负排放技术与实践可能挑战全球资源供应及环境界限

为什么从空气中移除碳与每个人息息相关

即便我们大幅削减温室气体排放，科学家预计仅仅减少污染仍不足以将全球变暖控制在安全范围内。我们很可能还需要从大气中大量回收二氧化碳。该研究提出了一个看似简单但影响深远的问题：如果我们按为实现气候目标而设想的巨大规模部署碳移除技术，会不会在水、土地、矿产、肥料和人类健康方面引发新的问题？这些答案关乎食品价格、采矿、生物多样性以及我们所选择气候解决方案的整体安全性。

清除大气的不同方式

作者考察了一系列“负排放”选项，这些方法能够从空气中移除二氧化碳并将其储存数十年或更久。有些是化学系统，比如从环境空气中清除碳的直接空气捕集装置，以及向海水添加加工过的石灰石以增强海洋吸收碳能力的海洋增碱。另一些是通过植物起作用的生物方法：种植森林、燃烧生物质发电并捕集随之产生的排放（即 BECCS），以及将植物材料转化为类似木炭的生物炭并埋入土壤或用于建筑材料。团队对 2030 到 2050 年间的 24 种未来情景建模，每种情景都以其中一种方法为主导，目标是在本世纪末前协助将升温控制在约 1.7°C 左右。

这些方法效率如何、有何益处？

为评估表现，研究超越了简单的“移除多少吨二氧化碳”。它追踪在计入建设和运营每种系统产生的排放后，实际避免了多少变暖，并统计前 20 年对人类健康和生态系统的影响。在纯碳效益方面，依靠可再生电力的化学方法表现最优：由风能或太阳能驱动的直接空气捕集和海洋增碱可以使其去除的大约 90–97% 的碳不被自身排放抵消。用于建筑材料的生物炭和 BECCS 在使用农业或林业残余物而非专门种植的能源作物时也能有不错表现。但植树和施入土壤的生物炭会随着时间推移因火灾和渐进性分解而失去部分初期收益，部分储存的碳会重新释放到空气中。

健康、自然与行星界限的隐性成本

当作者将更广泛的副作用纳入考量时，出现了更为复杂的图景。从短期看，化学选项通常带来净健康和生态益处：通过减缓变暖，它们减少的气候相关损害多于自身带来的污染。生物选项问题更多。大规模能源作物种植和大量施用化肥与灌溉会加剧对河流、土壤和野生动植物的压力。研究表明，若 BECCS 和生物炭大规模推广，可能会将已承压的陆地生态系统、淡水使用和营养物循环等“行星边界”进一步推向危险临界点。基于森林的碳移除也并非表面那么简单：在气候变化背景下较高的野火风险可能抹去大量存储的碳，并产生对健康有重大影响的空气污染。

资源紧张：矿物与养分

该研究的一项重要贡献是对物质资源的详细审视。化学方法需要大量金属和矿物来建造装置、钻井，并在海洋增碱情况下开采与加工石灰石。分析发现，到 2050 年，若主要以直接空气捕集来满足碳移除目标，可能需要的镍和钡矿产量相当于今天全球产量的约 80%，这可能与电池等其他清洁技术产生竞争。生物方法则带来另一类风险：它们需要大量额外肥料，尤其是钾、磷和镁。在某些情景下，为养活能源作物和生物炭系统，钾矿开采量可能需要比当前水平增长多达 70%，这对食品安全以及农业和工业关键养分的可获性构成担忧。

这对未来气候选择意味着什么

作者得出结论：没有任何碳移除方法没有权衡，这强化了减少化石燃料使用必须始终是首要任务的观点。在研究的选项中，由可再生能源驱动的直接空气捕集和海洋增碱总体上看环境风险较低，尽管它们仍会推动额外采矿并且在实践中代价高昂。相比之下，过度依赖植树、BECCS 或大规模生物炭可能损害生态系统、加剧水资源紧张并加剧肥料竞争，尤其当这些方法依赖专门的能源作物而非残余物时。对政策制定者和投资者而言，信息很明确：碳移除必须作为一个尊重行星边界、保障粮食与水安全、并构建能够应对矿产与营养物质额外需求的供应链的平衡组合来规划——而不是把任何单一方法当作简单、毫无风险的万全之策。

引用: Cobo, S., Galán-Martín, Á. & Guillén-Gosálbez, G. Negative emissions technologies and practices could challenge global resource supply and environmental limits. Commun Earth Environ 7, 354 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03348-8

关键词: 去除二氧化碳, 负排放技术, 直接空气捕集, 配备碳捕集的生物能源, 行星边界