科技前沿:机器能吸收C02,缓解气候变化

2017-06-30 09:46:33  来源:每日科技网  编辑:

        【每日科技网】

 

  苏黎世附近有一座垃圾焚烧设施,顶上新盖了一间碳捕获工厂,用来吸收空气中的二氧化碳,出售给第一个顾客。这家工厂建于5月31日,是同类商业企业中的首创者。背后的初企Climeworks相信,到本世纪中叶,我们还需要几十万家这样的工厂。

  巴黎气候协议规定,要将全球气候上升的幅度控制在2摄氏度以内。光是转向低碳经济,恐怕还不足以实现这一目标。

  “如果说,到本世纪中叶,我们希望达到每年除碳100亿吨的目标,那么我们可能要从今天做起。” [照片:Julia Dunlop]

  “照目前这种排放速度,我们必须争取剩下不到20年的时间,才有机会将气候上升幅度限制在2°C以内。”斯坦福环境研究所(Stanford Woods Institute for the Environment)主管克里斯·菲尔德(Chris Field)说道。最近,他合著发表了一篇探讨除碳的论文。“因此,单凭减少能源、交通和农业的碳排放,这会是一项艰巨的挑战。”除碳——无论是通过增加植被覆盖还是采用直接碳捕获等更为先进的技术——很可能也是实现此目标的必要之举。

  在这间瑞士的新工厂里,3个堆叠在一起的集装箱各装着6个Climeworks的CO2收集器。小型风扇把空气吸进收集器,海绵状的过滤器负责吸收二氧化碳。过滤器达到完全饱和的状态大概需要2到3个小时,接着进行逆向操作:集装箱关闭,收集器加热到华氏212度(即摄氏100度),释放出纯净的CO2,可直接出售、加工制作成其他产品或埋置地下。

  “单凭减少能源、交通和农业的碳排放,这会是一项艰巨的挑战。” [照片:Julia Dunlop]

  “此过程可以不断重复。”Climeworks联合创始人兼总监让·乌尔兹巴赫尔(Jan Wurzbacher)说道。“这是一个循环流程。吸满CO2,然后再生,吸满,再生。我们拥有多个这样的单元,并且不是全部并行运行的。有些吸收CO2,有些释放CO2。也就是说,总体而言,这间工厂可以源源不断产出CO2,这对客户而言也很重要。”

  第一家工厂的客户是一间邻近的温室,利用CO2加速番茄和黄瓜生长(植物通过吸收空气中的碳生成组织细胞,二氧化碳越多,长势越好,至少在某种程度上是如此。)Climeworks也正与饮料公司商谈使用其CO2制造苏打水或汽水——尤其是边远地区的工厂,用卡车运送传统来源的二氧化碳成本太高。

  “在那里,Climeworks现场直接从空气中吸收CO2的计划非常有优势,放在今天也早已具备商业吸引力。”乌尔兹巴赫尔说道。“在成本曲线上,我们还需要往下再走几步,但在目前已有的这些专营应用领域中,我们可以提供具有竞争力的CO2。”

  与之不同,如果一家公司付钱请我们从空气中脱除10,000吨的CO2,我们是实实在在地部署工厂,把这10,000吨的CO2提取出来。” [照片:Julia Dunlop]

  在这两种情况下,捕获到的CO2最终将被释放到大气中。但该公司还计划使用CO2制造碳中和产品。利用可再生能源,它可以分解水(其流程的副产品)产生氢,然后与不同流程中的二氧化碳结合制造塑料(比如做成回收二氧化碳运动鞋)或燃料。

  最终,该公司希望出售这种为大气除碳并储存于地下的能力,它认为,市场或许很快将做好付费的准备,比其最初预期的更早。政府间气候变化专门委员会(IPCC)是一家就气候变化问题发布大量全面报告的国际机构,据其估计,到本世纪中叶,全球必须平均每年从大气中脱除100亿吨的二氧化碳。

  “如果说,到本世纪中叶,我们希望达到每年除碳100亿吨的目标,那么我们可能要从今天做起。”乌尔兹巴赫尔说道。“基于我们目前在市场上的经验,我们很有信心可以在不久的将来拓展市场,也许是明年或两三年内,把这些负排放卖出去。”

  由于目前还没有全球性的碳定价,该公司设想,第一个客户可以是定下了宏大的气候变化缓解目标的企业,在这方面需要帮助。在采用更明显的解决方案,比如可再生能源、提高效率和改变材料或运输方式之后,这家企业可能会选择负排放,帮助其抵消余下的碳足迹。

  [照片:Julia Dunlop]

  乌尔兹巴赫尔将他的工厂和其他碳交易或证书计划进行对比,比如花钱在其他地方种树。“如果实施这种计划,你很难了解真实的情况。”他说道。“与之不同,如果一家公司付钱请我们从空气中脱除10,000吨的CO2,我们是实实在在地部署工厂,把这10,000吨的CO2提取出来。”

  种树或保护现有的森林很可能也是吸收CO2的关键途径。“我们目前所熟悉的二氧化碳脱除技术的例子就是种植更多树林和保护土壤的碳含量。”菲尔德说道。“而这些是我们现在了解的能够产生广泛伴随效益且使用时机已经成熟的技术。”

  但直接从空气中捕获二氧化碳的工厂拥有一些优势,足以使其成为整个解决方案的重要一环:CO2捕获工厂的效率大概是光合作用的一千倍。

  “空气捕获需要资金,所以,如果有任何比它更廉价的做法,我们提倡。” [照片:Julia Dunlop]

  “一台CO2收集器的碳足迹等同于一棵树。”乌尔兹巴赫尔说道。“它每年从空气中吸收50吨的CO2。而与之对应的一棵树每年吸收50公斤。这是千分之一的关系。因此,要达到同一目标,收集器所需要的土地面积是种树的千分之一。” CO2收集器也可用于不适宜农业种植的地区,有助于保留耕地,此外,不同于某些植树造林计划,它们不需要水源。还可以利用可再生能源。

  然而,为了达到所需影响力,CO2捕获工厂必须大规模建造。瑞士的第一家工厂一年可以捕获900吨二氧化碳,大约相当于200辆汽车的排放量。该公司计算了捕获1%的全球二氧化碳排放量需要多少个集装箱大小的单位,答案是750,000个。

  乌尔兹巴赫尔称,在某种意义上, 这种规模并没有看上去那么庞大。平均每两周就有同一数量的集装箱通过上海港口。但要捕获100亿吨的排放量,我们还需要10-20家拥有同等运作规模的碳捕获公司。(截至今日,已有少数几家公司正在研发类似技术,比如Carbon Engineering和Global Thermostat。)

  斯坦福科学家菲尔德指出,我们一定要记住,这项技术虽然前景光明,但仍处于早期发展阶段,尚未得到验证,并且将在规模化过程中面临重重挑战,尤其是在碳没有定价的情况下。他还强调,我们不能把碳捕获的潜力或可能性误认为加重污染的许可证,这是非常重要的。

  “如果要在2040或2050年之前,实现每年脱除100亿吨二氧化碳的目标,我们需要从今天开始进行规模化。” [照片:Julia Dunlop]

  “我们不能在道德上贻误时机,想当然地认为,‘没事,以后也许就能开发出别的东西,到时候再说吧。’”他说道。“不少具备成本效益的模式所提出的设想往往就是如此:我们将提出一项新技术,根据不完整信息,这项技术成本低、效率高,能够节约土地资源,大家一定鼓掌欢迎。这种想法或许没错。但目前几乎没有证据证明它是对的。”

  但这一警告并不意味着这项技术是没有必要的。“除碳是非常好的想法。”他说道。“而且,今天有大量技术应该得到配置,得到探索。”

  “空气捕获需要资金,所以,如果有任何比它更廉价的做法,我们提倡。”乌尔兹巴赫尔。“但除此之外,我们也需要这项技术。如果要在2040或2050年之前,实现每年脱除100亿吨二氧化碳的目标,那我们不仅需要在今天进行开发,更需要从今天开始进行规模化。”

  他强调,碳捕获和大规模转向低碳经济同等重要。“不是非此即彼。”他说道。“而是双管齐下。”

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