拟议的气候解决方案实际上可能产生危险的副作用

犹他州大气科学家揭示，一项旨在清除强效温室气体的"地球工程"战略可能会恶化空气质量，而带来的好处却微乎其微。随着人类活动向大气中释放越来越多的温室气体，出现了许多"地球工程"大规模解决气候问题的建议。 这些努力旨在降低大气中的碳浓度或减少其变暖效应。

犹他大学盐湖城校区的屋顶大气监测设备。 图片来源：犹他大学 Brian Maffly

其中一项建议是在大气中引入过氧化氢。 支持者认为，这种方法可以氧化甲烷（CH₄）这一高浓度温室气体，同时提高空气质量。

犹他大学大气科学家阿尔弗雷德-梅休（Alfred Mayhew）和杰西卡-哈斯金斯（Jessica Haskins）对此持怀疑态度，于是他们开始测试这项建议背后的说法。 他们的研究结果证实了他们的怀疑，并为考虑将此类建议作为阻止气候变化的一种方式的机构提供了现实检验。

该大学威尔克斯气候科学与政策中心的博士后研究员梅休说："我们的工作表明，拟议技术的效率相当低，这意味着需要广泛采用这种技术，才能对大气中的CH4 产生任何有意义的影响。然后，我们的研究结果表明，如果大规模采用这种技术，那么我们就会开始看到一些负面的空气质量副作用，尤其是对冬季颗粒物空气污染的影响。"

为了进行这项研究，犹他州的科学家们模拟了如果采用一家加拿大公司的专利技术将会发生的情况，该公司拟在白天从 600 米高的塔上向大气中喷洒气溶胶过氧化氢（或 H₂O₂）。 这些塔的高度将接近世界上最高的无线电塔。

大气科学助理教授哈金斯说："当过氧化氢遇到阳光时，就会产生一种非常强大的氧化剂--羟基自由基 OH。这是大气中的一种天然洗涤剂，有助于加快甲烷向二氧化碳的转化。"

甲烷是由碳和氢组成的单键分子，而双键化合物在大气中更为常见。 羟基更有可能氧化那些双键分子，如树木上的异戊二烯或挥发性有机化合物，因此，哈斯金斯认为，羟基分解甲烷的效率并不高。

"OH 与甲烷的反应速度并不快，"哈斯金斯说。"它与许多其他东西发生反应。"

尽管气候变化主要归咎于化石燃料产生的二氧化碳，但甲烷也是一个重要因素。 甲烷最终会分解成二氧化碳和水。

甲烷（或 CH4 ）是家用电器和发电厂燃烧的天然气中的主要成分，在 20 年的时间里，它对气候变暖的影响是二氧化碳的 76 倍。 根据国际能源机构的数据，甲烷在大气中的存留时间只有 12 年，但自工业革命以来，全球气温上升的近三分之一都归咎于这种气体。

人为来源，主要是石油、天然气和煤炭开采以及垃圾填埋场，占全球甲烷排放量的 60%。

人工加速甲烷氧化可以减缓气候变化，但此类地球工程项目可能会对环境造成不利影响，哈斯金斯的实验室正试图确定这些影响的特征。 美国国家科学院最近发布的一份报告认为，大气甲烷清除技术可能会造成严重的意外后果，但人们对其了解甚少。 哈斯金斯的研究正是响应了该报告的号召，对这些技术进行仔细检查，例如会释放大量过氧化氢的技术。

哈斯金斯说："如果我们这样做，我们可以为自己争取到大约 50 年的时间，并避免气候变化带来的一些直接影响，但此前实际上没有人做过任何副作用研究，以了解会发生什么。这是第一篇评估此类地球工程解决方案对空气质量副作用的论文。"

操纵像地球大气层这样复杂的系统本身就是一种危险的行为，有可能导致不可预见的问题。

"气候中可能存在许多反馈。 大气化学就是一个例子。 你改变了一样东西，你认为它会起到这样的作用，但实际上在一个地方可能会起到相反的作用，"哈金斯说。"必须非常小心，并进行此类评估。 这样做负责任吗？ 会产生什么影响？"

哈斯金斯举例说，氯氟化碳（CFCs）这种人造气体的历史令人担忧，它侵蚀了保护地球免受有害紫外线辐射的臭氧层。她说："我们开始在工业中使用氯氟化碳作为推进剂和制冷剂，结果突然造成了臭氧空洞。 40年来，我们一直在应对由此造成的后果。 大概要到 2060 年，我们才能完全解决无臭氧洞年的问题，因此我们必须小心行事。"

梅休和哈斯金斯使用一个名为GEOS-Chem的全球化学传输模型来模拟从塔中释放过氧化氢的提议。 目的是估算在从轻度到极端的三种不同排放情况下，甲烷会被氧化多少。

他们的模拟设想是在北美各地使用 50 个塔。 按照该公司的建议，中度释放方案要求每个塔每秒喷洒 612 克（或 1.35 磅）甲烷，每天喷洒 10 小时，持续一年。

"这个建议的解决方案无法从大气中清除任何有意义的甲烷。 它无法解决全球变暖问题。 最多，我们发现 50 座塔可以减少 0.01% 的人为甲烷年排放量，"哈斯金斯说。"需要大约 352000 个这样的塔才能减少 50% 的人为甲烷排放。 这是一个疯狂的数字。 如果建造 50 座高排放塔，仍然需要大约 43000 座。"

与此同时，冬季空气质量较差的地方可能会看到颗粒物污染变得更加严重。

梅休说："未来的研究有可能表明，如果在一年中的特定时间启动这些塔，并且远离大型人口中心，那么在甲烷点源附近放置这些塔对空气质量的影响是微乎其微的。如果是这样的话，那么这种技术（或类似方法）在应对气候变暖方面可能会发挥非常小的作用，但从我们的工作中可以清楚地看到，空气质量的副作用应该作为任何类似技术实际应用建议的核心考虑因素。"

编译自/ScitechDaily