海洋负排放技术及“人工灰尘”耦合技术概念

　　海洋负排放技术及“人工灰尘”耦合技术概念

　　1.引言

　　人类活动排放的大量CO2被认为是全球气候变化的重要因素。为应对这一挑战，国际社会已就实现“碳中和”的必要性和紧迫性达成了普遍共识。为了实现《巴黎协定》的目标，即把全球平均气温升幅控制在工业化前水平2℃之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平1.5℃，除了加快能源转型和逐步淘汰化石燃料外，还迫切需要大力发展负排放技术，以去除难以减排的CO2份额。以中国为例，预计到2060年仍有29.6亿~37.4亿t的碳排放需要利用负排放技术进行中和。以往的负排放技术思路主要围绕陆地开展，包括植树造林等。但因全球人口以及对粮食需求的增长，陆地资源越来越稀缺，单靠体量有限的陆地增汇很难实现碳中和。而海洋作为地球上最大的活跃碳库，正日益成为负排放技术研发和投资的热点。

　　海洋吸收了人类活动排放的约30%的CO2，并将其存储在海洋中达数千年，在全球碳循环中发挥着显著的碳汇效应。目前国际上对海洋碳汇关注较多的是海岸带蓝色碳汇，即红树林和海草等与陆地植被碳汇类似的形式。但海岸带面积有限，其碳汇的总量无法匹配碳中和所需的巨大负排放量。因此需要利用更广阔的海洋及其巨大的碳汇潜力，开发更多的海洋负排放技术路径。海洋负排放技术研发的思路主要围绕提升海洋初级生产力以及利用海洋进行地质封存等开展。中国科学家提出的“海洋微生物碳泵（MicrobialCarbonPump，MCP）”理论突破了经典的有机碳沉降和埋藏理论，指出惰性溶解有机碳（RecalcitrantDissolvedOrganicCarbon，RDOC）的形成是海洋从固碳到储碳的关键环节，为今后更加高效的负排放技术研发提供了更精确的理论指导和方向引领。现有的负排放技术主要包括渔业碳汇、陆海统筹、海底地质储存、人工上升流、碱度提升以及人工施肥（包括铁施肥）等。不同的技术路线各有其优势和特色，固碳—储碳的原理多有交叉，也各有其局限和技术上的不足。其中铁施肥等涉及人为投加外源物质的技术路线提出的较早，原理明确且单一，已有了较多的研究及测试。结果表明其虽能显著提升海洋初级生产力，但固碳—储碳转化过程不明确，潜在储碳效率低，加之其对生态环境影响的不确定性，这一技术路径的发展遇到了瓶颈，亟需通过转型升级为海洋负排放技术提供更多路径选择。本文在概述海洋固碳—储碳主要机制及主要海洋负排放技术路径的基础上，具体就利用“人工灰尘”耦合铁施肥以及增强风化等多技术路径的可能性进行了探讨，可为后续海洋负排放技术的研发提供参考。

　　2.海洋固碳—储碳主要机制

　　海洋作为地球表面的主要水体，其面积占地球表面积的71%，储存了地表93%的CO2，理论储碳量为38400Gt，约为土壤碳库理论储碳量（约2500Gt）的15倍。在整个地球的碳储存中，岩石圈储存了99.9%的碳，是地球上最大的碳库，然而，除了近代化石燃料的人为开采以外，岩石圈中的碳通常被认为是不活跃的，很少参与生物地球碳循环。海洋每年净初级生产力约为530亿t碳，海洋中溶解的无机碳总量是大气的50倍，是地球上最大的活跃碳库。海洋吸收大气CO2方式可以分为被动和主动2种。被动方式指当大气CO2分压大于海水CO2分压时，大气中的CO2在分压差的驱动下进入海洋，以溶解性无机碳（DissolvedInorganicCarbon，DIC）的形式存在，这种吸收机制又被称为

　　“溶解度泵”。海水中的碳酸氢根（HCO）、碳酸根（CO-）及碳酸（H2CO3）平衡体系和碳酸盐的析出与沉降构成“碳酸盐泵”，其中的碳酸盐沉积是一种储碳机制。

　　“生物泵”则是一种更为主动的方式，主要依赖海洋中的浮游生物，特别是藻类的光合作用，将无机碳转化为有机碳。同时海水CO2分压降低，进一步促进海水吸收大气中的CO2。海洋“生物泵”的固碳量巨大，其每年净初级生产力约530亿t碳。然而，固碳不等同于储碳。随着浮游生物的代谢、死亡及有机碳的再矿化等作用，大量“生物泵”固定的碳可被再次转化为无机碳，并以CO2的形式再次释放到大气中。仅有极低比例的难以被降解的有机碳以溶解态或颗粒态的形式在海水中进行较长时间（4000~6000年）的储存。

　　海水中95%的有机碳是溶解性有机碳（DissolvedOrganicCarbon，DOC），其碳储量与大气中的CO2规模相当。而DOC中难以被微生物降解的RDOC约占到了95%。部分异养浮游细菌将DOC转化为RDOC的过程又被称为MCP，这是“生物泵”从固碳到储碳转化的重要一环。随着有机碳的进一步沉降，其会逐渐进入到沉积物中并随着一系列的生物地球化学过程实现地质埋藏。在远海中，能进入沉积物的颗粒有机碳（ParticulateOrganicCarbon，POC）仅占海洋初级生产力的0.1%。而到达表层沉积物的有机碳中，超过70%将在早期成岩过程中被矿化，主要是通过微生物的降解作用实现。只有不到30%的有机碳能够埋藏到深层沉积物中。沉积物中有机碳的降解速率取决于其生物可获得性（bioavailability），主要受控于有机碳自身组分活性以及与固相矿物（如铁矿物等）的结合方式及其程度。

　　整体来看，海洋“生物泵”固碳量极大但储碳效率不高。为了提升海洋蓝色碳汇，除了增强海洋的初级生产力外，还应最大限度地促进CO2的“牢笼”——RDOC的生成，使生物泵固定的碳进入慢速循环，同时加速有机碳的沉降并促进其在沉积物中的埋藏。

　　3.海洋负排放技术主要路径

　　围绕海洋的负排放技术主要包括渔业碳汇、陆海统筹、地质封存、人工上升流以及涉及人为物质投加的增强风化与铁施肥等。

　　3.1渔业碳汇

　　相对于陆地植物和土壤生境固定的“绿碳”，联合国《蓝碳报告》把由海洋生态系统（主要包括海岸带）吸收固定在海洋中的碳定义为“蓝碳”，其约占全球每年生物固碳总量的55%。在广义上，海岸带蓝碳生境包括盐沼湿地、红树林和海草床等海岸带高等植物，以及浮游植物、藻类和贝类生物等。海洋渔业碳汇作为“蓝色碳汇”的关键组成部分，不仅是海水和淡水生态系统中重要的“可移出碳汇”，

　　同时也具有巨大的产业化潜力。

　　作为全球最大的海水养殖国家，中国在贝藻类养殖所带来的渔业碳汇研究方面有着丰富的经验。养殖生物多以不投饵、低营养级的大型藻类和滤食性贝类为主，养殖结构相对稳定，产量高、规模大、种类丰富，营养层次多样，生态效率高，海洋负排放的发展潜力巨大。大型藻类作为初级生产者，通过光合作用将海水中的无机碳转化为有机碳，同时吸收营养盐以构建自身的结构物质。藻类生长过程中产生的碎屑有机碳可以成为其他生物的食物来源，或通过沉降作用沉积于海底，而DOC和POC可以形成RDOC长久地储存在海水中。而滤食性贝类则能够直接将海水中的碳酸氢根转化形成碳酸钙贝壳，同时滤食水体中的POC合成自身物质，增加生物体中的碳含量，而未被利用的有机碳则通过粪粒和假粪粒的形式沉降到海底，加速向海底输送有机碳。

　　建设海洋牧场是增加渔业碳汇的重要途径之一，通过在特定海域采取人工鱼礁和增殖放流等措施，可以复建原有种群和群落，从而实现渔业资源可持续利用的渔业模式，有助于建立稳定长效的生态系统碳汇区。然而，全球气候变暖、极端天气增加以及海洋酸化等自然因素和过度捕捞等人为因素都会制约渔业碳汇技术的发展，且渔业碳汇的计量和监测目前尚缺乏精准的计量监测技术，需加强碳足迹研究以更好地评估渔业碳汇效应。

　　3.2陆海统筹

　　由于过量的人为陆地养分输入，中国近海水域氮、磷营养盐常常过剩，除了引发水体富营养化和赤潮外，还会对碳的储存造成负面影响。这是因为过量的陆源营养盐输入会促进异养微生物对DOC的降解，加剧呼吸作用，甚至超过了营养盐带来的初级生产力的提高，导致河口生态系统往往成为了大气CO2的“源”。相反，氮、磷等营养盐的限制有利于微型生物积累碳，产生难以降解的RDOC，使固定的碳进入慢循环。因此，通过实施陆海统筹工程，科学安排陆地上的化学施肥，可以减少近海水域的营养盐输入，从而增强海域内微型生物碳泵的作用，更好地将陆源输入的有机碳长期地封存在海洋中，推动近海水域转变为CO2的“汇”。

　　3.3海底碳储存

　　碳捕获和储存（CarbonCaptureandStorage，CCS）是一种将煤炭或天然气发电厂等大型工厂产生的CO2在释放前捕获，然后将其注入地下或海底的岩层、废弃的天然气矿层或油田等，通过生成碳酸盐矿物从而实现CO2地质封存的技术。海底碳储存因具有安全性高、环境风险小以及封存潜力大等优点，在国际上受到广泛关注。据自然资源部中国地质调查局测算，中国海域有着巨大的CO2储存潜力（约2.58万亿t），其中沉积盆地级（评价达到一级构造单元）CO2总封存潜力可达1.5万亿t，可为国家碳达峰碳中和目标的实现提供重要支撑。但中国相关的工程实践却很有限，海底CCS技术仍处于早期研究阶段。依据国际相关的发展经验，未来应进一步加快对中国海底CCS地质条件和封存潜力的评价；加速海底CCS国家示范工程的启动；推动出台海底CCS产业和绿色金融相关政策，例如技术和财税激励政策等。

　　3.4人工上升流

　　在大部分海域中浮游植物的生长繁殖受到氮、磷和铁等营养物质的限制。利用海洋工程装置，通过人工上升流持续地将富含营养盐的低温深层海水输送至海洋表面的真光层，增加海洋纵向的流场，提升总营养盐浓度，调节改变海洋中营养盐的分布盈缺，调整氮、磷、硅和铁的比例，从而产生施肥效果，促进浮游植物生长，使其吸收更多的CO2，进而增加上层海洋的碳吸收。当浮游植物死亡，其生物量沉入深海时，封存的碳可以在深海储存1个世纪或更长时间。因为人工上升流技术无需向海洋中添加外源物质，所以其对海洋生境造成不良风险的可能性较低，或许是一种较为安全的海洋碳增汇技术手段。目前已有的海洋人工上升流技术包括人工鱼礁式、水泵式、波浪泵式、温盐泵式、气力提升式（分为气幕式、气举式）和差热式等。其技术难点在于如何实现设备在复杂多变的海洋中稳定、可靠、安全的持续运作。未来还需要深入探究温度、pH值、营养盐和含氧量等人工上升流关键参数与海洋初级生产力之间的关系，进一步优化提升人工上升流技术效率。

　　3.5增强风化与碱度提升

　　自然风化过程是在整个地球史上捕获大量CO2的主要非生物过程。地表硅酸盐矿物在含溶解性CO2的弱（碳）酸性水的作用下发生化学风化，通过释放的钙等阳离子与碳酸盐形成矿物，从而将大量CO2安全、长久地储存。在硅酸盐岩/矿物风化的整个过程中，固定的CO2大于其释放量，故可实现“净碳汇”。同时，风化过程产物能有效提升海洋碱度，从而增强海洋吸收CO2的能力。增强风化（enhancedweathering）技术就是基于这一自然原理，即通过人为的投加破碎后的富含钙、镁的硅酸盐岩石（如玄武岩和辉长岩等）到海洋或陆地中，利用其风化过程实现对CO2的净吸收，同时进一步提升海洋碱度，缓解因大气CO2浓度升高而引发的海洋酸化进程。增强风化的过程伴随着矿物溶解产物（Si、Ca、Mg、Fe和Ni等）的释放，可改变水体营养元素组成，进而影响海洋的初级生产力。而海洋碱度提升（oceanalkalinityenhancement）则通过直接添加碱性物质来提升海水碱度，降低海洋表层CO2分压，促进海洋吸收大气中的CO2。相较于增强风化，海水碱度提升的固碳量评估更易做到。Bach等基于国际上的多次实验结果，总结评估了可用于增强风化及海水碱度提升的主要矿物的潜力，以Ca或Mg氧化物或硅酸盐为主。因为Ca和Mg在海水中的本底浓度很高，所以向海洋表面添加矿物对这些金属浓度造成的改变程度很小。目前，有关增强风化与碱度提升的定量固碳能力研究较少，尤其是场地试验非常有限且实验面积较小，且如何计算其固碳速率与固碳量尚缺乏统一标准，需要更充分的研究来进一步规范此类技术路线。

　　3.6铁施肥

　　浮游植物是海洋固碳的重要途径，通过添加营养物质促进浮游植物生长以吸收更多的CO2成为了一条潜在的技术路径。氮和磷作为常量营养元素，浮游植物对其需求较大，利用其进行海洋施肥成本极高。铁作为浮游植物生长所必须的微量元素，被广泛证实能有效地刺激藻类生长，提高海洋初级生产力。同时研究发现海洋中存在着大量高营养盐、低叶绿素的海域，其初级生产力受铁这种微量营养元素的限制。基于此，Martin等提出了著名的“铁假说”（ironhypothesis），即可通过向高营养盐低叶绿素（High-Nutrient，Low-Chlorophyll，HNLC）海域添加铁元素，促进浮游植物生长以增强对大气中CO2的吸收。围绕这一假说，近年来科学家分别在赤道太平洋、南大洋和北太平洋等高营养盐、低叶绿素海域进行了13次中尺度规模的海洋人工铁施肥（aOIF）实验。实验证实了投加铁盐可以促进海洋初级生产力，改变海洋中浮游生物的群落结构，促进硅藻等种群生长。但其对于提升海洋储碳能力的真实效果还有待进一步研究证实。且前期的人工铁施肥实验主要使用的是硫酸亚铁（Fe2SO4·7H2O），其可溶且生物利用度高，但在温暖且氧气充足的海水中极易被迅速氧化，从而生成难以被浮游生物使用的铁氧化物。如何提高添加铁盐的稳定性和生物可及性，以及更好地评估其真实的储碳效率，将是推进这一技术路径的重要研究方向。

　　4.基于“人工灰尘”的耦合技术路径探讨

　　4.1传统“灰尘”组分概述

　　现代观测表明，亚洲大陆含有铁和硅等营养元素的灰尘在高空大气环流的输送下，可促进西北太平洋地区海洋的初级生产力，强化其固碳能力。在地质历史时期尺度上，近期的研究也发现北太平洋铁的输入量在中更新世气候转型期后大量增加，潜在地改变了浮游植物种群结构并提升了生物质的埋藏，促进了大气中CO2的消耗，进而改变了全球气候。因此，通过人为的强化“灰尘”输入可潜在地改变浮游植物种群结构，提高海洋初级生产力，并增强海洋固碳及储碳的能力。在海洋负排放技术思路中，“灰尘”这一概念已被运用于基于粉碎自然矿物的“岩石灰尘”（rockdust）以及铁施肥路径中的“铁尘”（irondust）等表述中。基于增强风化理论的“岩石灰尘”多采用硅酸盐岩/矿物粉末，如橄榄石、蛇纹石、钙长石和辉石等，其溶解释放的Ca2+等碱性阳离子与HCO结合形成碳酸盐矿物，从而实现碳的长期封存。“岩石灰尘”目前多运用于农田和森林，在海洋或海岸带生态系统中应用较少。其中重金属元素含量较低的玄武岩等硅酸盐岩石多适用于农田，而高纯度的、富含铁元素的橄榄石等硅酸盐岩石则多应用于海洋。橄榄石在提升海洋碱度的同时还能释放铁等营养元素，产生显著的施肥效应。玄武岩虽然在风化速率上低于橄榄石，但其在中国储量丰富、分布广泛，是作为“岩石灰尘”在经济上的较优选择。而为了进一步提升矿物风化速率，目前多采用球墨等粉碎方法减小矿物粒径。虽然矿物粒径越小，风化速率越快，封存CO2的效率越高，但与此同时材料制备产生的碳排放也越高，成本也越高。因此，存在一个在经济及固碳效率等多方面平衡下最优的矿物粒径选择。

　　相较于“岩石灰尘”，“铁尘”在海洋负排放技术中的研究和讨论起步更早。前期多次的海洋铁施肥实验已证实了铁的确可以促进浮游植物的生长繁殖，但最终具有储碳效力的RDOC的产量及沉积物埋藏量仍不清楚。早期研究使用的硫酸亚铁稳定性差，投加到海水后会迅速氧化并形成难以溶解的铁氧化物，大大降低了铁施肥的效率。此外，集中且过量的铁投放会造成浮游植物短时间内的爆发式增长，打破氮、磷等营养元素循环的平衡，对整个区域生态系统造成影响。正是基于对生态环境安全的考虑及对公众关注的回应，2008年5月，《生物多样性公约》第九次缔约方会议（ConferenceoftheParties，COP）通过了关于“生物多样性与气候变化”的第IX/16号决定，同年11月，伦敦公约与伦敦议定书缔约方会议（MOP）通过了关于管制海洋生态系统的第LC-LP.1（2008）号决议，对大规模的海洋铁施肥活动进行了限制。但气候变化威胁加剧，极大地提高了我们对负排放技术的需求，铁施肥这一潜在的高效技术路径再一次受到关注。美国科学院在2021年重新组织专家评估后认为应该将海洋铁施肥列为优先发展方向。但传统的直接投加硫酸亚铁的方式效率较低，难以满足新的需求，亟需更多的理论研究以实现“铁尘”模式的转型升级。

　　总体来说，上述“岩石灰尘”和“铁尘”等技术思路多基于单一组分的简单投加。由于材料特性和投加方式的局限，存在持续时间短、瞬时生态影响大以及储碳效率低等不足。其主要技术原理都涉及向海洋投加外源物质，理论上可通过对投加组分及投加手段的复合优化，实现多技术路径的耦合，增强海洋负排放技术的效率。结合已有文献和系列专题学术研讨会内容，我们将这一潜在的耦合技术路径称之为“人工灰尘”（artificialdust）。

　　4.2“人工灰尘”耦合技术思路

　　“人工灰尘”耦合技术思路以增加海洋储碳量（而非固碳量）为导向，拟通过对投加组分的工程改良/复合以及投加方式的优化，长效、可控地促进RDOC的产生，并结合增强风化技术，加速有机碳的沉降/埋藏与海水碱度的提升，综合提升海洋的碳汇效应。

　　“人工灰尘”耦合技术具体包括2个主要步骤：首先是基于人工施肥技术的“一级灰尘”，其主要技术目标是提高海洋初级生产力，并利用藻类对有关微量元素种类及比例的特异性响应，调控藻类种群结构，促进较难降解的生物质的形成，最终提升RDOC产量。“一级灰尘”主要以铁基耦合物为主，同时复合铝等其他微量营养元素。在大陆边缘海，尤其是受海水养殖等人类活动影响的海域，铁并不是限制藻类生长的因素，进一步提高铁的浓度也无法显著提升海洋初级生产力。但近期的研究发现当铁浓度在0.1~0.8mg/L时，与铁浓度相比，铁的有机配体种类对藻类生长及种群结构的影响可能更为显著。此外，还有研究发现铝可以增强硅藻的净固碳能力，增加生长期硅藻细胞大小，细胞碳含量和密度，抑制硅藻降解产生的POC的进一步矿化。这些研究结果表明我们可通过控制铁的有机配体种类及复合铝等微量营养元素，来调节“人工灰尘”对藻类种群及其固碳能力的作用效果，促进海洋藻类储碳能力的提升。同时可进一步拓展“人工灰尘”适用的海域，调节受人类活动污染海域的浮游植物种群结构，具有潜在的污染治理协同效应。在投加方式方面，拟结合缓释装置、中尺度涡流或无人机高空播撒等手段，提升“人工灰尘”的作用范围和时效，控制人工手段对原生生态系统的干扰强度。

　　其次，在浮游植物死亡和降解过程中，基于增强风化原理投加“二级灰尘”，主要以易风化且具有净碳汇效果的硅酸盐岩（如玄武岩、橄榄石）等矿物粉末为主。“二级灰尘”可增加表层海水碱度，加强海水对CO2地吸收，并减少因藻类有机碳有氧矿化而导致的海—气界面CO2的释放。矿物化学风化过程中释放的钙、镁和铁等离子能加速藻类及有机质的团聚与沉降。有机质的团聚可降低其微生物可获性性，并延缓其矿化速率。而更快的沉降速度使得有机碳再矿化发生在海水更深处，从而能降低海—气界面CO2的释放，并显著提高海洋对CO2的净吸收。此外，有机质的加速沉降也将增强有机碳向沉积物的输入通量，而有机碳与部分矿物（尤其是铁矿物）的结合也会显著降低其生物可获得性，从而共同促进有机碳在沉积物中的埋藏。近期也有学者提出将SiO2和CeO2等工程纳米颗粒（EngineeredNanoparticles，ENPs）用于海洋固碳。其生物可利用性高，且能够促进海洋中的浮游植物和细菌释放出富含多糖的阴离子胶状胞外聚合物（ExtracellularPolymericSubstances，EPS），从而加强藻类的聚合促进海洋凝胶和“海洋雪”（marinesnow）的形成。此类工程纳米材料也可成为“二级灰尘”的有效组分。

　　相较于传统的海洋铁施肥，“人工灰尘”耦合技术将有效提高铁元素在表层海水中的停留时间及作用效果，并进一步利用藻类对不同种类铁及微量营养元素的特异性响应，有效提升藻类的储碳效应。同时后续的“二级灰尘”将减少藻类有机碳迅速矿化所带来的CO2再释放，进一步提升海洋的净碳汇。需要指出的是，这一耦合技术在实施层面比人工施肥（包括铁施肥）和增强风化等单一技术路径更为复杂，操作成本也更高，且相关技术理论还存在一定的不确定性，需要更多的研究以进一步证实。但“人工灰尘”耦合技术对现有负排放技术所能带来的巨大提升，使其具有极高的研究和应用价值，值得进一步探索。

　　4.3“人工灰尘”具体组分优化路径

　　“人工灰尘”技术的核心在于其组分的选择与改良。对于以增加RDOC产量为技术目标的一级“人工灰尘”，主要存在2种优化改良路径：第一条路径是出于克服传统铁施肥采用的硫酸亚铁稳定性差和利用效率低等缺点，通过合成铁的有机配体耦合物来提高二价铁在表层海水中的稳定性和停留时间，同时提升其生物可获得性并调节藻的种群结构。部分有机配体已被证实可介导三价铁的光还原，减缓二价铁的氧化及沉淀速率。潜在的有机配体包括溶解态天然有机质、EPS和微藻生物质等复合有机配体，也包括水杨醛肟、2-（2'-噻唑基偶氮）对甲酚、二氟草酸硼酸和乙二胺四乙酸（EthyleneDiamineTetraaceticAcid，EDTA）等单体有机配体。基于铁—藻交互作用的有机配体的选择还缺乏机理上的系统研究，这也将是今后“人工灰尘”组分研发的重点。第二条一级“人工灰尘”组分的优化路径是复合其他微量营养元素，来进一步增强“人工灰尘”对海洋藻类的作用效果。随着理论研究的深入，铝和硅等营养元素也被发现对藻类的生长和储碳能力有着显著的影响，通过在铁基耦合物的基础上复合这些微量营养元素，能拓展“人工灰尘”对海洋藻类的影响方式及作用强度，多途径提升RDOC产量，强化一级“人工灰尘”整体的作用效率。

　　二级“人工灰尘”，主要用于促进有机质团聚和沉降，提升沉积物埋藏效率，同时提升海水碱度，加强表层海水对CO2的吸收。其可基于以下2条路径进行组分的优化：第一条路径主要通过优化传统硅酸盐矿物粉末（如橄榄石、蛇纹石和辉石等）的粒径及播撒方式，提升其风化速率及在表层海水的停留时间。研究表明更小的粒径可加速矿物风化，并增加其在水中悬浮停留时间，但同时意味着更高的成本及能源消耗（碳排放），需综合考虑研发具有最高效益的矿物粉末。第二条路径主要是开发新的材料。除了前面提到的SiO2和CeO2等成本较高的工程纳米颗粒，我们也可开发粉煤灰和钢渣等具有碱度提升功能的工业废弃物，在固定CO2的同时解决部分固废处置问题。以粉煤灰为例，其全球年产量约7.5亿t，十分难以处置。同时，粉煤灰中含有丰富的CaO、MgO、Al2O3和SiO2等成分，是二级“人工灰尘”的理想材料。我们可通过深入研究粉煤灰在海水中的反应过程，为我们安全利用这一材料打下理论基础，同时丰富二级“人工灰尘”的种类选择和成本。

　　5.“人工灰尘”耦合技术展望

　　围绕海洋的负排放技术正处于快速发展阶段，有着巨大的市场需求和潜力。“人工灰尘”作为一种耦合的技术路径目前仍处于概念阶段，还需要大量的研究来进一步证实和优化。相较于传统的铁施肥和碱度提升等单一技术路线，“人工灰尘”技术可通过对投加组分的改良和投加方法的优化，实现已有技术的全面升级，提升储碳的综合效率。在以提升RDOC产量和加快有机碳埋藏速率的导向下，通过微调浮游植物种群结构，减少大规模刺激藻类生长，能有效控制工程手段对生态系统的影响程度。利用铁基耦合物种类而非浓度的技术思路将减少材料用料和成本，同时拓展技术的应用区域，使其适用于近海等受人类活动严重影响的海域，减少在高营养盐低铁的部分高纬度海域的施用。这一转变既能有效降低生态风险，又具有潜在的环境污染治理效应。

　　“人工灰尘”技术下一步发展的关键是厘清不同铁基耦合物对藻类种群结构以及RDOC产量的影响。目前相关研究还不够全面，缺乏系统的对比和评估。未来的研究需要首先搞清藻类对铁的吸收机制，发掘不同藻类对铁吸收机制的差异性。在此基础上，大范围调查研究经济合理的铁基耦合物对藻类种群结构的改变效果，进一步评估较难降解的RDOC的形成过程与最终产量。通过对上述关键科学问题的逐步解答，“人工灰尘”的组分设计理论将得到进一步丰富，促进这一技术向实际的工程应用迈进。

　　摘自《地球科学进展》2023年12期