碳，并非敵人

胡德良/編譯

碳，并非敵人

胡德良/編譯

在晨霧的籠罩下，園藝師在加拿大溫哥華會議中心生態屋頂上將草耙起來

● 威廉·麥克唐納極力主張：精心利用自然循環去進行設計，確保將碳終結于合適的場所中。

碳有著壞名聲。2015年在巴黎達成的氣候協議要求釋放到大氣中的二氧化碳跟沉積于地球中的二氧化碳取得平衡。“氣候中立現在時”是聯合國發起的一項行動，鼓勵企業和個人自愿參與測量、減少并抵消到2050年自身的溫室氣體排放。美國建筑師協會已經向全世界的建筑行業發起挑戰，到2030年做到碳中性。碳中性城市聯盟是一個城市可持續發展主導的國際網絡，其目標是到2050年將成員城市的溫室氣體排放降低80%。

“低碳”“零碳”“脫碳”“負碳”“中性碳”，甚至“碳戰爭”，都是討論話題的一部分，主導思想是：如果我們可以降低碳排放，減少碳足跡，那么我們就可以降服碳敵人。因此，企業、機構和決策部門都在努力應對碳排放。

但是，碳作為一種元素，并非敵人。氣候變化是由于我們破壞了碳循環而造成的，這屬于設計上的失敗。人類活動產生的溫室氣體釋放到大氣中，使空氣中的碳成為一種以過高濃度、過長時間停留在不合適場所的材料。是我們自己使碳有了毒性，結果就像我們飲用水中的鉛或我們河流中的硝酸鹽。在合適的場所中，碳是一種資源，也是一種工具。

二氧化碳是光合作用的“通行證”，是地球再生能力的來源。土壤中的碳是健康生態系統以及糧食安全和水安全的保障。碳原子是構成生命的基礎材料，羊毛、棉花和絲綢是碳化合物，許多工業聚合物也是碳化合物，像金剛石和石墨烯之類的純“超級碳”也是碳構成的。

至于碳管理，設計了30年的可持續建筑和景觀之后，我認為現在正是在氣候對話中注入新生機的好時機。我們不是要對碳排放進行宣戰，而是要對各種形式的碳進行合理利用。為了能夠跟碳建立一種新的關系，我提出了一種新型語言——生物碳、持久碳和短期碳——用來界定利用碳的方式，以安全的、富有成效的、有利的方式去利用碳。這種語言志向遠大，目的明確，標志著我們擁有積極的意圖，要求我們去多做有益的事，而不是簡單地少做有害的事。

語言驅動行為

在氣候對話中，人們很容易迷失方向。幾乎所有的術語都沒有明確的定義，人們對其也沒有一個清晰的認識。以“碳中性（carbon neutral）”為例吧，歐盟把燃燒木材發電當作碳中性，似乎這樣發電根本不釋放二氧化碳。這種碳中性概念是有問題的，因為它依賴樹木的生長和更新換代，這往往需要幾十年至幾百年的精心管理才能做到。另外一種戰略是，通過可再生能源來彌補化石燃料的使用，但這仍然意味著全球大氣二氧化碳濃度的升高。

更加含糊不清的術語是“碳消極（carbon negative）”。這個術語有時用來說明從大氣中去除二氧化碳的行為。例如，不丹總理表示，他們的國家是碳消極國家，因為該國現有的森林吸收的二氧化碳比全國釋放的二氧化碳還要多，而且不丹還出口水力發電。然而，難道說樹木對大氣中的二氧化碳不是有正面影響的嗎？水力發電不是碳中性的嗎？

碳封存是個長期追求的目標，該技術需要兩個要素：一個是要找到辦法從大氣中或煙囪中捕獲碳，另一個是要有辦法將碳安全地、永久地存儲起來。但是，一些所謂的碳存儲方法也是有矛盾的。例如，提高采油量，將二氧化碳注入巖層中，將殘余的原油沖出來，而這些油最終是要被燒掉的。

同時，企業開始宣布它們希望做到“碳積極（carbon positive）”，比如說，通過生產超過自身運行所需要的可再生能源，或者通過植樹吸收碳，去實現這個愿望。

一個有4層樓高的中庭，內外墻上都種著綠色植物，有助于為荷蘭20/20公園的博世西門子體驗中心提供清新的空氣

這樣的術語突出了在二氧化碳的特點和價值方面存在混亂。在美國，這種氣體被土地管理局歸類為商品，被環境保護局歸類為污染物，而在芝加哥氣候交易所卻被當作一種金融工具。

一種新型碳語言可以識別出碳的原料屬性和品質屬性，使我們能夠想象出向前發展的新方法，并對這些新方法加以貫徹執行（見下面的“新型碳語言”示意圖）。新型碳語言將碳分為3個類別：生物碳、持久碳和短期碳；從3種碳中細分出來一種特性，被稱為循環碳（working carbon）。這種碳語言還可以區分跟碳管理和氣候變化相關的3個戰略——碳積極、碳中性和碳消極。

從土壤開始

為了保持和加強碳循環自然提供的益處，我們該怎樣利用碳循環呢？答案是，從土壤開始。

碳是土壤健康的核心。在健康的生態系統中，當植物將二氧化碳轉化為碳基糖——液態碳的時候，一些碳流入植物的苗、根和花中，其余的碳滋養土壤食物網，從植物的根部流出，到土壤微生物群體中。反過來，微生物中含有健康植物所必需的礦物質和微量營養成分。微量營養成分被吸收到植物的葉子中，提高了光合作用的速率，這樣又能夠為微生物產生更多的液態碳，進而為真菌和植物創造更多的微量營養成分。在地下，液態碳通過食物網循環，在食物網中轉化為土壤碳——這種碳蘊藏豐富、穩定可靠，具有賦予生命的作用。這種有機物質還能夠使土壤呈現海綿狀結構，提高土壤的肥沃度，加強土壤的蓄水能力和濾水能力。

健康的碳循環就是這樣支持植物生長的。在10 000年的時間里，這種健康的循環將碳以合適的濃度保存在合適的場所中，調節氣候，加快植物生長，促進了人類社會的發展。

許多土壤研究人員認為碳循環仍然能夠做到這些。生態學家兼土壤科學家克里斯汀·瓊斯（Christine Jones）是“驚奇碳工程”的創始人，她描述了大氣碳和液態碳之間的“光合橋梁”以及植物和生物活性之間的“微生物橋梁”，她認為富碳土壤是健康景觀和恢復土壤的雙基石。

新墨西哥州立大學拉斯克魯斯分校能源和環境研究所的大衛·約翰遜（David Johnson）研究了作為微生物橋梁的碳。他發現，促進植物生長、培養土壤碳的最重要的因素不是增加氮或磷，而是通過其他植物增加的碳輸入。

為生活而設計

讓我們在所有的地區，不管是農村還是城市，都要使這些碳橋梁保持開放的狀態；讓我們利用大氣中的碳來促進生物的生長，建造土壤碳，使氣候變化發生逆轉；讓我們采用再生農業，進行城市設計實踐以提高光合能力，改善生物活性，建造城市食物系統，培養閉合的碳營養圈；讓我們把污水處理廠變為化肥廠；讓我們認識到，碳是一種資產，賦予生命的碳循環是人類設計的一種模式。

從工業產品到建筑物、城市和農場，對這些進行全部設計，可能會產生碳積極。這可能需要一個世紀的時間，但也正是在一個世紀的時間里我們使自己陷入了目前的碳災難中。行動得越早越好！到2030年，我們地球上熱火朝天的城市化可望將更多的動物棲息地和農田變成市區，這比以前所有的城市擴容加起來還要多。20多億城市居民將要居住的房子、上的學校以及工作的工廠都還沒有建造起來。盡管這些挑戰是存在的，但是也仍然存在充滿希望的設計方案。

1989年，我的建筑公司在德國的法蘭克福設計了一種日托設施，該設施基于一種“建筑物像樹木”的觀念，可以由兒童操作——他們可以移動太陽能百葉窗，可以開關窗戶，可以在屋頂露臺上種糧食，可以用雨水澆灌花園。

“建筑物像樹木”和“城市像森林”的觀念延續下來，我們開始把我們的產品、建筑物和城市設計成能夠進行光合作用的、具有生物活性的作品——可以積累太陽能、循環營養成分、釋放氧氣、固定氮氣、凈化水源、提供多種棲息地、滋養土壤，且隨季節而變化。

我們設計的俄亥俄州歐柏林學院亞當·約瑟夫·劉易斯環境研究中心就是基于這種理念的一個建筑典范。該中心能夠通過一個現場系統凈化自身產生的廢水和污水，這個系統可以生產出富碳的有機混合肥料。2016年，這個項目生產的太陽能超出了其自身年需求量的40%。當太陽能不可用時，這棟建筑仍然可以依靠電網供電。很快，隨著低價位的新型現場熱存儲系統和電池存儲系統的問世，像這樣的建筑物會兼具碳積極和能源積極。

在荷蘭，阿姆斯特丹附近的20/20公園在園區規模上應用了碳積極的設計策略。與之相鄰的斯希普霍爾貿易公園谷地是該國的國家循環經濟中心，這里將要推廣應用這些設計策略和許多其他的創新，要創建一種具有工作空間、供應鏈空間和協作空間的城市生態。該中心開發出來之后將會成為建筑、景觀和技術系統的綜合網絡，作為一個互相連接的整體來運行。每棟建筑都朝向陽光射來的方向，在冬季最大限度地接觸陽光，在夏季最大限度地遮蔽陽光。光伏陣列和綠色屋頂相當于該系統的葉子和根系，能夠在生機勃勃的、可持續發展的商業社區中收獲可再生能源，吸收和過濾水，生產糧食，為其他生物提供棲息地。

能源生產部門也可以大力實施碳積極策略。總部位于加州圣何塞的太陽能源（SunPower）公司和其他太陽能供應商正在開發 “太陽能果園”——能夠作為農場來運行的發電廠。高架太陽能電池板陣列旋轉著遮擋地面，為草地中的生物提供棲息地，草地又能夠捕獲水、氮和碳來增進土壤的健康狀況，還可以通過種植豆類來固氮，為吃草的動物提供食物，而這些動物又能夠為人類提供蛋白和毛織品。通過設計，這樣的發電廠能夠產生多重利益：可再生能源、生物多樣性、食物、土壤恢復、營養循環、碳封存、節水、纖維產品、農業和制造業方面的工作崗位等。這種持久循環碳會產生和支持生物碳，同時也會減少短期碳。從經濟方面來說，這些都是在可靠的、有益的模式中運行的。

這樣的設計為氣候行動提供了一個鼓舞人心的模式，而這一切都是開始于我們談論碳方式的改變。我們的目標是簡單而積極的：建設一個令人愉快的世界——一個多樣化、安全、健康、合理的世界，一個有著新鮮空氣、潔凈土壤、清潔水源和綠色能源的世界，一個為我們提供經濟利益、生態文明、優雅環境、公正公平的世界。

[資料來源：Nature][責任編輯：絲 絲]

本文作者威廉·麥克唐納（William McDonough）是一位建筑師兼作家，專門研究可持續發展。他是威廉·麥克唐納公司和麥克唐納創新公司創始人以及設計化學企業MBDC公司的聯合創始人。