國立中興大學農業暨自然資源學院--媒體報導-【投書】土壤碳儲存:全世界都在關注氣候問題,它就是地球碳中和的救星!

【投書】土壤碳儲存:全世界都在關注氣候問題,它就是地球碳中和的救星!

  • 分類 : 媒體報導
  • 日期 : 2021-11-16
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作者 楊秋忠 

(獨立評論@天下)

 

工業革命後,人類數百年來開採大量石化燃料作為能源,改變土地利用型態,大氣中二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等溫室效應氣體濃度迅速上升,影響了地球的碳循環,導致氣候變遷與極端氣候問題。其中,如何解決碳循環不平衡,是全球關注的焦點。

國際為恢復自然系統平衡,有兩項重要優先決議,包括巴黎協定(Paris Agreement)及聯合國的永續發展目標SDGs第13項(UN Sustainable Development Goals-13)。然而,對工商業發達與能源缺乏地區,這些指標是高難度挑戰。台灣宣示2050年要達到「淨零排放」(net zero emissions),但根據2021年德國看守協會(Germanwatch)公布的年度「氣候變遷績效指標」(CCPI),台灣列在全球倒數第五。若只靠有限的政策,要達到目標很不容易。

本文從全球碳循環量的觀點,提出可行解決方案「土壤碳儲存」,透過這個「碳中和」的救星,向淨零排放目標推進,也期盼拋磚引玉,能集思廣益出更好、更有效的策略。

地球的碳循環動態

在地球碳循環上,陸地與海洋各自吸收與釋放的量,本來是穩定的動態平衡。如底下的圖,植物藉由光合作用一年固定下來的碳(120GtC,1GtC=10億噸碳),會有一半(60 GtC)因自身呼吸作用返回大氣,另一半則經由土壤中微生物的呼吸和分解作用返回大氣。但由於人類大量燃燒石化燃料、改變土地利用型態,一年多增加9GtC,干擾了平衡。

 

為讓整體碳循環平衡,除了將人類排放的9GtC降低,還可從大自然回收與釋放碳的路徑下手,若減少這一大通量的碳排放,將更易有效達到「碳中和」。

實現「碳中和」的三種方法

使用不同方式來實現「碳中和」,在2050年達到「淨零排放」目標,是許多先進國家的規劃。而這項長期挑戰,需要克服一系列障礙。

現今達到「碳中和」的主要三種方法,包括:「碳捕捉及封存」(carbon capture and storage,CCS)、「減少碳排放」及「碳儲存」(抵消或再利用)。其中,「碳儲存」為最具潛力且可行性最高的方法。以下一一說明。

1.碳捕捉及封存:工廠將排放的二氧化碳捕捉回來並封存碳。美國投資數百億美元在39個CCS項目上,卻大多以失敗告終,最後一座擁有CCS系統的燃煤發電廠在2021年初永久關閉,原因在於不符經濟效益。燃煤發電廠加裝CCS系統的過程,所評估發電的「均化成本」,加上從設計、營運到維護的「全生命週期」過高,目前仍有待突破成本、技術、經營與運作、激勵措施的瓶頸。

2.減少碳排放:工商業及人類生活大小事都盡可能減碳,這部分還需要社會轉向使用永續的清潔能源,盡力減少「碳足跡」。

3.碳儲存:透過植物的作用與農業灌溉施肥等方式,增加土壤中的碳儲存,把大量的碳留存在土壤中,例如農地免耕或減少耕犁、覆蓋作物和使用有機肥、應用適當灌溉、種植深根作物及施用穩定有機肥等。不直接焚燒有機廢棄物,透過土壤微生物的分解、聚合、轉化作用,形成中不易分解的腐植物,以及將有機廢棄物加工製成穩定有機質或有機肥,施入農業土壤中,都是碳儲存的方式。這樣的「土壤碳儲存」,保存時間可達數百至數千年。

使用有機質肥料的過程中,若導入可抗分解、成為穩定有機物質的技術,不僅能增進農業地力、解決環保問題,還可有效增加土壤碳儲存,加速達成碳中和目標,擁有多重效益。因此,「碳儲存」會是實現碳中和目標,較可期待達成的重要方式。

 

土壤可以儲存多少碳?

土壤碳儲存是減少大氣中二氧化碳上升,相較起來更有效益的方法。增加碳儲存的「腐植化作用」中,需要大量穩定的有機質含量,才能將碳有效、高量的保存在土壤中。

在技術應用上,以全球生產糧食的土地約49億公頃計算,每公頃的15公分土層若增加1%的土壤有機質含量,將可蓄存46.9公噸的二氧化碳,等於蓄存12.79公噸的碳。全球每公頃多增加22公噸的土壤有機質,可蓄存約62.7GtC的碳量。

62.7GtC,已超過全球每年生物行光合作用吸收碳量的一半,可抵銷7年人為石化燃料等造成的碳釋放量(每年9GtC)。經計算,全球農地增加0.14%的土壤有機質,就能抵銷全球一年的9GtC排放量。因此,「土壤碳儲存」抵銷碳的空間不容小覷。

以目前台灣耕地面積約80萬公頃計算,可蓄存約3,752萬公噸的二氧化碳,約等於1,023萬公噸的碳。根據台灣森林調查,台灣森林面積約有210萬公頃,一年可固定2,378萬公噸的二氧化碳。如此一來,台灣的農地只要增加1%土壤有機質,固定二氧化碳的量將超過森林的1.6倍,可抵消全台年度排放量224百萬公噸二氧化碳的1/6。農地的土壤碳儲存潛力實在可觀。

農地如何獲得有機質?可以穩定供給嗎?

農地土壤碳儲存的關鍵,在於大量有機物來源,想增加土壤1%「穩定的」有機質含量,則一公頃的農地需要施用22公噸的有機質。評估是否可行?有兩重點。

1.有機質來源如何獲得?最好的來源是就地種植的綠肥以及地區有機廢棄物。綠肥是先在農地中播種植物,待幼嫩期或成熟後,藉用犁或翻入土壤中的方式,將植物當作肥料加以應用。每公頃22公噸有機質原料,可透過種植田菁60天、大豆80天的綠肥來獲得。

台灣農村主要有機廢棄物近3千萬公噸,以畜產廢棄物占最大宗,其次是家庭垃圾,再來是農產廢棄物,不包括其他廚餘、修剪路樹枝葉、食品工業事業廢棄物。因此,要達到足量的有機質來源應也不是問題,而有機廢棄物以「當地收集、當地處理、當地用」為佳。

2.如何製成可供給土壤碳儲存的穩定有機物?一般的新鮮有機質,在環境中容易被微生物分解成二氧化碳釋放到大氣中。為解決此現象,需要兩方面的技術配合。其一,要將容易分解的有機碳,製成穩定不易分解的有機物。其二,要利用農業栽培及管理土壤生態,將一般有機質大量轉化成為穩定物質。兩方配合下,才能有效達成土壤碳儲存的目標。目前本團隊已掌握這兩方面的關鍵技術,在農業栽培、土壤管理及生物炭(biochar)技術應用上,亦有許多文獻報導增進土壤碳儲存之協力方法。

根據農委會農業試驗所調查,台灣有65%農地土壤的有機質低於2%,顯示台灣農地土壤迫切需要補充有機質肥料,尚有許多容納空間。若能施入穩定化的有機質肥料,土壤性質得到改善後,土壤可以乘載的有機質含量將更大。

2050年「淨零排放」,土壤碳儲存是關鍵解方

氣候變遷及極端氣候問題,各地區已逐年加劇,可謂「十萬火急,兵臨城下」。自然的反撲與人類的行為息息相關,其中以大氣的二氧化碳濃度上升有密切關聯。為實現碳中和,「土壤碳儲存」是救星,不僅大量抵消碳排放的效益,還可增進農業耕作的地力,並解決有機廢棄物循環再利用的環保問題,一舉數得。

人類需要覺醒的時刻到了,需要政府的決心及制訂有效的政策,有遠見的政治人物是重要推動角色,加上企業與人民有意識的配合,有效減碳才能事半功倍,從減少大氣二氧化碳上升,協力達成「碳中和」,以實現2050年「淨零排放」永續經營的世界。

(作者為中央研究院院士、中興大學講座教授、地天泰農業生技公司創辦人)

 

為實現碳中和,「土壤碳儲存」是救星,不僅大量抵消碳排放的效益,還可增進農業耕作的地力,並解決有機廢棄物循環再利用的環保問題,一舉數得。 圖片來源:Shutterstock

為實現碳中和,「土壤碳儲存」是救星,不僅大量抵消碳排放的效益,還可增進農業耕作的地力,並解決有機廢棄物循環再利用的環保問題,一舉數得。 圖片來源:Shutterstock

地球碳循環的動態通量。圖片來源:作者提供。

地球碳循環的動態通量。圖片來源:作者提供。

土壤中的碳動向。圖片來源:作者提供。

土壤中的碳動向。圖片來源:作者提供。