人造耕地与碳中和畅想

本文转自：三明日报

●陈有鑑

我国是农业大国，但还不是农业强国。过去60年里，我国农业经济保持着高速增长，农业总产值占全球农业总产值的22.5%，位列第一。但有测算显示，我国农业强国整体实现度为67.2%。对标新质生产力和现代农业强国的特征，我国农业在生产效率、科技创新、高水平人才支撑等方面与发达国家还存在一定的差距。那么，如何破解农业现代化难题？

近期《中国国土资源经济》网络首发论文“用人造耕地破解燃煤电厂碳中和技术难题——基于新质生产力视角”首次把“碳中和”与“新质生产力”结合起来。文章分析研究近 40年 CCS（烟气CO_2搜集封存）技术进展史，发现煤电碳中和的关键在于资源化利用烟气余热与 CO_2。作者系统研究地质时期大气CO_2浓度演化规律，发现近 6 亿年以来地球大气 CO_2浓度波动变化的驱动力在于植物光合作用净初级生产力（NPP）及其强化移除大气 CO_2之负反馈机制（CDR）。基于此，该文作者进一步提出资源化利用烟气“水热碳”创造“农业碳汇”的解决方案（CCAS），即师法自然 CDR 负反馈机制，通过人造耕地与植物工厂等气候工程手段（GE），把对气候变化“不利”的电厂烟气水分、余热、CO_2 等环境条件转化为对植物生长“有利”的资源，把烟气 CO_2转化为 NPP 有机碳。该方案是一种既能应对气候变化又能促进经济增长且环境友好之低成本气候工程技术 ，亦是“新质生产力”概念的范畴。

如何做到？以660MW燃煤电厂为例，年产5万吨高温炉渣若用2—3倍硅酸岩矿粉冷却，可混合球磨后制成碱性硅酸盐矿浆，代替石灰水喷淋高温烟气，不仅能回收余热，还能加速硅酸岩矿物溶解，并与粉煤灰形成胶凝材料，再次利用高温烟气的余热，将碱激发胶凝材料喷雾干燥成铝硅酸盐多孔介质，即人造土壤。从地质演化角度，高温烟气与早期地球大气类似，可以通过尤里反应将陆地硅酸岩风化为二氧化硅，把大气CO_2转化为碳酸岩，并为元古宙海洋真核生物大爆发输送矿质营养物质，为显生宙陆地植物准备好土壤条件。若能资源化利用烟气CO_2，并通过人造耕地暨植物工厂把高温、高湿、高浓度CO_2烟气“封存利用”起来，并通过植物吸收转化逐步降低烟气CO_2浓度，最终排放大气CO_2总量将大幅度降低。那么，如何“封存利用”？以660MW燃煤电厂碳中和所需643公顷人造耕地暨植物工厂内部空间约有1000万立方米为例，燃煤电厂每小时排放烟气总量若按150万—200万立方米估算，烟气经植物工厂排出时间约5—7小时。若把这段6小时设想为6亿年地质演化历史，烟气排放口堪比前寒武纪火山喷出，矿浆水洗烟气处理车间堪比晚古生代大气CO_2与陆地硅酸岩发生尤里反应碳中和（CDR），植物工厂就是中生代早期陆地，可把烟气高温、高湿、高浓度CO_2等对大气环境“不利”的条件，转化为对植物生长“有利”的条件，同时强化植物CDR潜力，提升植物光合净初级生产力，把大气CO_2转化为有机质碳，化不利为有利，这就是利用“农业碳汇”（CCAS）实现碳中和一揽子问题解决方案。

理论上，植物工厂CO_2浓度相当于大气CO_2浓度3倍以上，环境温度超过25℃时，植物强化CDR潜力可提升30倍以上，加上通过LED光源调控植物生长周期，可有效提升NPP强化植物CDR潜力。假设植物工厂每年通过NPP转化100万吨烟气CO_2，并以粮油、大豆、果蔬、牧草等生物质NPP形式存在。每1吨NPP产值若按2000元估算，植物工厂全年NPP产值可达20亿元，加上NPP碳汇收益，植物工厂全年收益超过20亿元，堪比电厂发电的产值。所不同的是，植物工厂不仅能实现碳中和与农业现代化等目标，还能把烟气CO_2转化为有价值的NPP，本质是把应对气候变化与适应气候变化两种碳中和路径协调起来，不仅能如期实现“双碳”目标，还能突破资源环境约束、实现永续发展目标。

（作者为中石化石油化工科学研究院有限公司首席专家)