擬議的氣候解決方案實際上可能產生危險的副作用
猶他州大氣科學家揭示,一項旨在清除強效溫室氣體的”地球工程”戰略可能會惡化空氣質量,而帶來的好處卻微乎其微。隨著人類活動向大氣中釋放越來越多的溫室氣體,出現了許多”地球工程”大規模解決氣候問題的建議。 這些努力旨在降低大氣中的碳濃度或減少其暖化效應。

猶他大學鹽湖城校區的屋頂大氣監測設備。 圖片來源:猶他大學Brian Maffly
其中一項建議是在大氣中引入過氧化氫。 支持者認為,這種方法可以氧化甲烷(CH₄)這種高濃度溫室氣體,同時提高空氣品質。
猶他大學大氣科學家阿爾弗雷德-梅休(Alfred Mayhew)和傑西卡-哈斯金斯(Jessica Haskins)對此持懷疑態度,於是他們開始測試這項建議背後的說法。 他們的研究結果證實了他們的懷疑,並為考慮將此類建議作為阻止氣候變遷的一種方式的機構提供了現實檢驗。
該大學威爾克斯氣候科學與政策中心的博士後研究員梅休說:”我們的工作表明,擬議技術的效率相當低,這意味著需要廣泛採用這種技術,才能對大氣中的CH4 產生任何有意義的影響。
為了進行這項研究,猶他州的科學家們模擬瞭如果採用一家加拿大公司的專利技術將會發生的情況,該公司擬在白天從600 米高的塔上向大氣中噴灑氣溶膠過氧化氫(或H₂O₂)。 這些塔的高度將接近世界上最高的無線電塔。
大氣科學助理教授哈金斯說:「當過氧化氫遇到陽光時,就會產生一種非常強大的氧化劑–羥基自由基OH。這是大氣中的一種天然洗滌劑,有助於加快甲烷向二氧化碳的轉化。
甲烷是由碳和氫組成的單鍵分子,而雙鍵化合物在大氣中更為常見。 羥基更有可能氧化那些雙鍵分子,如樹木上的異戊二烯或揮發性有機化合物,因此,哈斯金斯認為,羥基分解甲烷的效率並不高。
“OH 與甲烷的反應速度並不快,”哈斯金斯說。 “它與許多其他東西發生反應。”
儘管氣候變遷主要歸咎於化石燃料產生的二氧化碳,但甲烷也是重要因素。 甲烷最終會分解成二氧化碳和水。
甲烷(或CH4 )是家用電器和發電廠燃燒的天然氣中的主要成分,在20 年的時間裡,它對氣候變暖的影響是二氧化碳的76 倍。 根據國際能源機構的數據,甲烷在大氣中的存留時間只有12 年,但自工業革命以來,全球氣溫上升的近三分之一都歸咎於這種氣體。
人為來源,主要是石油、天然氣和煤炭開採以及垃圾掩埋場,佔全球甲烷排放量的60%。
人工加速甲烷氧化可以減緩氣候變化,但此類地球工程計畫可能會對環境造成不利影響,哈斯金斯的實驗室正試圖確定這些影響的特徵。 美國國家科學院最近發布的一份報告認為,大氣甲烷清除技術可能造成嚴重的意外後果,但人們對此了解甚少。 哈斯金斯的研究正是響應了報告的號召,對這些技術進行仔細檢查,例如會釋放大量過氧化氫的技術。
哈斯金斯說:「如果我們這樣做,我們可以為自己爭取到大約50 年的時間,並避免氣候變遷帶來的一些直接影響,但此前實際上沒有人做過任何副作用研究,以了解會發生什麼。
操縱像地球大氣層這樣複雜的系統本身就是一種危險的行為,有可能導致不可預見的問題。
「氣候中可能存在許多回饋。大氣化學就是一個例子。 你改變了一樣東西,你認為它會起到這樣的作用,但實際上在一個地方可能會起到相反的作用,」哈金斯說。 “必須非常小心,並進行此類評估。 這樣做負責任嗎? 會產生什麼影響?”
哈斯金斯舉例說,氯氟化碳(CFCs)這種人造氣體的歷史令人擔憂,它侵蝕了保護地球免受有害紫外線輻射的臭氧層。她說: 「我們開始在工業中使用氯氟化碳作為推進劑和冷媒,結果突然造成了臭氧空洞。40 年,我們一直在應對由此造成的後果。 大概要到2060 年,我們才能完全解決無臭氧洞年的問題,因此我們必須小心行事。
梅休和哈斯金斯使用一個名為GEOS-Chem的全球化學傳輸模型來模擬從塔中釋放過氧化氫的提議。 目的是估算在從輕度到極端的三種不同排放情況下,甲烷會被氧化多少。
他們的模擬設想是在北美各地使用50 個塔。 按照該公司的建議,中度釋放方案要求每個塔每秒噴灑612 克(或1.35 磅)甲烷,每天噴灑10 小時,持續一年。
「這個建議的解決方案無法從大氣中清除任何有意義的甲烷。 它無法解決全球暖化問題。最多,我們發現50 座塔可以減少0.01% 的人為甲烷年排放量,」哈斯金斯說。 “需要大約352000 個這樣的塔才能減少50% 的人為甲烷排放。 這是一個瘋狂的數字。 如果建造50 座高排放塔,仍然需要大約43000 座。”
同時,冬季空氣品質較差的地方可能會看到顆粒物污染變得更加嚴重。
梅休說:”未來的研究有可能表明,如果在一年中的特定時間啟動這些塔,並且遠離大型人口中心,那麼在甲烷點源附近放置這些塔對空氣質量的影響是微乎其微的。如果是這樣的話,那麼這種技術(或類似方法)在應對氣候變暖方面可能會發揮非常小的作用,但從我們的工作中可以清楚地看到,空氣品質的副作用應該作為任何類似技術實際應用建議的核心考慮因素。
編譯自/ ScitechDaily