捕捉二氧化碳,一粒很貴的“感冒藥”
發(fā)布時(shí)間:2021-07-30
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  捕捉二氧化碳,已經(jīng)到了實(shí)操階段。|圖蟲(chóng)創(chuàng)意

  來(lái)源 | 科普中國(guó)-未來(lái)耀科學(xué)

  在應(yīng)對(duì)氣候變化的全球挑戰(zhàn)中 ,減輕碳排已經(jīng)成為世界共識(shí)。然而現(xiàn)代工業(yè)不可能離開(kāi)碳排放,一味強(qiáng)調(diào)減排可能導(dǎo)致正常生產(chǎn)受影響。如何遏制氣候變化?主動(dòng)出擊“捕捉”二氧化碳,可能是一個(gè)必要手段。碳捕捉具體怎么實(shí)現(xiàn)?目前做到哪一步了?

  在2021年4月22日的科普中國(guó)-未來(lái)耀科學(xué)“世界地球日”特別直播中,中國(guó)石油大學(xué)非常規(guī)科學(xué)技術(shù)研究院教授彭勃,和北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)部李睿博士,對(duì)此進(jìn)行了一場(chǎng)硬核科普。

  為什么難減少碳排?

  最近兩個(gè)名詞常一起出現(xiàn),“碳達(dá)峰”和“碳中和”。碳中和是指依靠植樹(shù)、減排等各種手段,自己抵消自己產(chǎn)生的碳排放,實(shí)現(xiàn)正負(fù)抵消,達(dá)到相對(duì)“零排放”。

  那什么是“碳達(dá)峰”呢?彭勃介紹,“碳達(dá)峰”就是讓國(guó)家整體的二氧化碳排放量,到一定時(shí)期,例如到2030年達(dá)到一個(gè)峰值,之后再讓其逐漸減少。

  為什么不是立即就讓二氧化碳量減少呢?這是因?yàn)?,在發(fā)展過(guò)程中,許多行業(yè)會(huì)產(chǎn)生不可避免的剛性碳排放。例如鋼鐵行業(yè),如果在煉鋼過(guò)程中將流程縮短,使用廢鋼來(lái)代替原本使用的礦石,雖然可以減少碳排,但鋼鐵產(chǎn)能和質(zhì)量都會(huì)受到影響。

  想要提高生產(chǎn)能效,或者調(diào)整能源結(jié)構(gòu),都要一步步來(lái),不可一蹴而就。這就導(dǎo)致“碳達(dá)峰”需要花費(fèi)更多時(shí)間。

  而要想盡快實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”,有一個(gè)辦法是將排放出的“碳”重新收集。這是一種很有效的方法,被稱(chēng)為“碳捕集”,或者叫“碳捕捉”。

  碳捕捉如何實(shí)現(xiàn)?

  彭勃介紹,碳捕集更加全面的稱(chēng)呼是,“碳捕集利用與封存”,英文為CCUS。這是一種全鏈條形式的碳捕集形式。

  碳捕集可以被看作是一個(gè)單元,這個(gè)單元將工業(yè)中排放的二氧化碳用特殊裝置捕獲下來(lái)。碳捕集的方法有很多種,現(xiàn)在應(yīng)用較廣的,是基于氨的吸收法。氨水呈弱堿性,因此可以與二氧化碳結(jié)合。然后再通過(guò)加熱,就能夠讓純凈的二氧化碳釋放出來(lái)。而這些純凈的二氧化碳又可以被重新利用。

  除此之外,吸附法也是一種常用的碳捕集方法。李睿介紹,與吸收法使用溶液作為吸附載體不同,吸附法使用的是固體吸收劑,例如多汞材料、活性炭、沸石等。這些材料表面積很大,經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)后對(duì)氣體的選擇性很高,很容易吸收二氧化碳。例如,將二氧化碳跟氮?dú)饣蛘呖諝饣旌显谝黄饡r(shí),材料可以吸收一百份的二氧化碳,而只吸收一份的氮?dú)饣蚣淄椋嘉叫屎芨摺?/p>

  至于捕集源,既可以直接回收工業(yè)生產(chǎn)排放的二氧化碳,比如在工業(yè)排放源建立吸收塔,使用吸收或吸附法捕集,也可以直接捕集大氣中的二氧化碳。但是李睿介紹,這些吸收吸附法以及其他各種碳捕集的方法都存在一個(gè)大難點(diǎn),就是實(shí)際可以捕集到的二氧化碳濃度其實(shí)很低。

  例如鋼廠、火電廠,它們雖然是二氧化碳排放大戶,但實(shí)際上可吸收的二氧化碳濃度一般都不會(huì)超過(guò)20%,甚至只有百分之幾。因此,可想而知,直接從空氣中捕獲更是難上加難。

  所以,發(fā)展先進(jìn)的捕集技術(shù)十分得重要。為此,馬斯克還曾獎(jiǎng)勵(lì)一億美金懸賞先進(jìn)的大規(guī)模碳捕捉技術(shù)。

  既然人工碳捕獲的效率很低,那自然的捕獲方式又如何呢?植樹(shù)也可以捕集碳,而且是一種環(huán)境友好且成本低廉的方法。然而,它的缺點(diǎn)是速度太慢。每人每年要種植兩百多棵樹(shù)才能完全抵消自己的碳排放,平均下來(lái)一兩天就要植一棵樹(shù)。

  因此,想要在短時(shí)間內(nèi)解決“碳捕集”問(wèn)題,或者說(shuō)達(dá)到《巴黎協(xié)定》設(shè)定的目標(biāo),依然要大力投入碳捕集技術(shù)的研發(fā)。

  

  工廠排放二氧化碳濃度很低,是碳捕集一大難點(diǎn)。

  |圖蟲(chóng)創(chuàng)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?彭勃介紹,工業(yè)上往往會(huì)將捕獲后的二氧化碳?jí)嚎s封存,再將它放置到一個(gè)圈閉結(jié)構(gòu)的地底空間中,而利用這一方法可以實(shí)現(xiàn)采油。

  因?yàn)槭筒乇旧聿卦谌﹂]的地下空間內(nèi),如果將二氧化碳打進(jìn)去,里面的石油就會(huì)被二氧化碳擠壓出來(lái)。通過(guò)這種方法采到的石油具有更小的黏度和密度 。同時(shí),二氧化碳也會(huì)滯留在地底,有幾率與地下礦物發(fā)生反應(yīng)而被固化,這樣就既可以實(shí)現(xiàn)高效采油,又同時(shí)處理了工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳排放。這是目前用得最多的方向。

  但是因?yàn)槎趸荚诘氐椎淖匀还袒俣群苈虼擞袝r(shí)人工合成的方法可以更快地處理掉二氧化碳。例如直接通過(guò)二氧化碳合成用于建筑材料的人工大理石。

  同時(shí),李睿介紹,二氧化碳還可以被制成可降解塑料,例如我們生活中太陽(yáng)鏡、一次性餐具、背包、錢(qián)包等等。而且這種塑料非常好,但是存在一個(gè)問(wèn)題,即利用現(xiàn)在的技術(shù)條件,將二氧化碳轉(zhuǎn)化成塑料商品的成本還比較高,無(wú)法投入大規(guī)模的生產(chǎn)。

  此外,還可以用二氧化碳做甲烷、做乙醇。這些技術(shù)近幾年來(lái)從無(wú)到有,發(fā)展迅速,轉(zhuǎn)化率從一開(kāi)始的百分之十幾到了現(xiàn)在的幾十。而其他新技術(shù)也在不斷涌現(xiàn),正可謂吃一個(gè),夾一個(gè)再看一個(gè),新老技術(shù)不停更新?lián)Q代。

  

  二氧化碳可用于合成塑料,只是成本有點(diǎn)高。圖文無(wú)關(guān)。|圖蟲(chóng)創(chuàng)意

  還有其他辦法給地球降溫嗎?

  我們?yōu)楹渭庇诓都趸寄??這最終還是聯(lián)系到了氣候問(wèn)題。

  彭勃介紹,現(xiàn)在有很多的自然災(zāi)害,都是跟過(guò)量的二氧化碳排放引起的氣候變暖緊密相關(guān)。例如,人們的直接感覺(jué)就是近年來(lái)極端天氣變多了,這已經(jīng)成為大家的這個(gè)共識(shí)點(diǎn)。包括我們國(guó)家剛提出的“碳中和”、“碳達(dá)峰”,都跟這個(gè)有直接關(guān)系。

  當(dāng)然,還有一些人提出了碳捕集以外的方法來(lái)給地球降溫。例如,李睿提到,一些科學(xué)家構(gòu)想,通過(guò)將馬路和建筑物刷成白色,來(lái)減少城市的熱島效應(yīng),但這樣的方法會(huì)將更多的熱量散布到大氣中,反而可能助長(zhǎng)大氣升溫。

  而彭勃介紹,一些科學(xué)家還在構(gòu)思是否可以直接給地球“打一把傘”,來(lái)為地球遮陽(yáng)。例如向大氣中打入氣溶膠顆粒制造人造云,就可以遮掉太陽(yáng)的光和熱。但其實(shí)這種方式的風(fēng)險(xiǎn)并不可控,制造的人造云有發(fā)展為霧霾的可能,同時(shí)也存在引起地球降溫過(guò)度的可能性,參考一下恐龍滅絕的火山噴發(fā)模型,就已經(jīng)讓人不寒而栗了。

  另外像是用火箭向太空發(fā)射大鏡子,或者遮陽(yáng)布,這樣的方法也可能干擾我們的天文觀測(cè)和衛(wèi)星發(fā)射,危險(xiǎn)性也比較大。

  因此,碳捕集依然是現(xiàn)在最切實(shí)的方法。但是現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)卻不容樂(lè)觀,李睿介紹,2019年人們碳捕集的總量,還不到碳排放總量的萬(wàn)分之二。也就是說(shuō),捕集到的碳可能是萬(wàn)噸級(jí)的,但是排放的碳則是億噸級(jí)或者百億噸級(jí),相比之下,碳處理量、回收量都少得可憐。

  而留給我們?nèi)ヌ幚磉@些問(wèn)題的時(shí)間其實(shí)并不多了。

  以前我們常說(shuō),要植樹(shù)造林,這就像我們有點(diǎn)發(fā)燒,但感冒藥太貴,那多喝點(diǎn)水就好。但是現(xiàn)在,有點(diǎn)熱得不行,或者說(shuō)感覺(jué)這個(gè)趨勢(shì)比較厲害,要趕緊退燒,那“碳捕集”就成了一個(gè)很關(guān)鍵的技術(shù)。

  我們現(xiàn)在,最大的問(wèn)題,就是降低它的成本,或者說(shuō)發(fā)展新的方式,讓這粒感冒藥真正吃到嘴里。

  結(jié)語(yǔ)

  丁仲禮教授說(shuō)過(guò):“地球用不著人類(lèi)去拯救,毀滅的是人類(lèi)自己?!钡厍虿粫?huì)因環(huán)境惡劣而突然爆炸或者所有生物全部死亡,這顆星球擁有著強(qiáng)大的恢復(fù)能力。節(jié)能減排不是在保護(hù)地球,只是在拯救我們?nèi)祟?lèi)而已。

  整理 | 李瑞

  責(zé)編 | 高佩雯

  來(lái)源 | 未來(lái)耀科學(xué)“世界地球日”特別直播



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