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토지의 잠재력

Sep 10, 2023Sep 10, 2023

커뮤니케이션 지구 및 환경 4권, 기사 번호: 39(2023) 이 기사 인용

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탄소 포집 및 저장과 같은 기술 개발과 결합하여 바이오에너지를 위한 자연 식생, 조림 및 리그노셀룰로오스 작물은 가장 일반적인 육상 기반 기후 변화 완화 옵션입니다. 그러나 그들은 토지를 놓고 경쟁하고 식량 안보나 자연 보존을 위협할 수 있습니다. 배치를 위해 버려진 농경지를 사용하면 이러한 위험을 최소화할 수 있지만 관련 잠재력은 불분명합니다. 여기에서는 과거 및 미래(최대 2050년)의 버려진 농경지를 현장별 바이오매스 생산량 및 수명 주기 배출과 통합하여 대체 토지 기반 완화 옵션을 비교합니다. 생물다양성 우선 지역의 자연 식생과 나머지 토지의 다양한 조치를 고려하면 연간 0.8~4.0GtCO2 상당량(2021년 전 세계 CO2 배출량의 2~11%)의 완화 잠재력을 달성할 수 있습니다. 조림은 일반적으로 바이오에너지보다 기후에 더 큰 이점을 제공하지만, 탄소 포집 및 저장을 갖춘 바이오에너지는 대부분의 지역에서 가장 높은 완화 효과를 제공합니다. 전반적으로, 이러한 결과는 버려진 농경지의 완화 잠재력에 대한 정교한 추정치를 제공하고 상황별 완화 조치에 대한 기회를 강조합니다.

육상 기반 이산화탄소 제거(CDR)는 기후 변화 완화 시나리오의 핵심 구성 요소입니다1,2. 탄소 포집 및 저장(BECCS), 조림(AF) 및 자연 식생 재성장(NR)과 결합되거나 결합되지 않은 바이오에너지(BE)는 가장 큰 완화 잠재력을 가진 옵션 중 하나입니다. 대규모 AF는 인위적 CO2 배출량의 상당 부분을 포착할 수 있는 저렴한 CDR로 간주됩니다3,4. 격리 잠재 범위 추정치는 0.5~10.1 GtCO2 yr−1(현실적인 수치는 약 3 GtCO2 yr−1)1이며, 이와 관련하여 2100년에 전 세계 산림 면적은 최대 10억 헥타르(Mha)로 확장됩니다5. NR은 대기 중 탄소를 포집하는 동시에 자연 보존을 위한 가장 비용 효과적인 자연 기반 솔루션6입니다. 약 30년 동안 자연 식생 재성장을 대규모로 전개하면 본 챌린지(Bonn Challenge)와 파리 협정에 대한 국가 차원의 약속으로 확인된 육지 면적(349 Mha)에서 자라는 지상 바이오매스에 최대 1.08 GtC yr−1까지 축적될 수 있습니다8. BE는 CDR 옵션은 아니지만 화석 연료 대체를 통한 배출 감소를 통해 기후 변화 완화에 기여할 수 있습니다. 아직 상용화 전 단계에 있고 대규모로 배포되지 않은 기술인 BECCS는 에너지와 네거티브 배출을 공동 전달하는 CDR 옵션입니다9,10,11. 2100년 BECCS 완화 잠재력은 0.4~11.3 GtCO2 yr−1로 추산되며, 0.4~5 GtCO2 yr−1이 지속 가능한 잠재력으로 식별됩니다1. 모든 공유 사회 경제적 경로(SSP)12,13,14,15,16,17에서 BE는 2050년에 38-310EJ yr−1의 1차 에너지를 공급할 것으로 예상됩니다. BECCS는 크게 의존하는 미래 시나리오에서 중요성을 얻습니다. 기후 변화를 완화하기 위한 기술 솔루션에 대해 알아보세요. 예를 들어, BECCS는 SSP5에서 육상 기반 CDR을 지배합니다. 2100년 목질계 바이오에너지 작물의 연간 바이오매스 수요는 SSP5-4.5에서는 약 10,000톤이고 SSP5-2.65에서는 20,000톤 이상입니다.

모든 완화 옵션에 대해 토지 가용성은 식량 생산과의 경쟁이 주요 상충 관계를 나타내기 때문에 대규모 잠재력 전달에 대한 주요 제약 조건입니다. 위에 표시된 완화 잠재력을 달성하려면 식량 및 사료 생산에서 방목지와 농경지의 넓은 지역을 해제하고 이를 CDR 구현에 전념하기 위해 농식품 부문의 식물 기반 식단으로의 식단 전환과 효율성 개선이 필요합니다. 따라서 CDR을 위해 버려진 농경지를 활용하는 것은 미래 시나리오에서 지속 가능한 완화를 위한 초석입니다20,21,22. 지역 수준에서 농경지 유기는 주로 경제적, 사회적, 정치적 동인의 결과이며23,24 생태학적 결과는 일반적으로 긍정적입니다25. 버려진 농경지는 일반적으로 자연 초원이나 숲으로 되돌아가며26 이를 통해 최소한의 비용으로 대기 CO2를 격리합니다27,28. 버려진 농경지는 일반적으로 더 먼 지역에 비해 접근 가능하고 집중적인 현장 준비가 필요하지 않기 때문에 AF와 BE는 모두 NR에 대한 경쟁력 있는 대안입니다. 지속 가능하게 관리되면 바이오 에너지 및 조림을 위해 재배되는 다년생 풀은 생물 다양성 강화, 오염 감소, 토양 건강 증가, 수분 보유 능력 향상 및 지역적 냉각과 같은 농경지에 비해 상당한 공동 이익을 제공할 수 있습니다6,29,30.

25 % forest cover, was found to potentially mitigate 10 GtCO2eq yr−1 in an area of 678 Mha6, corresponding to an average yield of 15 tCO2eq ha−1 yr−1 (for comparison, NR in our study has a global average sequestration rate of 7.4 tCO2eq ha−1 yr−1). This estimate covers a vast area, and it has already been identified as a likely overestimate7. Another study finds that natural regeneration of tropical secondary forests in Latin America could capture 31 GtC in 240 Mha of land in a period of 40 years50, which corresponds to an average mitigation of 12 GtCO2 ha−1 yr−1. Our study shows similar results, with NR yields ranging between 8 GtCO2 ha−1 yr−1 and 18 GtCO2 ha−1 yr−1 for the same region./p>20% of renewable water resources, respectively. The spatial distribution of areas of high and moderate water scarcity is shown in Supplementary Fig. 17b. In our analysis, BE and BECCS can only be irrigated outside areas of moderate and high water scarcity, wherein only rainfed water supply occurs./p>25% forest cover. Calculations of natural regrowth in abandoned cropland are conducted at 30 arc seconds resolution and further up scaled to 5 arc minutes resolution for consistency with the rest of the data. The natural regrowth data are based on historical data from 257 studies and 13,112 georeferenced measurements of carbon accumulation. As climatic factors explain variation in rates better than land-use history, the field measurements were combined with 66 environmental covariate layers to create a global map of potential aboveground carbon accumulation rates for 30 years of natural forest regrowth. The ensemble model had a residual mean square error (RMSE) of 0.798 t C ha−1 yr−1 and an R2 of 0.445 on the independent test set. More information about the model and its validation are available in Supplementary Note 1 ("Natural regrowth"). Aboveground biomass includes stem and branch biomass. This map has over 100-fold variations in rates across the globe and shows that IPCC default rates generally underestimate aboveground carbon accumulation by 32% on average8. This dataset is used to estimate the climate change mitigation potential of NR on historical and future abandoned cropland. For each grid cell, both average sequestration rates and reported standard deviations are used./p>

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