捕碳技術(shù)行不行？
近年來(lái)，一些氣候科學(xué)家，特別是像美國(guó)航天局的詹姆斯·漢森說(shuō)，這1百萬(wàn)分之385太高了，我們需要的不只是減緩二氧化碳增長(zhǎng)的速度，而且還要盡快收拾我們已造成的這個(gè)殘局。這項(xiàng)工作就像是在每100萬(wàn)根麥秸堆成的草堆中尋找385根無(wú)形、無(wú)色的針。我們找到并取走它們的機(jī)會(huì)能有多少？
許多科學(xué)家和工程師認(rèn)為，這幾乎是零。他們說(shuō)，要從空氣中消除二氧化碳完全是不可能成功的，因?yàn)檫@需要耗費(fèi)太多的能源。但這并沒(méi)有阻擋少數(shù)研究人員嘗試的腳步。他們爭(zhēng)辯說(shuō)，從空氣中捕獲二氧化碳不僅在理論上可行，很快還會(huì)成為一個(gè)對(duì)付全球變暖的實(shí)用武器?？傊?，他們認(rèn)為，不想法從大氣中清除二氧化碳是我們所不能承受的，這是人類(lèi)至關(guān)重要的最后一道防線。如果漢森是正確的，而且我們也無(wú)法再回到從前，再多的太陽(yáng)能發(fā)電和再高的能源效率也救不了我們。我們需要將二氧化碳直接從大氣中清除，而且要快。
捕獲二氧化碳并不困難。事實(shí)上，在不久的將來(lái)，我們就有可能將發(fā)電廠和工廠煙囪排放的大量二氧化碳進(jìn)行壓縮，并深深地埋在地下。2005年，政府間氣候變化問(wèn)題研究小組（IPCC）的一個(gè)特別委員會(huì)得出結(jié)論，這一碳捕獲和儲(chǔ)存（CCS）戰(zhàn)略很可能將對(duì)應(yīng)對(duì)氣候變化產(chǎn)生重要的作用。由各國(guó)政府和能源公司大力支持的整個(gè)CCS產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)像雨后春筍般地冒出來(lái)使之成為了現(xiàn)實(shí)。
但是，二氧化碳一旦泄露到露天，捕獲起來(lái)就要復(fù)雜一些。大氣中的二氧化碳含量大概是煙道中的百分之一，對(duì)此IPCC的結(jié)論是，就所耗費(fèi)的能源而言，從空氣中直接捕獲二氧化碳是得不償失的。
美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的克勞斯·拉克納卻提出了不同意見(jiàn)。他也是IPCC的成員之一，作為一名粒子物理學(xué)家，他多年來(lái)一直在致力于推動(dòng)從空氣中捕獲二氧化碳的技術(shù)。他制定了從空氣中消除二氧化碳所需的最低能源的理論值，并認(rèn)為IPCC的數(shù)字是錯(cuò)誤的。他說(shuō)，從空氣中捕獲二氧化碳確實(shí)要比從煙道中需要更多的能源，但兩者的差異并不大。
這個(gè)計(jì)算結(jié)果使拉克納深信，空氣濾清器是一個(gè)較實(shí)用的建議，但他并沒(méi)能說(shuō)服IPCC里的同行。為此，他意識(shí)到，他必須親手做一個(gè)出來(lái)。
拉克納也確實(shí)這樣做了。2008年年中，他和他的同事阿倫·萊特用塑料制成了一個(gè)從空氣中捕獲二氧化碳的濾清器，并獲得了專(zhuān)利。該設(shè)備每天能從穿過(guò)垂直塑料片間的空氣中搜集幾十公斤的二氧化碳。拉克納說(shuō)，如果給他兩年時(shí)間，加上2000萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，當(dāng)然現(xiàn)在并不容易得到，他就能建造出一個(gè)模型，每天可消除1噸的二氧化碳，正好裝滿(mǎn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱。拉克納認(rèn)為，這樣的設(shè)備很快將會(huì)引起那些不得不購(gòu)買(mǎi)二氧化碳排放配額公司的興趣，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的這樣的設(shè)備最終將會(huì)部署以從大氣中吸走二氧化碳，這有助于將我們從全球氣候變暖中拯救出來(lái)。
當(dāng)然，拉克納并不是唯一從事捕碳技術(shù)的人。加拿大卡爾加里大學(xué)以及瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)也都建造出了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的捕碳裝置。
甩掉管道的羈絆
如果說(shuō)人們對(duì)從空氣中捕獲碳的技術(shù)越來(lái)越關(guān)注，這全是因?yàn)槠錆撛趦?yōu)勢(shì)是如此之大。一方面，空氣濾清器可從任何地方捕獲二氧化碳，不論規(guī)模大小，包括汽車(chē)、飛機(jī)和供暖系統(tǒng)。這些設(shè)備產(chǎn)生了超過(guò)全球二氧化碳排放量的1/3，但要完全在排氣管或煙道中來(lái)進(jìn)行捕獲是不切實(shí)際的。更重要的是，排放出的二氧化碳會(huì)與空氣快速混合，各個(gè)地方的二氧化碳含量幾乎都是相同的，空氣濾清器就可以直接放在需隔離的地點(diǎn)。與此相反，對(duì)發(fā)電廠的二氧化碳捕獲往往要使用數(shù)百公里的管道。就像卡爾加里大學(xué)的大衛(wèi)·凱斯所說(shuō)的那樣，空氣捕碳技術(shù)和其他的能源經(jīng)濟(jì)是相脫離的。
3年前，凱斯和他的學(xué)生喬蘇阿·斯托拉洛夫建立了自己的第一個(gè)捕碳原型裝置，使用的是從燃煤電廠煙塵中去除二氧化硫的“噴霧塔”技術(shù)。像二氧化硫一樣，二氧化碳也是一種酸性氣體，可被氫氧化鈉堿性溶液吸收。
凱斯的裝置原型是一個(gè)內(nèi)襯聚氯乙烯的、高達(dá)4米的厚重卡板紙圓柱體。需要處理的空氣從頂端吹入，在那里用氫氧化鈉溶液對(duì)空氣進(jìn)行噴淋，氫氧化鈉和空氣中的二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)后形成碳酸鈉液滴。
這個(gè)全工濾清器也可裝配在飛機(jī)機(jī)庫(kù)，從一端用風(fēng)扇鼓入空氣穿過(guò)由天花板的噴嘴中噴出的氫氧化鈉薄霧。地板上的水渠將收集碳酸鈉溶液。
這個(gè)系統(tǒng)雖然能工作，但要耗費(fèi)巨大的能源。在這個(gè)過(guò)程的最后，碳酸鈉需被變回氫氧化鈉，雖然氫氧化鈉并不貴，但還沒(méi)便宜到能承擔(dān)得起只用一次就廢棄。這需要一個(gè)加熱到900°C的爐子。凱斯認(rèn)為，他能將所需的能源減半，削減捕獲并吸收二氧化碳的整體成本至每噸100美元左右。雖然這要比污染者根據(jù)歐盟排放控制計(jì)劃支付的罰款高出很多，但一旦各國(guó)政府嚴(yán)肅對(duì)待氣候變化，罰款也許就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是目前的數(shù)目了。
凱斯承認(rèn)，空氣濾清器永遠(yuǎn)不可能是解決全球氣候變化問(wèn)題的最經(jīng)濟(jì)方式，但他認(rèn)為我們也許不管怎樣都得使用他們。
在凱斯忙于調(diào)整其現(xiàn)有技術(shù)的同時(shí)，其他研究人員也在尋求更創(chuàng)新的技術(shù)。在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）專(zhuān)長(zhǎng)研究太陽(yáng)能技術(shù)的艾爾多·施泰因菲爾德，在參觀了拉克納的研究所后，對(duì)空氣濾清器表現(xiàn)出了極大的興趣。他說(shuō)：“我們決定，將用太陽(yáng)能技術(shù)來(lái)做到這一點(diǎn)。”
巧用陽(yáng)光來(lái)除碳
ETH的概念是一個(gè)改良型的能源發(fā)電技術(shù)，稱(chēng)為集中太陽(yáng)能發(fā)電，主要應(yīng)用于世界各地的沙漠地區(qū)。這樣的發(fā)電站包含日光跟蹤鏡，這些鏡子可將日光聚焦產(chǎn)生蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。施泰因菲爾德解釋說(shuō)：“我們將鍋爐移走，然后將太陽(yáng)能反應(yīng)器放在那里，這樣，我們就能將二氧化碳從空氣中去除。”
施泰因菲爾德的反應(yīng)器是一個(gè)裝滿(mǎn)氧化鈣顆粒的透明管子。桌上型版本中的管子只有幾厘米高，并用弧光燈代替日光。當(dāng)管子被加熱到400℃時(shí)，與少量蒸汽混合的空氣被泵入，并由下而上地穿過(guò)這些顆粒。在這樣的溫度條件下，氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣。施泰因菲爾德說(shuō)：“當(dāng)空氣離開(kāi)時(shí)，那里就沒(méi)有二氧化碳了。我們可將1百萬(wàn)分之385的二氧化碳含量幾乎變?yōu)榱恪?#8221;
在不到15分鐘的時(shí)間里，顆粒大多轉(zhuǎn)化為碳酸鈣。此時(shí)，施泰因菲爾德關(guān)閉進(jìn)氣閥，加強(qiáng)了光度，將反應(yīng)器中的溫度提高到800℃。這可將二氧化碳作為一股純氣流分離出來(lái)，并被送去隔離，用以把碳酸鈣轉(zhuǎn)化為氧化鈣。研究人員已將他們的反應(yīng)器運(yùn)行了5個(gè)吸收和釋放的循環(huán)，而性能并無(wú)下降。施泰因菲爾德認(rèn)為他的裝置可按比例放大，從大氣中去除大量的二氧化碳，但他尚不清除去除每噸二氧化碳的成本是多少。
利用日光將二氧化碳從空氣中去除，明顯要比凱斯的爐子具有優(yōu)勢(shì)。但是，拉克納認(rèn)為，如果你打算要將沙漠充滿(mǎn)太陽(yáng)能聚光器，這可能要比只是將日光變?yōu)殡娏Ω攮h(huán)境意義。
拉克納的策略是要降低從空氣中帶走二氧化碳所需的能源使用量。他和他的同事嘗試了各種不同的設(shè)計(jì)，但是這些設(shè)計(jì)的核心是離子交換樹(shù)脂，這是一種可浸漬在氫氧化鈉中的聚合物。鈉離子緊密附著于聚合物，但氫氧化物是松散的，很容易被二氧化碳取代，二氧化碳跟鈉結(jié)合就會(huì)形成碳酸氫鈉。拉克納說(shuō)，卡爾加里的裝置基本上也是基于同樣的化學(xué)原理，但由于樹(shù)脂片的表面積要大得多，因此反應(yīng)也要快得多。
這種樹(shù)脂還有第二個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：潮濕時(shí)會(huì)變形，降低了其與二氧化碳的親和力。拉克納說(shuō)：“這樣，我們只需加些水，就可以推進(jìn)二氧化碳的吸收。”
卡爾加里大學(xué)和瑞士理工學(xué)院的空氣濾清器需要900℃的溫度才能再生其二氧化碳吸收材料，但拉克納的設(shè)計(jì)在40℃的條件下就能做到這一點(diǎn)。拉克納正在對(duì)極少量的能源進(jìn)行處理，不過(guò)處理每噸二氧化碳的成本到底有多少，他還沒(méi)有作出詳盡的分析。
但他認(rèn)為，該項(xiàng)技術(shù)將廉價(jià)到足以適于商業(yè)化應(yīng)用。水果和蔬菜種植者經(jīng)常在溫室中利用大量的二氧化碳來(lái)使空氣富營(yíng)養(yǎng)化，生產(chǎn)每噸產(chǎn)品需要額外支付300美元的成本。拉克納認(rèn)為，將其空氣濾清器直接連到溫室就可以大幅降低生產(chǎn)成本。
微型溫室
拉克納的示范裝置其實(shí)就是一個(gè)大約1米長(zhǎng)的微型溫室。一端附有裝滿(mǎn)離子交換樹(shù)脂的塑料管，它可以吸收空氣中的二氧化碳。當(dāng)大部分氫氧化鈉樹(shù)脂轉(zhuǎn)換成碳酸氫鈉時(shí)，拉克納就排空管子，將管子插入溫室中的潮濕空氣中，此時(shí)二氧化碳可快速釋放到溫室中。該裝置每天可產(chǎn)生1公斤左右的二氧化碳，這將轉(zhuǎn)化為溫室中番茄植株的生物量。
油氣公司也常成噸地購(gòu)買(mǎi)二氧化碳來(lái)沖刷廢棄油田中的石油。拉克納估計(jì)，濾清器每天捕獲的二氧化碳達(dá)到1噸之時(shí)，也就是他的濾清器在油氣和園藝市場(chǎng)大展宏圖之時(shí)。但他此刻必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)是：等待風(fēng)險(xiǎn)資本來(lái)建立一個(gè)日產(chǎn)1噸二氧化碳的原型裝置。由于缺乏投資，一家準(zhǔn)備將其成果進(jìn)行商業(yè)化的小公司最近終于關(guān)張了。
使用空氣捕獲技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化正面臨著巨大的經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。只有等到政府為碳投資設(shè)置一個(gè)合理的價(jià)格，該項(xiàng)技術(shù)才能起飛。如果這樣的情況一旦成為現(xiàn)實(shí)，就可能開(kāi)辟出一個(gè)新的潛力巨大的市場(chǎng)：從稀薄的空氣中合成燃料。凱斯說(shuō)，將捕獲的二氧化碳和氫混合就可以制作出燃料。從空氣中捕獲二氧化碳制作的燃料不會(huì)導(dǎo)致凈排放量，因?yàn)樗麄冡尫诺亩趸急旧砭蛠?lái)自空氣。
當(dāng)然，希望還在。如果我們能及時(shí)大規(guī)模轉(zhuǎn)換到太陽(yáng)能、風(fēng)能和核能，那么避免氣候危機(jī)還為時(shí)不晚。但是，如果做不到這一點(diǎn)，空氣濾清器也許可以成為最后關(guān)頭的生命線。不過(guò)，這也將是一件艱巨的任務(wù)。按照目前的排放量，我們將需要每天2000萬(wàn)噸吸收量的濾清器裝置，才能吸收運(yùn)輸部門(mén)排放的二氧化碳。
1百萬(wàn)分之385：這就是我們現(xiàn)在大氣中的二氧化碳含量。雖然這比人類(lèi)將事情弄糟前只增加了1百萬(wàn)分之100，但極地的冰蓋已開(kāi)始融化，氣候模式正在發(fā)生變化，植物和動(dòng)物正在向兩極遷徙以找到舒適的存活區(qū)域。如何處理大氣中的二氧化碳成了全球關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。
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