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美國農業增強風化Enhanced Weathering技術的碳移除潛力與挑戰及對台灣的啟發

 

 

科楠偵碳事務所偵察小組
2025-4-1

 

摘要 

    2025年2月5日發表於《自然》期刊Beerling等人的研究《Transforming US agriculture for carbon removal with enhanced weathering》探討了「增強風化」（Enhanced Weathering, EW）技術在美國農業中的應用潛力。該研究通過整合地球系統模型、經濟成本分析與環境影響評估，指出EW若大規模部署於農地，可於2050年前每年移除0.16–0.30 GtCO₂，並在改善土壤健康、空氣品質的同時降低農業溫室氣體排放。然而，其實現面臨資源供應、社會接受度與監測驗證等挑戰。本文將從科學貢獻、政策意義與潛在爭議三方面評析此研究。

 

 

圖： 美國農業強化風化造成的大氣 CDR。
a, 2020-2070 年由 1 Gt yr-1 和 2 Gt yr-1 岩石提取方案限制的 EW 產生的淨年度累計 CDR (年度壓碎玄武岩施用量為 40 t ha-1)。b, 前十個州的年平均 CDR 率 (含 90% 置信限) (2 Gt 岩石年-1 情景)。c,d, 2040-2050 年 (c) 和 2060-2070 年 (d) 每公頃淨年 CDR 率的空間模式，2070 年前 2 Gt 岩石年-1 情景。所有模擬均以顆粒大小 P80 為 100 µm 的壓碎玄武岩為例，即 80% 的顆粒直徑小於或等於 100 µm；先前的工作顯示，顆粒大小對十年時尺的淨 CDR 影響相對較小11。所有 CDR 數字均為淨值，並計入了與開採、研磨、運輸和分佈岩塵相關的二氧化碳排放罰款。 e,f, Sankey 圖解說明了在 2040 年 (e) 和 2070 年 (f) 的 2 Gt yr-1 岩石開採情景下，碎石從玄武岩來源狀態到接受者耕地狀態的主要傳輸途徑；為清晰起見，僅顯示了大於 20 Mt yr-1 的通量

 

一、科學貢獻與創新性

 
1. 碳移除潛力的定量分析  

    研究團隊通過州級別的動態碳-氮循環模型（基於SSP2中排放情景）模擬EW的碳捕獲效果，發現：  

• 規模與時程：若每年施用40噸/公頃的玄武岩碎屑，美國農業可在2050年實現0.16–0.30 GtCO₂的年碳移除量，相當於當前美國排放量的6%。其中，玉米帶（Corn Belt）的伊利諾伊、愛荷華等州貢獻最大（佔總量85–90%）。  
• 長期效益：持續施用至2070年，碳移除量可提升至0.49 GtCO₂/yr，且成本從初期高點降至100–150美元/tCO₂。  
• 此結果填補了過去EW研究缺乏區域具體數據的空白，並顯示其與其他碳移除技術（如BECCS、DACCS）的競爭力。

 

2. 環境共益效應的系統性驗證

 
    研究不僅關注碳移除，還量化了EW對農業生態的附加效益：  

• 土壤改良：玄武岩風化釋放的鈣、鎂離子可提升土壤pH值（從6.4升至7.1），減少酸性土地比例（從70%降至5%），並釋放磷、鉀等養分，降低化肥需求。  
• 空氣品質：土壤pH上升抑制了N₂O排放（相當於每年減少120 MtCO₂e），同時降低地表臭氧（O₃）濃度，使玉米、大豆等作物增產1–3%。  
• 河流與海洋碳封存：模擬顯示86%的河流能有效輸送風化產物至海洋，僅10–25%的CO₂會因海洋再平衡釋放，證明了EW的長期碳封存潛力。  
• 這些發現強化了EW作為「多目標解決方案」（Carbon Dioxide Removal, CDR）的科學基礎。

 

3. 技術可行性與成本評估

 
    研究通過地理空間分析指出：  

• 資源供應鏈：玄武岩開採需依賴現有採石基礎設施，威斯康辛、明尼蘇達等州因鄰近農地且礦產豐富，可作為早期部署核心。  
• 成本下降路徑：隨電力系統脫碳與運輸網絡優化，2050年成本可降至100–150美元/tCO₂，接近美國政府設定的CDR技術經濟門檻。  
• 此分析為政策制定者提供了具體的優先部署區域與投資時程參考。

 

二、政策與社會意義 

1. 填補美國淨零戰略的空白

 
    目前美國政府的《Long-term Strategy》主要依賴BECCS與DACCS，EW未被納入主流政策討論。此研究提出EW可貢獻16–30%的CDR需求，呼籲聯邦政府通過財政激勵（如碳信用機制）加速早期部署，尤其在成本高的初期階段。

 

2. 環境正義與社會接受度挑戰

 
    研究坦承EW面臨「社會許可證」（Social License）問題：  

• 公眾認知不足：問卷顯示多數美國民眾對CDR技術缺乏了解，且擔心EW分散了減排焦點。  
• 公平性疑慮：礦區與農地的利益分配、粉塵污染的健康風險需符合「Justice40」原則（保障弱勢社區權益）。  
• 作者建議通過透明監測（MRV框架）與在地參與化解爭議，但具體實踐仍需更多實證研究。

 

3. 國際合作潛力

 
    EW的技術路徑（如玄武岩供應、電力需求）可複製至其他農業大國（如巴西、印度）。研究引用的英國與巴西案例顯示，運輸距離與能源結構是成本關鍵，這為全球南北方合作提供了切入點。

 

三、研究限制與未來方向 

1. 科學不確定性

 

• 風化速率變異性：模型僅基於單一田野試驗（伊利諾伊州）驗證，未充分考慮土壤異質性、氣候變遷對風化速率的影響。  
• 長期監測缺口：河流與海洋的碳再釋放動態需更高解析度的生物地球化學模型，且未納入極端天氣（如洪水）的干擾。  

 

2. 實務障礙  

 

 

• 資源開採規模：美國需年產1–2 Gt玄武岩，相當於當前採石量的20–40%，可能引發土地利用衝突。  
• MRV框架不足：目前缺乏國際認可的碳信用核算標準，易引發「漂綠」（Greenwashing）爭議。

 

3. 未來研究建議  

    作者於文末提出明確的優先課題（參閱原文表1 ），包括：

 

• 跨學科驗證：擴大田野試驗至不同土壤-作物系統，並結合AI優化區域施用策略。  
• 政策工具設計：制定州級補貼政策，整合EW與現有農業補貼（如土壤保育計畫）。  
• 社會影響評估：量化EW對就業（如採石業 vs. 化肥業）與社區健康的影響。  

 

四、EW的定位與氣候危機的根本解方

    此研究證明了EW在美國農業中的技術可行性與環境共益，但其角色應定位為「減排的補充」而非替代。如作者強調，若無深度減排與能源轉型，任何CDR技術都無法單獨解決氣候危機。未來需結合科學創新、政策協作與公眾溝通，方能實現EW的潛力。  

 

此研究最終建議：

 
1. 美國環保署（EPA）應將EW納入《Clean Air Act》的農業減排政策。  
2. 成立跨州EW產業聯盟，共享MRV數據與最佳實踐。  
3. 國際機構（如IPCC）需將EW納入CDR技術評估框架，推動全球標準化。

 

五、此研究對及台灣的啟發：農業增強風化技術的潛力與挑戰

 

    關於「增強風化」（Enhanced Weathering, EW）技術的研究，不僅對全球碳移除（CDR）策略具有重要意義，也為台灣的農業減碳與氣候治理提供了寶貴的參考。以下從科學應用、政策制定與區域實踐三方面分析其啟發：

 

1.科學與技術層面的啟發  
  
    小規模試驗與循環經濟整合:台灣耕地有限（約78萬公頃），但EW可結合在地條件發展特色模式：  

 

• 火山岩資源應用：台灣東部（如花蓮）富含玄武岩，可優先試點於酸性茶園或果園，改善土壤並創造碳權收益。  
• 廢棄物再利用：台灣每年產生約1,000萬噸營建廢棄物（如混凝土碎料），其礦物組成類似玄武岩，可探索替代性EW材料。  
• 空氣污染協同治理：台灣中南部農業區臭氧污染嚴重，EW降低NOx排放的特性可與現行空污防制政策結合。

 

挑戰：  

• 法規限制：台灣碳權市場尚在起步階段，EW缺乏明確的抵換機制。  
• 社會接受度：需避免因粉塵問題引發社區抗爭（參考台灣水泥業爭議）。  

 

2.政策與治理層面的建議: 地方創新與跨部門協作 

 

• 區域試驗：由農委會主導，在雲林或彰化等高排放農業縣市推動EW田間試驗，並連結「綠色農業補貼」。  
• -環經濟法規：修訂《廢棄物清理法》，將建築廢料納入EW材料來源。  
• 公眾參與：借鏡美國「Justice40」原則，確保弱勢農民與原住民社區受益。  

 

結論：

 

    EW是工具，而非氣候危機的萬靈丹，該研究提醒，EW的成敗取決於三大支柱：

 
1. 科學嚴謹性：需長期驗證風化速率與碳封存持久性。  
2. 政策配套：碳定價、農民激勵與環境監管缺一不可。  
3. 社會信任：從實驗室到田間，必須納入在地知識與公平性評估。  

    對台灣而言，EW技術的引進不應僅為碳減量，更應視為「農業轉型」的契機——在提升土壤健康、糧食安全與農村韌性的同時，為全球氣候治理提供在地解方。

 

 

Reference:
Beerling, D.J., Kantzas, E.P., Lomas, M.R. et al. Transforming US agriculture for carbon removal with enhanced weathering. Nature 638, 425–434 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08429-2