水泥碳汇及其对全球碳失汇的贡献研究

Missing Carbon Sink is one of the core issues of global carbon cycle. Is there any other type of unrevealed carbon sink in the earth system? How to uncover and quantify these types of carbon sink is a research focus in missing carbon sink. Cement materials used in building construction, service life demolition, and waste disposal stages show large carbon sink function. How much does the cement carbon sink? What are the impacts of cement carbon sink function on missing carbon sink and carbon cycle? These issues have not been studied comprehensively. The concrete carbonization method, life cycle assessment method, and ecological modeling method in civil engineering, environment sciences, and ecology disciplines are used synthetically. The cement carbon sink calculation methods in each stage of building construction, service life, demolition and crushing, and waste disposal are built respectively. Then, the cement carbon sink calculation methodology is built systematically. The cement carbon sinks in China and world from 1900 to 2013 are calculated. The contributions of cement carbon sink to global missing carbon sink are analyzed. The impacts of cement carbon sink on regional and global carbon cycle are uncovered. The impacts and driving function of human construction activity on global carbon cycle are clarified. The project implementation can promote the global missing carbon sink research, solve the overestimation of cement industry carbon emissions based on current methodology in IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, and provide scientific basis for international negotiations on climate change in China.

碳失汇是全球碳循环研究核心问题之一。地球系统还有哪些类型未知碳汇存在、如何揭示和量化这些类型碳汇是碳失汇研究重点。水泥材料在建筑使用、拆除、垃圾处理各个阶段具有较大碳汇功能。水泥碳汇到底有多大？水泥碳汇功能对碳失汇和碳循环有哪些影响？一直没有得到系统研究。本项目综合采用土木工程、环境科学和生态学等领域的混凝土碳化研究方法、生命周期评价方法和生态建模方法，将建筑分为建设、使用、拆除和建筑垃圾处理四个阶段，在分别建立各阶段碳汇吸收核算方法基础上，系统建立水泥碳汇核算方法学。核算我国及全球1900-2013年水泥碳汇量，分析水泥碳汇对全球碳失汇的贡献比例，揭示水泥碳汇对区域和全球碳循环的影响，阐明人类建筑活动对全球碳循环的影响和驱动作用。本项目实施不仅可以推动全球碳失汇研究，也可以解决当前IPCC国家温室气体清单指南方法学对水泥行业碳排放的高估问题，还能为我国应对气候变化国际谈判提供科学依据。

碳失汇是全球碳循环研究核心问题之一。地球系统还有哪些类型未知碳汇存在、如何揭示和量化这些类型碳汇是碳失汇研究重点。水泥碳汇到底有多大？水泥碳汇功能对碳失汇和碳循环有哪些影响？本项目综合采用土木工程、环境科学和生态学等领域的混凝土碳化研究方法、生命周期评价方法和生态建模方法，将建筑分为建设和使用、建筑拆除和建筑垃圾处理三个阶段，在分别建立各阶段碳汇吸收核算方法基础上，系统建立水泥碳汇核算方法学，核算我国及全球1900-2013年水泥碳汇量，分析水泥碳汇对全球碳失汇的贡献比例，揭示水泥碳汇对区域和全球碳循环的影响，阐明人类建筑活动对全球碳循环的影响和驱动作用。结果表明1930～2013 年，全球水泥材料碳化的碳汇量累积高达45 亿t C，其中1.24Gt C 来自混凝土，2.73Gt C 来自水泥砂浆， 0.19Gt C 来自建筑损失水泥，剩下的0.34Gt C 来自水泥窑灰。尽管水泥应用于水泥砂浆的比例不到30%，但水泥砂浆的碳汇量最大。2013 年的全球水泥材料平均年碳汇量接近2.5 亿t C/a。我国1930～2013 年水泥材料碳化的碳汇量累积高达14 亿t C，2013 年我国年水泥材料碳化的碳汇量接近1.4 亿t C/a。水泥材料的碳汇吸收存在非常明显的时滞效应。在1930～2013 年，平均21.8%、18.2%和10.8%的年碳汇量分别被2 年前、5 年前和10 年前生产的水泥材料所吸收；在2000～2013 年，19.2%和13.8%的年碳汇量分别被5 年前和10 年前生产的水泥材料所吸收。1930～2013 年水泥生产过程的碳排放分别有7%, 33%, 25% 和 35%来自美国、中国、欧洲和世界其他地区；碳排放68%来源于混凝土水泥、27%来自砂浆水泥、2%来自建筑阶段的损失水泥、3%来自水泥窑灰。这充分说明水泥等矿物质材料碳化的碳汇量较大，对我国及全球的碳排放总量和碳循环有重要的影响。本项目系统建立了水泥生产、排放、吸收、吸收因子和影响因素的数据库。发表论文18篇，包括 Nature Geoscience 封面论文1篇，Nature论文1篇，发明专利2项，专著1部。本项目研究成果不仅可以推动全球碳失汇研究，也可以解决当前IPCC国家温室气体清单指南方法学对水泥行业碳排放的高估问题，还能为我国应对气候变化国际谈判提供科学依据。