為二氧化碳找“出路”

吳曉江

二氧化碳的最大“出路”

“如果你酷愛食用貝類海鮮，那么在享受美食的同時，你可能正在為低碳事業作貢獻。”在海洋生物大家族中，貝類、藻類看來不起眼，其實它們是擁有強大“捕碳、固碳”能力的“高手”。

覆蓋地球表面71%面積的海洋，是大量吸收人類活動排放的二氧化碳、減緩氣候變暖的頭等“功臣”。人類燃燒礦物燃料向大氣每年排放百億噸的碳，其中約三分之一被海洋吸收，陸地生態系統僅吸收約五分之一。海洋中浮游生物、海藻、貝類、海草、鹽沼植物和紅樹林等生物碳捕獲、碳匯集的數量超過陸地生物。有數據顯示，地球上約55％的碳捕獲是由海洋生物完成的。單位面積海域中生物固碳量是森林的10倍，是草原的290倍。

人工大規模養殖貝類、藻類，明顯有利于淺海區域的碳捕獲。尤其是貝類，其吸收的碳有相當一部分被固化在貝殼里，很長時間內不會重新回到大氣中。收獲一批貝類后，還可以繼續養殖新一批貝類，繼續“吸碳”，從而減少大氣中的碳總量。

“藍碳”面臨雙重困境

藍色大海中的碳捕獲和碳儲存就是國際科學界所稱的“藍色碳匯”或“藍碳”。然而，人們向往的“藍碳”美景近年來卻遭遇了碳排放過度帶來的海洋生態退化的雙重困境。

第一重困境是海洋酸化日趨嚴重，海洋生物深受威脅。

海洋作為天然的二氧化碳儲存庫，其容量是有限的，而且吸收的二氧化碳與海水反應后會形成碳酸，使本來偏堿性的海水不斷酸化。科學家測算，至2012年，海水的酸度已經比工業化初期的1800年提高了30%，并且現在仍以每小時約100萬噸的速度吸收著。如果過量碳排放趨勢延續下去，預計到本世紀末海水酸度將比1800年高150%。海洋酸化使海水中碳酸鈣含量不斷降低，而碳酸鈣則是貝類、甲殼類海洋生物吸收用以生長外殼、珊瑚制造骨骼的原料。日益酸化的海水使以鈣元素為主要構成的貝殼面臨著巨大威脅。

目前，世界20％的珊瑚礁已被嚴重破壞。海水酸化已干擾了海洋甲殼類磷蝦卵孵化的能力。科學家發現，由于海水酸化，珊瑚礁魚類的中樞神經系統出現嚴重混亂，聽覺和嗅覺變差，躲避天敵的能力變弱。比如小丑魚和少女魚的幼魚嗅覺下降，很難找到珊瑚礁或聞到天敵的氣味。聽覺變弱的魚極易成為天敵的美餐。科學家還發現，在酸度高的海洋環境中，烏賊的孵化速度變慢。尚未完成孵化的小烏賊沒有任何防御能力，易被天敵吃掉。即使它們完成孵化后，體型也比在正常海水中生活的烏賊小，易受捕食者傷害。

第二重困境是海水含氧量下降，“海域死區”猛增。

海洋作為減緩全球氣候變暖步伐的頭等“功臣”，還在于它吸收了90%以上因溫室氣體排放而困于地表的熱量。但這一功勞的代價卻是海洋上層水溫升高，海水溶氧量降低。魚類在升溫的海洋中代謝率會加快，需要更多的氧。而升溫的海水中含氧量減少，影響魚類生長。加拿大海洋研究團隊考察了世界各海域600多種魚類生長和分布狀況，發現不少魚類體型縮小與海水溫度上升存在密切關系。他們用計算機模型預測，如溫度持續上升，到2050年，魚類體型將縮小14%~24%。英國科學家發現，由于水比空氣的含氧量低，在同等升溫狀況下，相比陸地動物，海洋動物更難獲得充足的氧氣。科學家比較了不同溫度條件下百余種陸地動物和海洋動物成年體，發現每升高1攝氏度，海洋動物體型縮小5%，而陸地動物體型僅縮小0.5%，兩者縮小比率相差10倍。

二氧化碳的其他“出路”

森林是二氧化碳的一個絕好出路。不錯，我國早已規劃到2020年完成造林4 000萬公頃，而且鼓勵生產礦物能源的大企業捐資營造“碳匯林”。

除了海洋、森林兩大“碳庫”之外，還有第三大“碳庫”——濕地。全球濕地面積有514萬平方公里，雖然僅占地球表面積的6%，卻生存著地球上20%的物種。我國有記載的濕地植物達2 760余種。濕地吸收碳的能力超過森林，碳儲量約為770億噸，占陸地生物圈碳元素的35%。保護和恢復濕地就是低成本實現“綠色碳匯”的途徑。

“綠色碳匯”的更深意義在于讓碳匯植物成為開發綠色新能源的原料庫。上海張江高科技園區眾偉生化科技公司在外省不宜種糧食的鹽堿地、荒地種植纖維素含量高的麻類植物，既擴大了“綠色碳匯”，又可將麻類植物纖維素煉制成清潔的“生物汽油”——乙醇燃料。

目前國內外正開展“碳捕獲和儲存”工程建設，將收集的二氧化碳輸入采空的油氣田、廢棄的煤田地下封存。有趣的是，碳封存與油田二三次開采可以一舉兩得。當二氧化碳被以200個大氣壓注入油田千米深處時，原本黏稠厚重的石油迅速稀釋、膨脹，紛紛從巖石孔隙中溢出，變得更易開采。美國共有70多座油田注入二氧化碳驅油，年封存二氧化碳達3 000萬噸，增產石油10%。我國先后有六七座油田嘗試了這一技術，二氧化碳一次性最大封存量達11萬噸。

藻類是生長最快、消耗碳效率較高的植物，是煉制生物柴油和乙醇的理想原料之一。目前國外利用海藻捕碳、固碳的方法是，將工廠集中排出的二氧化碳廢氣與含養分的水混合，在透明的人造閉合水渠中，或在封閉的池塘等水體中養殖海藻。這比完全自然放養效率高，也避免了造成海水缺氧的后果。

目前全球回收的二氧化碳約有40％用于生產化工產品，如作為能源的甲烷、甲醇，以及具有永久固碳性質的碳纖維、工程塑料、瀝青、建材等。回收二氧化碳還可用于制冷和碳酸飲料生產。

近來國外科學界多途徑開發將二氧化碳轉化為新能源原料的生物技術。有科研團隊已培養出一種能光合作用的轉基因細菌，可以比藻類更快地將二氧化碳轉化為可煉制生物柴油、乙醇的原料。由于利用生物質能可以實現碳循環而不增加碳排放，歐盟計劃到2020年生物質燃料占能源消費結構的14%，占可再生能源總量的60%。這一方略是值得我們借鑒的減碳之道。

人教版化學教材九年級上冊第六單元 《碳和碳的氧化物》課外延伸閱讀

☆編輯/王一鳴