捕捉二氧化碳,一粒很贵的“感冒药

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

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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