二氧化碳有妙用，快來捕獲它

李大文

如今，幾乎所有人都知道CO2增多的事實(shí)和后果了：越來越熱的夏天、越來越短的冬天、世界各地各種極端異常氣候等。我們每個人都在品嘗著苦果，更糟糕的是，有研究表明，CO2含量增加還可能讓人變笨！

由于人類的工業(yè)活動，大氣中CO2含量有增無減，對人類的危害愈來愈嚴(yán)重。想避免這個厄運(yùn)，只有減少大氣中的CO2。但是，減少CO2太難了，我們很難完全不用化石能源，也很難不用各種工業(yè)產(chǎn)品，這些過程必然會產(chǎn)生CO2。我們該怎么辦呢？

用CO2開采石油

其實(shí)，要減少CO2含量，并不意味著一定要減少化石能源的使用，恰恰相反，開采更多化石能源將可能有助于減少大氣中的CO2。

你可能迫不及待地提出異議了，燃燒化石能源會產(chǎn)生CO2，那么，多開采化石能源怎么可能減少CO2？這絕對不可能！

不要著急反對，先讓我們看看CO2在開采化石能源中到底起什么作用吧。

開采石油主要分為三個階段。第一是初級生產(chǎn)階段，打出生產(chǎn)井并鋪設(shè)地面運(yùn)油管道后，下部地層中的壓力將石油推入管道中，這個階段將能開采出儲油層中大約10%的石油;當(dāng)?shù)氐讐毫εc地表壓力持平，不足以推動粘稠的石油時，就開始了第二階段，通常將水或氣體泵入管道，以沖洗出更多的石油，這個階段可以回收20%～40%的石油。第三階段是產(chǎn)油最多的階段，即向儲油層中注入高壓氣體，這個時候CO2就可以派上用場了。

高壓CO2注入油田后與原油形成混合物，能使原油體積膨脹并降低原油粘度，把原油推入管道中。CO2作為伴氣隨原油一起出地面后，經(jīng)油氣分離、重新壓縮、補(bǔ)充后再注入油田中使用。這個階段可以回收高達(dá)60%的石油。

你看，在石油生產(chǎn)過程中，確實(shí)可以用上CO2。而CO2帶出更多的石油并不是唯一的好處，更大的好處是，生產(chǎn)越多的石油，將有越多的CO2被利用并長久地封存在原本存儲著石油和天然氣的儲油層中。

為什么CO2可以被封存在儲油層中呢？它能被“關(guān)押”多久？儲油層原本就是多孔的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，它的縫隙不僅能“關(guān)押”更多的CO2，還能有效分散氣壓，氣體不至于很快沖出地表。而且儲油層的下方通常有一層地下水，在開采石油的過程中，還有一個注入水沖洗油層的階段，一上一下兩層水層就構(gòu)成了關(guān)押CO2的“水牢”。

在美國、歐洲一些國家和中國的多處油田中，都已經(jīng)在使用CO2幫助開采石油了。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CO2被注入儲油層時，大約90%到95%的CO2成功被“關(guān)押”在石油曾經(jīng)被困的“地牢”中。至于能“關(guān)押”多久，看看石油和天然氣就知道了，大約是“無期徒刑”吧。只要人類不去釋放或開采，它們都別想再見天日了。

捕獲大氣CO2

不過通過多生產(chǎn)石油來減少大氣CO2還有一個前提，那就是被“關(guān)押”的“犯人”必須是已排放或準(zhǔn)備排放到大氣中的、而不是其他來源的CO2，比如原本封存在海底或地底的CO2，否則就適得其反了。那么，我們?nèi)绾尾东@大氣CO2呢？

捕獲CO2主要有兩個途徑，一個是捕獲已經(jīng)存在于大氣中的CO2，另一個是捕獲即將排放到大氣中的CO2。捕獲大氣中CO2的設(shè)備其實(shí)很簡單也很常見，你自己也可以嘗試在家做一臺，因?yàn)橹黧w設(shè)備僅僅是一臺排風(fēng)扇。瑞士蘇黎世城的近郊區(qū)，有一座回收CO2的工廠，它的屋頂上豎立著18個洗衣機(jī)大小排成矩形隊(duì)列的風(fēng)扇。當(dāng)風(fēng)扇開啟時，會吸入大量空氣，空氣中大部分氣體僅僅只是“路過”，但是CO2將被風(fēng)扇“留下”。這是因?yàn)轱L(fēng)扇中有一層與CO2“難舍難分”的化學(xué)物質(zhì)涂層——CO2將溶解在氨水、有機(jī)醇胺等涂層中。當(dāng)它們“飽餐一頓”后，再更換涂層。接著將“吃飽”了CO2的涂層加熱到100℃，它們就會再次吐出純CO2了。這臺機(jī)器能在一年內(nèi)捕獲90萬千克的CO2，該工廠靠轉(zhuǎn)賣CO2盈利。

捕獲即將排放到大氣的CO2的方法有三種，分別是燃燒前脫碳、燃燒后脫碳和富氧燃燒技術(shù)。燃燒后脫碳與捕獲大氣CO2的風(fēng)扇法相似，同樣收集燃燒后的氣體并用化學(xué)物質(zhì)吸附CO2。燃燒前脫碳和富氧燃燒技術(shù)原理相似，讓煤等化石能源與氧氣充分反應(yīng)，這樣產(chǎn)生的氣體主要為氫氣和CO2，氣體成分比較單一，分離更加簡單一些。

CO2還能做什么

我們捕獲了CO2，除了在開采石油時把它埋起來，還能拿它怎么辦呢？科學(xué)家們給它找到了好幾條出路。

首先，可以像上述的瑞士公司一樣，將CO2賣給做肥料的公司。將CO2投入到裝滿氨水的鍋爐中，它們可以反應(yīng)生成化肥碳酸氫銨。相似的原理，CO2和氫結(jié)合能產(chǎn)生碳?xì)浠衔铮簿褪俏覀兂Ｓ玫幕茉础．?dāng)然，這個過程需要大量的能量，如何獲取廉價能源成為這個方法能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

運(yùn)用太陽能生產(chǎn)碳?xì)浠衔锸悄壳白畛Ｒ姷姆椒ǎ鹗刻K黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開發(fā)的太陽能工廠正是為此而生。太陽能反應(yīng)器通過集中太陽輻射能產(chǎn)生約1500℃的熱量，這些熱量能將從空氣中捕獲的CO2和水分解并加工成液態(tài)碳?xì)浠衔铩Ｒ粋€占地為一平方千米的太陽能工廠每天可以生產(chǎn)2萬升石油。

從空氣中提取二氧化碳的巨型風(fēng)扇

第二個方法，CO2和水與玄武巖在一起可以變混凝土。玄武巖是一種鈣、鎂、鐵含量高的巖石，它與CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能生成碳酸鹽礦物質(zhì)——混凝土的成分之一。美國哥倫比亞大學(xué)和英國南安普敦大學(xué)等多機(jī)構(gòu)的研究人員共同進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，研究人員把CO2與水混合，然后注入到地下400～800米深處的玄武巖層中。兩年后，他們發(fā)現(xiàn)，巖層中只剩下5%左右的CO2了，其他的CO2全跑到了巖石中。玄武巖是地球上最常見的巖石類型之一，用它消耗CO2生成混凝土，也是一個不錯的選擇。

目前最流行的高科技材料——碳復(fù)合材料、碳纖維、石墨烯等都離不開碳原子，那么能不能利用CO2獲得它們呢？美國華盛頓大學(xué)一個研究團(tuán)隊(duì)正在使用“熔融電解法”將CO2轉(zhuǎn)化為碳納米管。他們將CO2溶解在碳酸鹽溶液中，接著在溶液兩端放入陰陽兩個電極，CO2被電解成氧氣分子和碳原子，碳原子在陰性電極附近聚集成碳納米管。這種碳納米管強(qiáng)度比鋼更大，導(dǎo)電性也很高，可以被用于制造波音飛機(jī)和一些跑車的外殼。

除了這些方法外，用CO2生產(chǎn)塑料等化學(xué)材料、用CO2作為碳肥讓海藻等植物吸收等都是目前正在試驗(yàn)的利用CO2的方法。

當(dāng)然，在再次利用CO2的過程中，同樣會消耗大量能源。如何降低能源成本，不再重復(fù)產(chǎn)生CO2，也是亟待解決的問題。