重大突破

近期，中国科学院南京地质古生物研究所王伟研究员团队研发的水生生物固碳能力强化系统获得发明专利授权（授权公告号:CN114573110B）。

“碳中和”“碳达峰”是目前全世界面临的可持续发展的重要问题。“碳中和”手段主要包括减少碳排放，包括减少化石燃料使用、降低自然过程及生产过程中的CO₂释放，以及增加碳封存，即从生产过程中和大气中收集CO₂经压缩注入地下深层，或通过自然过程如光合作用捕获碳，以稳定封存有机物。

然而，“碳中和”前路困难重重。首先，快速减少或停止化石燃料使用，是任何一个国家和政府目前暂时不能接受的方案；此外工业CO₂捕获和封存成本高，稳定性也存疑。目前比较可行的方法是通过植物光合作用进行碳捕获和碳埋藏，例如植树造林、植被保护、湿地保护等等。这是既可美化环境，也可封存生物碳的低成本方案。但这种方案面临一个难题，即植物捕获的CO₂所生成的有机物会在埋藏过程中发生降解，使得CO₂重返大气，成为无效碳封存或无效碳汇。

参考地质历史和现代泥炭分布可以发现：石炭纪作为显生宙最大的冰期，也是显生宙最大的碳封存期；而现代泥炭也主要分布在高寒地区。尽管低温环境不利于光合作用（碳捕获），但却是有利于积累生物碳（碳封存）的重要因素。

王伟团队的实验模拟研究发现，可以通过设计一种低成本的人造水体环境，既有利于光合作用，也有利于稳定碳封存，并给出了部分定量化的结构和技术数据。实验发现，通过限制水体表面流，光照区温度能够维持在15-30℃，生物光合作用可有效捕获CO₂；此时用障网破坏底层水体流速，可以创造出一个相对低温的有机物埋藏环境，有效减少光合作用产物的降解，使生物碳得以积累。实验数据显示该方案对水体溶氧分布影响有限，基本不会影响水生生物的生态环境。

本专利为强化水生生物固碳能力提供了一种新的思路，进一步的实际应用场景和商业技术方案还有待后续探索。该技术也有潜力用于治理小型湖泊的富营养化污染，将现有水体构建成既是青山绿水的美景，又是低成本碳封存的场所。

相关研究得到中国科学院、国家自然科学基金委、现代古生物学和地层学国家重点实验室经费支持。

水生生物固碳能力强化系统发明专利证书