原創 Silas 果殼
大氣中二氧化碳太多了怎麼辦？
減少排放、使用清潔能源、植樹造林……隨著全球氣溫進一步升高，各個地區都在想方設法減少二氧化碳的排放。
有家腦回路清奇的公司搞了個世界上最大的空氣清淨機，試圖直接暴風吸入二氧化碳，並把它們變成了“汽水”，但這些“汽水”的宿命並不是真的變成飲品，而是被注入地下“封存”。
汽水中的二氧化碳“大噴發”丨K。 Shimada/Wikipedia
這就是世界上最大的碳捕獲工廠Climeworks提出的方案。他們在冰島上架起來一排“超大風扇”，計劃直接收集空氣中的二氧化碳。
看起來像是演唱會舞臺的鼓風機？丨Climeworks
直接從空氣中吸啊？
能吸嗎？
好吸嗎？
怎麼吸？
簡單粗暴的直接空氣碳捕獲
風扇抽風、過濾空氣……這看起來真就是個巨型的空氣清淨機唄？把PM2。5濾芯換成二氧化碳濾網，搖身一變“再就業”了。
直接空氣捕獲二氧化碳並封存到地下示意圖丨Climeworks
這個“淨化器”的原理看起來簡單粗暴。整套裝置由8個空氣收集容器組成，每個容器都裝有幾十個圓柱形風扇，藉助這些風扇的強大吸力，空氣便源源不斷地被吸入，二氧化碳則被吸附到高選擇性過濾材料的表面。等“吸飽”之後，風扇將會關閉，同時收集器開始加熱到80至100℃之間，高純、高濃的二氧化碳便被釋放並收集起來了［1］。
在此之前你應該聽說過工業廢氣排放前要去硫，其實去碳技術也一直在發展。
這類技術的專業術語叫做碳捕獲與封存，是指將工廠排放的二氧化碳收集起來，用各種方法儲存，並長期與空氣隔離的技術［2］。
工廠使用的碳捕獲機理，其實就是我們初中化學學過的澄清石灰水吹氣變渾濁啦~丨Wikipedia（作者翻譯）
相比於發電廠、化工廠用生石灰（CaO）、燒鹼（NaOH）等吸收二氧化碳的傳統方法［3］，Climeworks碳捕獲所使用的高選擇性過濾材料更加簡單高效，雖然官網並沒有透露具體材料，不過有人猜測使用了可透過物理吸附或氣體分離膜等裝置［4］，這也是業內研究的前沿方向之一。
不過這捕獲是成功了，那怎麼封存呢？這麼多二氧化碳要放哪？拿去做汽水嗎？
吸附過濾與儲存示意圖丨Climeworks
捕獲的二氧化碳去哪了？
Climeworks還真把這些高濃高純的二氧化碳與水進行了混合，然後將這些“汽水”泵入地下深處。透過與玄武岩發生反應，“汽水”會自然礦化，可在幾年內變成石頭［5］。
混合並加溫加壓後的二氧化碳會進入“超臨界”的狀態，便於壓縮運輸，類似家用液化氣。這種狀態下的二氧化碳，可以被注入到地層或海洋深處儲存。
二氧化碳封存方法簡介丨參考文獻［6］（作者翻譯）
我國的碳捕獲技術也一直在發展。早在十年前，我國就已明確要求，逐步在火電、煤化工、水泥和鋼鐵行業中開展碳捕集試驗專案，建設二氧化碳捕集、驅油、封存一體化示範工程［7］，並積極開展二氧化碳地質儲存調查研究［8］。
比如鄂爾多斯曾建成了我國首個煤基全流程深部鹹水層二氧化碳地質儲存示範工程，可將二氧化碳灌注到地下深處並與周邊礦物發生碳化，從而封存起來。
鄂爾多斯二氧化碳地質儲存示範工程儲存場丨參考文獻［9］
不過封存也不是永久的解決辦法，堵不如疏！有沒有更高效的利用方式，使排放的二氧化碳重新進入碳迴圈呢？比如模擬綠色植物的光合作用？
南京大學的研究人員提出了外星人工光合作用，可以回收利用航天器內部產生的二氧化碳，或開採火星等大氣中豐富的二氧化碳資源。這不但可以大大減少載人航天器負載，還能為深空探索加油續航。
地外人工光合作用和所使用的光催化、光電催化機理 。看不懂也沒關係，至少在火星上不用種土豆了丨參考文獻［10］（作者翻譯）
中科院曾提出過“液體陽光”的概念，利用光電催化等技術，將二氧化碳轉化為甲醇等綠色燃料，完成光能到化學能的轉化與儲存。
而甲醇作為基本碳骨架和能源載體，進一步經過各種生物化學催化，則轉變為了人類賴以生存的澱粉，從合成速率到效率上都遠遠超過當前的農耕水平，這便是“二氧化碳合成澱粉”的里程碑式突破，前不久。
並沒有看起來那麼好
相比從源頭上減少碳排放，直接空氣碳捕獲聽起來或許已是黔驢技窮的最終辦法，但其有效性與實用性也一直飽受質疑。
這家世界最大碳捕捉工廠目前的年吸入量僅為4000噸，這是什麼概念呢？想要阻止全球變暖，到本世紀中葉，每年需要從空氣中清除100億噸二氧化碳……相比起來真的是杯水車薪。
封存也面臨問題，深海儲存造成的海洋酸化、地下儲存的潛在洩漏……這些對生態環境都有可能產生影響。至於人工光合作用，還只是實驗室裡的初步設想，離大規模工業化製備還很遠。
應用中最主要的障礙還是貴。不管是直接空氣碳捕獲，還是傳統的捕獲與封存技術，整套系統不僅複雜，運營維護費用也相當高。
直接空氣碳捕獲在緩解氣候變暖上能起多大作用？打造並使用這個“世界最大空氣清淨機”本身是否會產生更多的碳排放？Climeworks究竟是經濟有效的“救世主”，還只是一個華而不實的噱頭？這一切都還得等更多的資料來驗證。
參考文獻
［1］ World‘s Largest Direct Air Carbon Capture System Goes Online （vice。com）
［2］ 碳捕集與封存 - Wikipedia
［3］ Nikulshina V， Ayesa N， Galvez M E， et al。 Feasibility of Na-based thermochemical cycles for the capture of CO2 from air—Thermodynamic and thermogravimetric analyses［J］。 Chemical Engineering Journal， 2008， 140（1-3）： 62-70。
［4］ Sanz-Pérez E S， Murdock C R， Didas S A， et al。 Direct capture of CO2 from ambient air［J］。 Chemical reviews， 2016， 116（19）： 11840-11876。
［5］ How direct air capture helps reverse climate change | Climeworks
［6］ Wilberforce T， Olabi A G， Sayed E T， et al。 Progress in carbon capture technologies［J］。 Science of The Total Environment， 2020： 143203。
［7］ 國家發展改革委關於推動碳捕集、利用和封存試驗示範的通知 （ncsc。org。cn）
［8］ 國土資源部啟動應對氣候變化地質響應與對策研究 （www。gov。cn）
［9］ 郭建強， 文冬光， 張森琦，等。 中國二氧化碳地質儲存潛力評價與示範工程［J］。 中國地質調查， 2015， 002（004）：P。36-46。
［10］ Yang L， Zhang C， Yu X， et al。 Extraterrestrial artificial photosynthetic materials for in-situ resource utilization［J］。 National Science Review， 2021。
作者：Silas
編輯：窗敲雨、Owl
一個AI
這麼多“大電扇”在地面上吹風，是不是也能給地球降降溫了？
