净零排放会威胁粮食安全吗?

Sulfuric acid is important to a range of industries.
Sulfuric acid is important to a range of industries.Image: Unsplash/Jeremy Bezanger
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  • 硫在许多行业中发挥着关键作用,在农业和肥料生产中尤其重要。

  • 然而,全球大部分硫来自化石燃料,这意味着向净零排放转型可能会在需求不断增长之际大幅削减供应。

  • 世界需要寻找新的硫来源,并通过回收利用以及采用避免大量使用硫酸的替代工业技术来削减需求。

如果没有硫以硫酸的形式存在,工业将难以生产提高农作物产量的磷肥,也难以提取用于从太阳能电池板到电动汽车电池等各种产品的关键金属。

然而,一个鲜为人知的问题正迫在眉睫。超过80%的全球硫供应是副产品。硫从石油和天然气等化石燃料中提取(这些燃料通常含有占重量1%至3%的硫),以减少二氧化硫排放;这种气体会导致酸雨。

为遏制气候变化而淘汰化石燃料,将使硫酸年供应量大幅下降,而需求却在不断增长。全球目前每年使用超过2.46亿吨硫酸。绿色经济的迅速发展和集约化农业,可能使需求到2040年升至4亿吨以上。

根据我们最新的研究,为实现2050年净零排放所需的化石燃料使用量快速下降,可能导致到2040年硫酸短缺多达3.2亿吨,相当于目前产量的130%。

硫酸价格将会上涨,并加剧竞争;利润更高的绿色技术行业很可能出价高于肥料生产商。这将推高粮食生产成本,让消费者购买食品的价格更高,尤其是在发展中国家,那里的农民最难负担上涨的成本。

一种重要的工业化学品

硫存在于各种各样的产品中,包括轮胎、硫肥、纸张、肥皂和洗涤剂。但硫最重要的用途在于工业化学领域,可用于分解各种材料。

尤其是自2008年以来,硫的价格一直与化石燃料产量密切相关。Image: Maslin 等(2022),作者提供

高性能电池、轻型汽车电机和太阳能电池板等低碳技术的应用迅速扩大,将大幅增加矿床开采,尤其是红土矿的开采;红土矿正日益成为钴和镍的重要来源。到2050年,钴需求可能增加460%,镍增加99%,钕增加37%。目前,提取这些金属都需要大量硫酸。

与此同时,预计的人口增长和饮食趋势也将推动硫酸需求上升,其最重要的单一消费行业是磷酸盐肥料生产业。

硫酸需求预计将激增,而供应来源可能同时减少。Image: Maslin 等(2022),作者提供

美国地质调查局估计,蒸发岩中硫酸盐矿物的储量近乎无限,蒸发岩是由浅咸水海域或湖泊自然蒸发后沉积形成的岩石;此外,铁硫化物和单质硫在火山沉积物中也有大量储量,但要获取这些资源,就需要扩大采矿和矿物加工规模。

用现有方法将硫酸盐转化为硫会消耗大量能源并排放大量碳。硫矿开采和硫化矿石加工可能污染空气、土壤和水,使地表水池和含水层酸化,并排放包括砷、铊和汞在内的有毒物质。集约化采矿也始终伴随着人权问题。

回收利用与创新

除了寻找新的非化石燃料硫源,还可以通过回收利用和采用避免大量使用硫酸的替代工业技术来减少硫需求。

从污水中回收磷酸盐并将其制成肥料,可减少加工磷矿石以生产肥料所需的硫酸。这也有助于回应关于担忧,即从长远来看,全球磷矿石将会耗尽。此外,这还能减少进入淡水和沿海栖息地的磷;磷会导致大规模藻华,可能使其他植物和鱼类窒息死亡。

回收更多电动汽车的锂电池也会有所帮助。开发对稀有金属依赖较少的新型电池和电机,可减少从矿石中提取金属所需的硫酸。

减少可再生能源浪费,例如太阳能和风能,并在不使用需要这些金属的电池的情况下储存更多能源,就能在减少化石燃料需求、加快脱碳进程的同时降低硫酸需求。未来,也可能通过培育某些细菌,从硫酸盐中生产大量硫。

通过预判未来的硫短缺,各国和国际政策可以管理未来需求、扩大回收利用,并开发成本低廉且环境和社会成本最低的替代供应来源。

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