捕捉二氧化碳，一粒很贵的“感冒药”

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　　捕捉二氧化碳，已经到了实操阶段。|图虫创意
　　来源 | 科普中国-未来耀科学
　　在应对气候变化的全球挑战中 ，减轻碳排已经成为世界共识。然而现代工业不可能离开碳排放，一味强调减排可能导致正常生产受影响。如何遏制气候变化？主动出击“捕捉”二氧化碳，可能是一个必要手段。碳捕捉具体怎么实现？目前做到哪一步了？
　　在2021年4月22日的科普中国-未来耀科学“世界地球日”特别直播中，中国石油大学非常规科学技术研究院教授彭勃，和北京工业大学环境与生命学部李睿博士，对此进行了一场硬核科普。
　　为什么难减少碳排？
　　最近两个名词常一起出现，“碳达峰”和“碳中和”。碳中和是指依靠植树、减排等各种手段，自己抵消自己产生的碳排放，实现正负抵消，达到相对“零排放”。
　　那什么是“碳达峰”呢？彭勃介绍，“碳达峰”就是让国家整体的二氧化碳排放量，到一定时期，例如到2030年达到一个峰值，之后再让其逐渐减少。
　　为什么不是立即就让二氧化碳量减少呢？这是因为，在发展过程中，许多行业会产生不可避免的刚性碳排放。例如钢铁行业，如果在炼钢过程中将流程缩短，使用废钢来代替原本使用的矿石，虽然可以减少碳排，但钢铁产能和质量都会受到影响。
　　想要提高生产能效，或者调整能源结构，都要一步步来，不可一蹴而就。这就导致“碳达峰”需要花费更多时间。
　　而要想尽快实现“碳达峰”，有一个办法是将排放出的“碳”重新收集。这是一种很有效的方法，被称为“碳捕集”，或者叫“碳捕捉”。
　　碳捕捉如何实现？
　　彭勃介绍，碳捕集更加全面的称呼是，“碳捕集利用与封存”，英文为CCUS。这是一种全链条形式的碳捕集形式。
　　碳捕集可以被看作是一个单元，这个单元将工业中排放的二氧化碳用特殊装置捕获下来。碳捕集的方法有很多种，现在应用较广的，是基于氨的吸收法。氨水呈弱碱性，因此可以与二氧化碳结合。然后再通过加热，就能够让纯净的二氧化碳释放出来。而这些纯净的二氧化碳又可以被重新利用。
　　除此之外，吸附法也是一种常用的碳捕集方法。李睿介绍，与吸收法使用溶液作为吸附载体不同，吸附法使用的是固体吸收剂，例如多汞材料、活性炭、沸石等。这些材料表面积很大，经过设计后对气体的选择性很高，很容易吸收二氧化碳。例如，将二氧化碳跟氮气或者空气混合在一起时，材料可以吸收一百份的二氧化碳，而只吸收一份的氮气或甲烷，碳吸附效率很高。
　　至于捕集源，既可以直接回收工业生产排放的二氧化碳，比如在工业排放源建立吸收塔，使用吸收或吸附法捕集，也可以直接捕集大气中的二氧化碳。但是李睿介绍，这些吸收吸附法以及其他各种碳捕集的方法都存在一个大难点，就是实际可以捕集到的二氧化碳浓度其实很低。
　　例如钢厂、火电厂，它们虽然是二氧化碳排放大户，但实际上可吸收的二氧化碳浓度一般都不会超过20%，甚至只有百分之几。因此，可想而知，直接从空气中捕获更是难上加难。
　　所以，发展先进的捕集技术十分得重要。为此，马斯克还曾奖励一亿美金悬赏先进的大规模碳捕捉技术。
　　既然人工碳捕获的效率很低，那自然的捕获方式又如何呢？植树也可以捕集碳，而且是一种环境友好且成本低廉的方法。然而，它的缺点是速度太慢。每人每年要种植两百多棵树才能完全抵消自己的碳排放，平均下来一两天就要植一棵树。
　　因此，想要在短时间内解决“碳捕集”问题，或者说达到《巴黎协定》设定的目标，依然要大力投入碳捕集技术的研发。
　　


　　工厂排放二氧化碳浓度很低，是碳捕集一大难点。
　　|图虫创意
　　二氧化碳可以做什么？
　　那么，捕集的二氧化碳可以做什么呢？彭勃介绍，工业上往往会将捕获后的二氧化碳压缩封存，再将它放置到一个圈闭结构的地底空间中，而利用这一方法可以实现采油。
　　因为石油藏本身藏在圈闭的地下空间内，如果将二氧化碳打进去，里面的石油就会被二氧化碳挤压出来。通过这种方法采到的石油具有更小的黏度和密度 。同时，二氧化碳也会滞留在地底，有几率与地下矿物发生反应而被固化，这样就既可以实现高效采油，又同时处理了工业产生的二氧化碳排放。这是目前用得最多的方向。
　　但是因为二氧化碳在地底的自然固化速度很慢，因此有时人工合成的方法可以更快地处理掉二氧化碳。例如直接通过二氧化碳合成用于建筑材料的人工大理石。
　　同时，李睿介绍，二氧化碳还可以被制成可降解塑料，例如我们生活中太阳镜、一次性餐具、背包、钱包等等。而且这种塑料非常好，但是存在一个问题，即利用现在的技术条件，将二氧化碳转化成塑料商品的成本还比较高，无法投入大规模的生产。
　　此外，还可以用二氧化碳做甲烷、做乙醇。这些技术近几年来从无到有，发展迅速，转化率从一开始的百分之十几到了现在的几十。而其他新技术也在不断涌现，正可谓吃一个，夹一个再看一个，新老技术不停更新换代。
　　


　　二氧化碳可用于合成塑料，只是成本有点高。图文无关。|图虫创意
　　还有其他办法给地球降温吗？
　　我们为何急于捕集二氧化碳呢？这最终还是联系到了气候问题。
　　彭勃介绍，现在有很多的自然灾害，都是跟过量的二氧化碳排放引起的气候变暖紧密相关。例如，人们的直接感觉就是近年来极端天气变多了，这已经成为大家的这个共识点。包括我们国家刚提出的“碳中和”、“碳达峰”，都跟这个有直接关系。
　　当然，还有一些人提出了碳捕集以外的方法来给地球降温。例如，李睿提到，一些科学家构想，通过将马路和建筑物刷成白色，来减少城市的热岛效应，但这样的方法会将更多的热量散布到大气中，反而可能助长大气升温。
　　而彭勃介绍，一些科学家还在构思是否可以直接给地球“打一把伞”，来为地球遮阳。例如向大气中打入气溶胶颗粒制造人造云，就可以遮掉太阳的光和热。但其实这种方式的风险并不可控，制造的人造云有发展为雾霾的可能，同时也存在引起地球降温过度的可能性，参考一下恐龙灭绝的火山喷发模型，就已经让人不寒而栗了。
　　另外像是用火箭向太空发射大镜子，或者遮阳布，这样的方法也可能干扰我们的天文观测和卫星发射，危险性也比较大。
　　因此，碳捕集依然是现在最切实的方法。但是现实数据却不容乐观，李睿介绍，2019年人们碳捕集的总量，还不到碳排放总量的万分之二。也就是说，捕集到的碳可能是万吨级的，但是排放的碳则是亿吨级或者百亿吨级，相比之下，碳处理量、回收量都少得可怜。
　　而留给我们去处理这些问题的时间其实并不多了。
　　以前我们常说，要植树造林，这就像我们有点发烧，但感冒药太贵，那多喝点水就好。但是现在，有点热得不行，或者说感觉这个趋势比较厉害，要赶紧退烧，那“碳捕集”就成了一个很关键的技术。
　　我们现在，最大的问题，就是降低它的成本，或者说发展新的方式，让这粒感冒药真正吃到嘴里。
　　结语
　　丁仲礼教授说过：“地球用不着人类去拯救，毁灭的是人类自己。”地球不会因环境恶劣而突然爆炸或者所有生物全部死亡，这颗星球拥有着强大的恢复能力。节能减排不是在保护地球，只是在拯救我们人类而已。
　　整理 | 李瑞
　　责编 | 高佩雯
　　来源 | 未来耀科学“世界地球日”特别直播
               
               

                           

                        
                        
                                
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本文转载自：                                        科普中国中央厨房
                                        2021-05-31