større puljer og strømninger af den globale kulstofcyklus, med rød farve , der indikerer menneskeskabte strømninger for 2000-2006 og kumulative puljer for den globale kulstofcyklus, der er 1800-2006 baseret på, med opdateringer fra . 1/3 (20 GtC y-1) af den jordbaserede nettoproduktivitet er træproduktion, hvoraf en væsentlig del er målet for en bæredygtig kulstofvask via trægravning.

to store spørgsmål skal først besvares vedrørende potentialet ved denne metode: hvad er produktionshastigheden for dødt træ, og hvor meget er der i verdens skove? Desværre er der en generel mangel på viden om dødt træ på skovbunden, og denne kulstofpulje forsømmes ofte i kulstofbudgetregnskab. Da dødsfrekvensen er fundamentalt begrænset af vækstraten, kan den døde træproduktionshastighed ikke overstige verdens samlede NPP på 60 GtC y-1. Så er nøglespørgsmålet, hvordan NPP er opdelt i de tre vigtigste kulstofpuljer: blad, træ og rod. Blade vokser og falder i en løvskov hvert år, men kan vare et par år i en stedsegrøn skov. Fint træagtigt materiale som kviste og små grene kan bryde og falde ofte, men træstammer og store grene har en levetid på årtier til århundreder og længere. Selvom træbiomasse er meget større end bladbiomasse, antyder dens lange levetid således en produktionshastighed, der er meget mindre end ellers. Rodbiomasse kan være stor, og dødsfrekvensen er også betydelig, da rødder konstant vokser for at søge efter næringsstoffer og vand. Et første gæt kan være, at NPP er opdelt ligeligt i disse tre puljer, hvilket fører til en 20 GtC y-1 trævæksthastighed, således 20 GTC y-1 trædødsfrekvens ved steady state. Da fint træagtigt affald nedbrydes hurtigere og sværere at håndtere, er grovere materiale såsom Kufferter og større grene mere egnede til begravelse. Hvis man antager, at halvdelen af det træagtige materiale er groft, kan omkring 10 GTC y-1 dødt træ være tilgængeligt til begravelse, hvilket fører til en 10 GtC y-1 kulstofvask. Hvis man antager en gennemsnitlig opholdstid på 10 år for døde træer på skovbunden, ville omkring 100 GtC (10 GtC y-1 gange 10 år) i form af grove træagtige affald allerede være på skovbunden. Disse døde træmaterialer er under forskellige stadier af forfald, men selvom halvdelen af det kan indsamles og begraves, det giver en betydelig let tilgængelig kulstofvask.

forslaget er at (1) samle døde træer på skovbunden og (2) selektivt logge levende træer. Derefter begraves træstammerne enten i skyttegravene, der er gravet på skovbunden (begravelse) eller egnede lossepladser, eller træstammer stablet op over jorden beskyttet væk fra regn (Fig. 3). Det nedgravede træagtige materiale vil have betydeligt længere opholdstid, og det overfører effektivt kulstof fra en relativt hurtig nedbrydende pool (ca.10 år) til en meget langsommere kulstofpulje (100-1000 år eller længere). I tilfælde af (1) reducerer det en del af den heterotrofe respiration og er således en øjeblikkelig effektiv kulstofvask. I tilfælde af (2) er den efterfølgende genvækst i de ‘huller’, der efterlades ved træskæring, en kulstofvask, som afhænger af genvæksthastigheden. I praksis er (1) og (2) sandsynligvis ikke meget forskellige, da faldne træer efterlader huller for mindre træer at vokse på en måde, der ligner tilfældet (2).

skematisk diagram af skov træ begravelse og opbevaring.

kvantificering af kulstofbinding potentiale

1 bæredygtig vask af træfjernelse (begrænset af vækstrate)

for at kvantificere størrelsen af denne potentielle kulstofvask blev den globale dynamiske vegetation og terrestriske kulstofmodel VEGAS brugt. Mens modellen simulerer den fulde terrestriske kulstofcyklus, kun kulstofpuljer og strømninger, der er relevante for formålet her, diskuteres. Simuleringen omfattede ikke landbrugsjord, således estimaterne vil være potentielle satser. Modellen blev drevet af moderne observeret klimatologi med sæsonbestemte cyklusser med nedbør, temperatur, solskin, vindhastighed og damptryk. Simuleringen blev kørt indtil konvergens i en stabil tilstand, hvor trævækst afbalanceres af dødelighed.

den modellerede globale NPP er 57 GtC y-1, hvoraf 19 GtC y-1 går i dødt blad, 17 GtC y-1 i dødt træ og 21 GtC y-1 til døde rodstrukturer. Da fint træ (kviste og små grene) nedbrydes hurtigt, er sværere at håndtere (dyrere at rydde op i bladene osv.), og kan optage mere gravplads, vil kun groft træ blive betragtet som egnet til begravelse. Skovbrugslitteratur skelner generelt mellem fint og groft træagtigt affald, typisk ved hjælp af 10 cm stammediameter til at adskille de to klasser. Desværre er det relative bidrag til den samlede trædød fra fint og groft træ vanskeligt at kvantificere, dels på grund af den forskellige levetid (mindre stængler har generelt kortere levetid end hele træet). Det er undertiden uklart, hvordan disse puljer og strømme defineres, og hvad de rapporterede tal repræsenterer i skovbrugslitteraturen. Jeg betegner således noget vilkårligt det fine: Grove forhold mellem dødsfrekvensen til at være 7: 10, så den grove trædødsfrekvens er 10 GTC y-1.

den rumlige fordeling af dødeligheden i groft træ er vist i Fig. 4. Den højeste sats findes i den tropiske regnskov som f.eks. Det faktum, at den rumlige fordeling af trædødsfrekvens svarer til produktionen (NPP), er ikke overraskende, fordi dødsfrekvensen stort set følger vækstraten. Enhver regional afvigelse fra det globale gennemsnitlige opdelingsforhold mellem de tre puljer (blad:træ:rod = 19:17:21) er resultatet af plantefunktionel type (PFT) og klimaafhængig kulstofallokeringsstrategi. Sådanne afvigelser er ikke mere end 10-20% i denne model.

verdens Grove træproduktionshastighed estimeret af modellen VEGAS i kgC m-2 y-1.

potentialet for kulstofbinding af groft træ til forskellige geografiske områder er angivet i tabel 1. Den tropiske skov har et 4,2 GtC y-1 kulstofbinding potentiale, tempereret skov har 3,7 GtC y-1, mens den boreale region har 2,1 GtC y-1. Da modellen kun betragter potentiel vegetation (intet landbrug), kan de tempererede regioner have væsentligt mindre potentiale.

i regional skala (tabel 2) har Sydamerika et kulstofbinding potentiale på 2,3 GtC y-1, med stort bidrag fra regnskoven. Afrika følger med 1.9 GtC y-1. Rusland har et potentiale på 1,2 GtC y-1 på grund af sin store vidde af boreal skov. Den conterminous os har et potentiale på 0.8 GtC y – 1 med sine omfattende bredbladede og blandede skove langs østkysten og Syd og det bjergrige Vest. Canada har et 0,7 GTC y-1 potentiale fra sine blandede og boreale skove. Af 0.9 GtC y-1-potentialet for Kina kan sandsynligvis kun en brøkdel realiseres, fordi meget af landets skove længe er blevet omdannet til dyrket land. Et vellykket genplantningsprogram kan dog øge størrelsen på denne brøkdel.

den grove trædødsrate estimeret af modellen er resultatet af plantefunktionel type og klimaafhængig kulstofallokeringsstrategi, der ikke er godt begrænset i den nuværende generation af globale vegetationsmodeller . Observationer af denne kulstofpulje og dens omsætningshastighed har generelt manglet. Ikke desto mindre har nogle undersøgelser understreget vigtigheden af denne kulstofpulje. Brug af observerede og estimerede gennemsnitlige trædødelighed og ekstrapoleringspunktdata ved hjælp af global biomassefordeling, Harmon et al. anslået produktionshastigheden for groft træagtigt affald til at være 2-11 GtC y-1, Hvor usikkerhedsområdet kommer fra estimaterne for træets levetid. Baseret på estimerede Mattheus 6 GtC y-1 som den grove træagtige affaldsproduktionshastighed. En sammenligning er anført i tabel 3. Således VEGAS model resultat er inden for området, men på den høje side. En af grundene kan være, at ligevægtssimuleringen af VEGAS indebærer, at de modellerede skove har nået en stabil tilstand, dvs.de er modne skove, mens de anvendte data inkluderer skove i forskellige aldre. Da yngre skove har tendens til at have lavere dødelighed end gamle vækst, vil disse unge skove have større potentiale i fremtiden, da dødeligheden stiger mod modenhed. I betragtning af de mange ukendte i begge metoder vil jeg tildele en faktor på 2 usikkerhed til 10 GtC y-1 model estimat, dvs.en rækkevidde på 5-15 GtC y-1.

ved estimering af 10 GtC y-1-potentialet antog jeg naturlig vegetation, som i sig selv ville være en overvurdering, fordi noget af det potentielle skovområde er blevet konverteret til afgrøde. Da det nuværende verdensskovområde er 3 gange det dyrkede område, og en betydelig del af dyrkningen svarer til potentielt græsarealer og endda ørken snarere end potentiel skov, er graden af overvurdering beskeden. På den anden side kan det faktiske potentiale være højere på grund af andre faktorer såsom selektiv skæring (nedenfor), plantning af hurtigt voksende træarter og begravelse af mindre træ. Desuden vil genplantning, skovrydning og klimaændringer i fremtiden komplicere ethvert forsøg på et præcist skøn, herunder arealanvendelse. Således blev valget ved anvendelse af potentiel vegetation lavet her.

2 engangs potentiale fra eksisterende Grove træagtige affald

som en arv fra tidligere trædød er der samlet en betydelig mængde dødt træ i verdens skove i forskellige forfaldsfaser (Fig. 5). Jeg brugte modellen VEGAS til at simulere denne døde træpulje og estimerede globale Grove træagtige affald til at være 130 GtC, noget større end estimaterne af 75 GtC af , men inden for intervallet 60-232 GtC estimeret af . Disse tal kan virke store, da der er relativt lidt opmærksomhed på denne kulstofpulje, men de er ikke overraskende store i lyset af de 390 GtC, der er opbevaret i verdens skovvegetationsbiomasse (for det meste træ; ). Da træ i senere forfaldsstadier ikke er egnet til begravelse (også mindre tilbøjelige til at blive inkluderet i skovopgørelsesundersøgelser), selvom halvdelen af denne pool er egnet til begravelse, er det stadig 65 GtC tilgængelig til sekvestrering. Det rumlige mønster (Fig. 5) viser en noget anderledes fordeling fra produktionshastigheden med højere værdier i tempereret og boreal region, hovedsagelig på grund af den langsommere nedbrydningshastighed ved lavere temperatur.

verdensfordeling af groft træagtigt affald, i kgC m-2.

implikationen af denne store eksisterende kulstofpulje er, at i den indledende fase af trægravning vil mere end den bæredygtige hastighed på 10 GtC y-1 estimeret ovenfor være tilgængelig.

3 Forbedring af den bæredygtige hastighed via selektiv opskæring af levende træer

10 GtC y-1 dødt træproduktionshastighed kunne også forbedres ved aktiv skovforvaltning. I stedet for at vente på, at træerne dør, kan man også høste relativt modne træer via teknikker som selektiv skæring. Ved første øjekast synes dette at være en kulstofkilde, da levende træer optager CO2. Men hvis træer vælges korrekt, kan det føre til en samlet vask, fordi yngre skov har tendens til at være mere produktiv, og et eller andet sted i udviklingsstadiet overstiger produktiviteten betydeligt respiration og nedbrydningstab . Da de mindre produktive træer, der ikke klarer sig godt, konkurrerer om lys og andre ressourcer, vil deres fjernelse efterlade yngre træer til at vokse mere kraftigt i hullerne og danne en netto kulstofvask. I en jævn alderen skov er selvudtynding et vigtigt skridt i den sekundære rækkefølge, hvor en stor del af unge træer dør for at give plads til andre træer. I dette tilfælde kan meget yngre træer selektivt skæres eller indsamles efter døden.

implementeringsstrategi

implementeringen af en træbegravelsesordning vil involvere tre hovedtrin:

1. (1)

   muliggør adgang til skoven, hvis den ikke allerede er på plads;

2. (2)

   valg af sted, gravgravning til begravelse eller bygning af et husly til opbevaring over jorden;

3. (3)

   selektiv træskæring eller indsamling af dødt træ efterfulgt af beskæring, forkortelse og begravelse eller opbevaring, gentaget med et passende returinterval.

Jeg forestiller mig et netværk af veje og stier, der giver maskinadgang, og skyttegrave, der er fordelt med en mere en mindre ensartet afstand. For eksempel ville et 1 km stort 1 km Område (100 hektar) akkumulere omkring 100 ton kulstof om året for en typisk grov træproduktionshastighed på 0,1 kgC m-2 y-1 (Fig. 4). Ved et returinterval på 5 år ville hver grøft begrave 500 tons kulstof (ca.1000 tons tør træmasse). Hvis man antager et 0,5 ton tørstof pr. kubikmeter og forsømmer noget mellemrum mellem bjælkerne, ville det krævede volumen være 2000 m3. Hvis bunken er begravet under 5 meter jord, kan grøften have dimensioner på 10 m liter 10 m liter 25 m (Fig. 6). Overfladearealet ville være 100 m2, kun 0.01% af træopsamlingsområdet, således ville forstyrrelsen være lille. Jord vil fylde rummet mellem træstammer og derover og få lov til at slå sig ned. Vegetation kan få lov til at vokse tilbage naturligt på gravstederne. Selektive steder kan overvåges for henfald af det nedgravede træ. Figur 3 og 6 illustrerer disse procedurer.

et eksempelgrave, der kunne begrave 500 tC, mængden af groft trækul fra et typisk midlatitude skovområde på 1 km i 5 år.

den faktiske skyttegravstørrelse og fordeling er nødt til at afbalancere flere faktorer, såsom omkostninger ved gravegrave, transport af dødved, minimering af forstyrrelser i skoven og valg af det sted, der mest effektivt forhindrer nedbrydning. Begravelse på stedet foretrækkes, hvor det er muligt for at minimere transportomkostningerne. Transport kan være nødvendig, hvor jorden er for lav til at grave grøfter med tilstrækkelig dybde. Da jordtilstanden kan variere meget, selv inden for et lille område, såsom variation i jordfugtighedsindhold forbundet med topografi, der skal udvises omhu ved valg af sted.

afhængig af den døde træakkumulering og henfaldshastigheder kan denne proces gentages hvert par (1-10) år, men gravstederne vil være forskellige hver gang. Hovedkriteriet for valg af returinterval vil være en balance mellem omkostningerne ved hver operation og behovet for ikke at lade de døde træer rådne væk. Hvis selektiv skæring er den vigtigste driftstilstand, så der er lidt naturlig trædød (træer skæres, før de dør), vil den dominerende faktor være tætheden af egnede træer, der skal fjernes. I tilfælde af plantage kan det være en god strategi at rydde små sektioner (gruppeskæring) for dets lave omkostninger, så træer kan vokse tilbage som sekundær rækkefølge.

sammenlignet med opbevaring af husly over jorden er gravgrav et bedre valg for faldne træer, da de typisk allerede er i gang med nedbrydning, så de er mindre nyttige som tømmertræ. På den anden side, husly opbevaring bevarer tømmer træ til nem brug bør fremtidige efterspørgsel stiger.

den teknologi, der kræves til indsamling eller selektivt skæring af træer, er lavteknologisk og har eksisteret i tusinder af år. De fleste moderne store skovhugst udføres af maskiner mange steder som Europa og Nordamerika. Vejsystemet for adgang er allerede på plads i mange af disse regioner, såsom det amerikanske ‘Skovvejssystem’. Halvdelen af verdens skove ligger allerede inden for 10 km, og tre fjerdedele ligger inden for 40 km fra større transportinfrastruktur . Da der ikke er nogen større teknologisk hindring, kan en sådan ordning gennemføres næsten øjeblikkeligt i en betydelig del af disse regioner. For eksempel er en almindelig praksis i nordamerikansk skovbrug at ansætte private skovfirmaer med en række driftsskalaer til at skære træer på privat eller offentlig jord, hvilket giver fleksibilitet til håndtering af skove i forskellige størrelser og forhold. Selvom i øjeblikket intenst forvaltede skove har lidt dødt træ, der straks er tilgængeligt til begravelse, deres langsigtede potentiale holder stadig.

et sådant distribueret system kan køres med lidt regeringsindgreb bortset fra overvågning, så længe der tilvejebringes økonomisk incitament gennem ordninger som kulstofhandel. I Nordamerika er meget af det skovklædte land privatejet. Potentialet for kulstofbinding vil have en positiv indvirkning på skovbrugsindustrien og mange grundejere og økonomien i mange regioner. Regnskab og overvågning af kulstofvaske kan udføres af certificerede ingeniører, når logfirmaer vender tilbage for hver høstrunde. Dette kan suppleres med overvågningssystemer i større skala , såsom måling af hvirvelkorrelationsstrøm, kilde/sink-inversion ved hjælp af atmosfæriske CO2-målinger assisteret af fremtidige satellit-CO2-observationer . Den store vidde af boreale skove i Canada og Eurasien er kun delvist tilgængelig og stort set ikke-administreret på nuværende tidspunkt, men infrastruktur såsom veje kan bygges relativt hurtigt i de relevante lande.

Hvis en stor del af det estimerede 10 GtC y-1 kulstofbinding potentiale skal udnyttes, skal næsten alle verdens skove forvaltes. Så ville et hovedspørgsmål være tilgængeligheden til de fjerntliggende skovområder. For det første vil ekstremt stejle bjergområder eller sumpede vådområder være vanskelige at få adgang til. For det andet er der næsten ingen veje til de dybe tropiske skove. Desuden vil et forslag om at opbygge et netværk af veje i hjertet af en regnskov rejse store miljøhensyn såsom tab af biodiversitet. På den anden side vil økonomiske incitamenter fortsat stimulere en sådan vejudvidelse. Selv i dette tilfælde skal spørgsmålet om retshåndhævelse for ulovlig skovrydning og mere brede styringsspørgsmål først sikres, før lande i disse regioner når et point-of-No-return. I den nærmeste fremtid er en gavnlig praksis at begrave snarere end at brænde træerne i regionerne med løbende skovrydning.

Hvis kernerne i de tropiske regnskove skal efterlades intakte, hvilket tegner sig for omkring 20% af det samlede kulstofbinding potentiale (halvdelen af den tropiske regnskov; Tabel 1) giver sekvestrering i de resterende tropiske, tempererede og boreale regioner stadig en vask på 8 GtC y-1. Vanskeligheder med at få adgang til stejle terræn, hvor skovene typisk er bedre bevaret, vil yderligere reducere dette antal. I betragtning af omkostningerne ved vejbygning og miljøhensyn er det faktisk ønskeligt at forvalte en mindre brøkdel af de tilgængelige skove mere effektivt ved hjælp af metoder såsom selektiv skæring eller nedgravning af en del af det finere træagtige affald end at forstyrre en større brøkdel ved lavere kulstofbinding pr.arealenhed.

Cost

omfanget af klimaændringsproblemet dikterer, at enhver afbødningsstrategi, uanset om den er alternativ energikilde, kulstofbinding teknik eller geoteknisk tilgang, skal være omkostningseffektiv, når den drives i stor skala. Data fra den amerikanske logindustri viser, at en typisk pris for høst af 1 ton tømmertræ er omkring $20 . Da tømmertræ kun er en del af det grove træagtige materiale, der kan begraves, hvilket jeg antager er omkring 50% mere end tømmertræ alene (der er en betydelig mængde mindre grene sammenlignet med bagagerummet). I den anden retning, i betragtning af at tømmertræ indeholder noget vand, og at plantens tørre masse er cirka 50% kulstof, kan omkostningerne være $40 pr. Dette ville være højere, hvis omkostningerne ved gravgravning, vejbygning og vedligeholdelse er inkluderet. Jeg vil således sætte prisen på $50 for 1 tC (ton eller 106 gram kulstof) sekvestreret, med et usikkerhedsområde på $25–$100/tC.

det er lysende at sammenligne dette med kraftværkets CO2-opsamling og geologisk lagring (CCS; Tabel 4), en strategi, der har været under intens undersøgelse . $50/tC ($14/tCO2) omkostningerne til trægravning er lavere end $ 20-270 / tCO2 for kraftværk CCS. Det store udvalg i kraftværk CCS skyldes de stigende omkostninger, da billigt tilgængelige gamle miner løber tør. I tilfælde af trægravning er der ingen praktisk begrænsning af lagerkapaciteten. En stor omkostning ved industriel CCS er indfangning af CO2 fra flu gas, mens trægravning er fri luftfangst med næsten nul omkostninger, fordi det gøres ved den naturlige proces med fotosyntese.

det er også interessant at sammenligne disse omkostninger med den banebrydende Europæiske Unions emissionshandelssystem (EUETS) carbon cap-and-trade markedspris. EUETS-prisen har svinget mellem 1-33/tco2 i løbet af 2005-2007. Til sammenligning har den frivillige Chicago – Klimaudvekslingspris været omkring $3-4 / tCO2. Selv om trægravningsomkostningerne er noget højere end den nuværende markedspris, forventes det, at den fremtidige klimabegrænsende politik vil resultere i højere priser på kulstof. Når de implementeres på global skala, vil mange faktorer variere fra sted til sted, såsom teknologi og lønomkostninger. Den billigste vil være de skove, der allerede er under intens forvaltning, hvor veje og maskiner er på plads. Prisen kan stige, da det samlede areal af skove, der udnyttes på denne måde, stiger. Driften af maskiner vil forbruge noget fossilt brændstof og udlede CO2. Disse faktorer skal evalueres.

Driftsskala

selvom kun halvdelen af det estimerede potentiale (5 GtC y-1) udføres i de næste par årtier, siger i 2050, vil omfanget af en sådan verdensomspændende operation være enorm, som illustreret i scenariet nedenfor.

Hvis hver grøft har en kapacitet på 500 tC (eksempel i Fig. 6), vil antallet af skyttegrave, der er nødvendige for en 5 GtC y-1-sekvestreringshastighed, være 10 millioner om året, dvs.en grøft hvert 3. sekund. Forudsat at det tager en besætning på 10 personer (med maskiner) en uge at grave en grøft, samle/skære og begrave træ over et 100 hektar stort område, ville 200.000 besætninger (2 millioner arbejdere) og sæt maskiner være nødvendige. Dette skøn er ganske vist forenklet, og opgaven kan være ret arbejdskrævende, hvis den skal udføres i tætte eller stejle skrånende naturlige skove.

omfanget af en sådan operation kan være svært at forestille sig ved første øjekast, men den enorme skala af CO2-problemet betyder, at enhver effektiv afbødningsstrategi også skal være i en sammenlignelig skala. Den nuværende hastighed på 8 GtC y-1 fossilt brændstof kulstofemissionshastighed svarer til 250 tC pr. Da kulstofindholdet i træ er stort set det samme som i fossilt brændstof, hvis trægravning skal modvirke emissionen af fossilt brændstof (som det potentielt kunne gøre), skal hastigheden (med hensyn til enten masse eller volumen), hvor vi begraver træ, være sammenlignelig med den hastighed, vi forbrænder fossilt brændstof. Hvis træbegravelse bruges som en del af en portefølje, kan operationen nedskaleres i overensstemmelse hermed.

sandsynligheden for denne operation kan lettere forstås ud fra et økonomisk synspunkt. En $50 / tC-pris for træbegravelse svarer til $ 250 milliarder om året med en 5 GtC y-1-sekvestreringshastighed. Dette er kun 0,5% af verdens samlede bruttonationalprodukt (BNP) på 48 billioner dollars i 2006 sammenlignet med de forventede 5-20% BNP potentielle økonomiske skader som følge af klimaændringer . Omkostningerne på 250 milliarder dollars om året for 2 millioner arbejdere betyder $ 62.500 pr. Det er klart, at arbejds-og maskinomkostninger kan være meget forskellige i forskellige lande. De jobmuligheder, som operationen giver, og andre positive konsekvenser for økonomien vil være attraktive i mange regioner, især udviklingslandene.