近年、世界各国、企業、機関は「ネットゼロ」のCO2排出目標を設定し、炭素除去を呼びかけています。
CO2やその他の温室効果ガスの排出は、除去するのが困難で非常にコストがかかる場合があります。
新たな研究によると、CO2排出を炭素除去で相殺することは、CO2排出を回避する場合とは異なる気候の結果をもたらす可能性があります。
研究の執筆者である気候科学の教授キルステン・ツィックフェルトが、二酸化炭素の除去がCO2排出削減と等しく逆向きの関係にない理由を解説します。
近年、世界各国、企業、機関は「ネットゼロ」排出目標を設定し、気候変動対策の取り組みの一環としています。
地球の平均気温の上昇を止めるためには、二酸化炭素(CO2)の排出をゼロにする必要がありますが、地球の平均気温の上昇を止めるため、これはCO2が大気中に長く留まることと、海洋の反応が遅いことに起因しています。
しかし、「ネット」の側面はどうでしょうか。その論理は、CO2や、排除が困難または非常にコストがかかるその他の温室効果ガスの残留排出を、大気中のCO2を直接除去することと長期的な貯蔵によって相殺できるというものです。
これは次の方法で実現できます：自然の炭素「吸収源」を強化することにより大気中のCO2を除去します。例えば、植樹や泥炭地の回復、マングローブ林の保全などがあります。大気中のCO2を除去するその他の方法には、バイオエネルギー施設からのCO2回収や、大気中のCO2を直接回収し、地中や製品に貯蔵する工学的手法があります。
CO2排出とCO2除去を相殺する際によく置かれる前提は、「入れた1トンは出る1トン」、すなわち、CO2の排出と除去に対する気候システムの挙動が「対称的」であるというものです。
しかし、この前提はこれまで検証されておらず、小規模な排出と除去では妥当である可能性が高いものの、地球システムの非線形な性質のため、大規模な排出と除去では成り立たないと思われました。
新たな論文がNature Climate Changeに掲載され、私と同僚は、排出と除去に対する気候の反応は実際には「非対称的」であることを示しました。すなわち、CO2排出に対する炭素循環と気候の反応は、同じ規模のCO2除去と等しく逆向きではありません。
CO2排出と除去
私たちは仮説を検証するために、全球気候モデルを使用することにしました。これは中程度の複雑さを持ち、一部の気候システム構成要素は簡略化して表現され、完全な複雑さのモデルよりも粗い空間解像度で実行されます。
このクラスのモデルの利点は、実行が速いため、より多くの、より長いシミュレーションを行えることです。今回の場合の追加的な利点は、モデルがエルニーニョとラニーニャのような現象による大気の変動を表現しないことです。これにより、地球がCO2の変化にどのように反応するかについての「シグナル」を検出しやすくなります。
私たちは、炭素100億トンから5000億トン（ギガトン、またはGtC）の範囲のCO2排出と除去の瞬間的な「パルス」をモデルに与えました。これは現在の世界の年間CO2排出量の約10倍から50倍に相当します。現在の世界の年間CO2排出量。
瞬間的な排出と除去の適用は、実験を実行する「理想化された」方法ですが、気候と炭素循環の反応が排出または除去の速度とは無関係であることが示されているため、気候科学では標準的な手法です。私たちは、温度シグナルを検出可能にするために必要な最小の強制力であるため、最小のパルスサイズとして1000億トン（100GtC）を使用しました。本研究で使用したモデルのように大気の変動を除外している場合でも、結合した海洋・海氷・大気システムには依然として変動があるため、これは当てはまります。
これらのモデルシミュレーションに基づき、大気中のCO2濃度の変化は非対称的であることを発見しました。
これは下の図に示されています。図は、CO2の排出（実線の灰色線）または除去（破線の灰色線）200GtCに続く大気中CO2濃度の変化のシミュレーション例を示しています。青い線は両者の差を表し、わずかにプラスです。これは、排出に続くCO2濃度の上昇が、同じ規模の除去に続く低下よりも大きいことを示しています。
この非対称性は、CO2の排出または除去量が増えるほど大きくなり、排出と除去が1000億トン（100GtC）の場合の3%から、5000億トン（500GtC）の場合の18%に至ります（排出または除去から100年後の大気中CO2変化との比較）。
この発見は、大気中のCO2濃度を変えないようにするには、排出を相殺するために追加のCO2除去が必要であることを意味します。言い換えれば、同じ規模のCO2除去でCO2排出を相殺すると、そもそもCO2排出を回避する場合よりも大気中のCO2が高くなるということです。
大気中CO2濃度の非対称性は、陸域と海洋の炭素吸収源がCO2の排出と除去にどのように反応するかの違いに起因します。これらの吸収源の反応を決定するいくつかの主要なプロセスは線形ではありません。
例えば、CO2施肥効果（大気中CO2濃度が高まると植物がより多くのバイオマスを生産する効果）は、大気中CO2濃度が高いレベルでは飽和します。また、海洋が過剰なCO2を緩衝する能力（大気から追加のCO2を吸収する海洋の能力の鍵となるもの）は、大気中CO2濃度が高いレベルでは低下します。これらおよびその他の非線形プロセスのため、排出は、同じ規模の除去とは異なる大気中CO2濃度の変化をもたらします。
世界経済フォーラムは自然気候ソリューションについて何に取り組んでいますか？
世界は収束する環境危機に直面しています。自然破壊の加速と気候変動です。
自然気候ソリューション（NCS）は、炭素貯蔵を増やし炭素排出を減らす保全および土地管理プログラムへの投資であり、これら両方の危機に対処するための重要な方法であり、追加の環境面および社会面での便益を生み出します。
フォーラムの「自然とネットゼロ」報告書のために実施された研究は、NCSが2030年までに1.5°および2°の経路に到達するための気候緩和の3分の1をもたらすことができ、他の形態の二酸化炭素除去よりも低コストであるという推計を裏付けています。本報告書は、自主的炭素市場拡大タスクフォースの提言を基にしており、6つの行動を特定しています。これは、高品質なNCSの規模拡大を加速し、ビジネスリーダー、政策立案者、市民社会の共同の取り組みを通じて市場を開放するためのものです。
協力を促進するため、2019年にフォーラムと持続可能な開発のための世界経済人会議は協力して、自然気候ソリューション・アライアンスを設立しました。これは、NCSへの投資の機会と障壁を特定することを目的として、公共部門と民間部門のステークホルダーを招集するものです。
NCSアライアンスの加盟組織は専門的な知見を提供し、企業向け自然気候ソリューション（企業によるNCSクレジットの信頼性の高い利用に関する概要ガイド）の策定に協力しました。
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気温
地表温度はどうでしょうか。排出と除去に対する気温の反応には、この非対称性がより少ないことがわかっています。例えば、200GtCの排出または除去から100年後の気温の不均衡は2%ですが、大気中CO2では7%です。
その理由は、炭素循環の非線形性が、別の非線形プロセス、すなわち大気中CO2濃度の変化が地球の放射収支に与える影響によって補償されるためです。この影響は大気中CO2濃度が高いレベルでは低下します。その結果、大気中CO2排出量の増加は、同じ規模のCO2減少よりも放射効果が小さくなります。
下の図は、200GtCの排出（実線の灰色線）と除去（破線の灰色線）に対する地球全体の地表気温の反応を示しています。両者の差（青い線で示されています）は、気温の非対称性が大気中CO2濃度の非対称性とは符号が逆であることを示しています。つまり、排出に続く気温上昇は、同じ規模の除去に続く低下よりもわずかに小さくなります。
ただし、気温の非対称性の符号は、シミュレーションの実行に使用される気候モデルに依存すると考える理由があります。CO2の排出と除去に対する気温の反応は、前述のCO2の放射効果によって決まりますが、海洋による熱の吸収および気候フィードバックにも左右されます。これらのプロセスの組み合わせが炭素循環の反応の非線形性をどの程度補償するかは、モデルによって異なる可能性が高いです。
現実世界では
では、本研究で明らかになった非対称性は、現実の状況においてCO2排出と除去がどのように相殺されるかに影響を与えるのでしょうか。
本研究で使用された最大5000億トン（500GtC）の総排出量と除去量は、文献のシナリオと整合していますが、これらのシナリオにおける排出と除去は同時に発生し、CO2排出と除去が別々の「世界」で起きるわけではありません。
排出と除去を別々に適用した結果、私たちのモデルシミュレーションでは大気中CO2濃度が現実世界よりも強く乖離し、非対称性が増幅されています。
しかし、炭素循環と気候の反応はモデル間で大きく異なり、複雑な地球システムモデル群によるシミュレーションの予備分析では、炭素循環と気温の非対称性の大きさは、本研究で見つかったものよりも大幅に大きい可能性があることが示されています。
結論として、本研究の知見は、CO2排出とCO2除去を相殺することが、CO2排出を回避する場合とは異なる気候の結果をもたらす可能性があることを示唆していますが、この効果の大きさは依然として不確実であり、さらなる定量化が求められます。
