtCO2e/年，但存在较高不确定性与区域差异。
• 快速部署可再生能源与核能至关重要，到2050年可再生能源需满足超过60%的一次能源需求，以实现中和目标。
• CCUS与长期木材储存被确认为关键技术，若有效规模化，到2050年有望实现高达0.8 GtCO2e/年的碳封存。