為了遏制全球氣候變暖，科學(xué)家開始捕捉二氧化碳了

饅頭老妖，南京大學(xué)化學(xué)博士、西華大學(xué)生物工程學(xué)院講師。《視覺之旅：化學(xué)世界的分子奧秘（彩色典藏版）》《地球簡史》等圖書譯者、吳大猷科學(xué)普及著作獎獲得者（譯著類），撰寫過大量科普文章，熱衷于寫偵探小說。

近年來全球氣候變暖，森林火災(zāi)、極寒暴雪、冰架垮塌等自然災(zāi)害屢見不鮮。為了遏制全球氣候變暖給地球帶來的嚴重危害，國際社會紛紛采取各種有力的政策和措施。二氧化碳作為最主要的溫室氣體，被認為是遏制全球變暖的突破點。于是，科學(xué)界對二氧化碳動手了，其中，“碳捕捉”技術(shù)格外引人注意。最近，特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克更是宣布將捐贈1億美元，用以獎勵最佳“碳捕捉”技術(shù)。所以，“碳捕捉”技術(shù)真的那么神奇嗎？

拯救全球氣候，講究“收支平衡”

一提到二氧化碳的產(chǎn)生，我們通常會想到人類呼氣、工廠廢氣排放、汽車尾氣排放等，你或許很難想象，我們手里小小的一部手機，在生產(chǎn)過程中就會排放大約200斤的二氧化碳。在社會高速發(fā)展的當下，二氧化碳的排放量更是以驚人的速度增長。于是在治理全球氣候變暖的思路中，“碳中和”的概念應(yīng)運而生。

從字面意義上說，“碳中和”就是在某個時期、某個區(qū)域內(nèi)，通過植樹造林和其他技術(shù)手段，從大氣層中捕捉、吸收的二氧化碳總量，恰好等于因為人類活動而產(chǎn)生，并且排放到大氣中的二氧化碳的總量。也就是說，如果把大氣中的二氧化碳看作一個整體的話，人類排放的二氧化碳可以視為“收入”，而人類從大氣中獲取、利用的二氧化碳則視為“支出”，當收支相抵的時候，便達成“碳中和”。

目前全球普遍達成共識，為了把整體上升溫度控制在人類能夠接受的程度（平均上升2℃），需要在本世紀末，在全球普遍實現(xiàn)碳中和的目標。這就需要“開源節(jié)流”：一方面，降低二氧化碳的排放量，另一方面，拓寬二氧化碳的利用途徑。前者在全球?qū)嵭薪?jīng)濟大發(fā)展、生產(chǎn)大進步的前提下，無法做到有效地降低二氧化碳排放量。因此，各界普遍把目光聚焦在后者——把碳捕捉，并利用起來。

將二氧化碳變成液態(tài)，深度封存

“碳捕捉”技術(shù)其中一個解決思路，就是把二氧化碳集中搜集起來，再以高壓將其直接灌入地層深處，利用厚實的地層將二氧化碳“封印”起來。這被稱為“碳捕集和儲存技術(shù)”。

而在“碳捕集和儲存技術(shù)”中，將二氧化碳變成液態(tài)（超臨界流體）再進行封存的方法，備受科學(xué)界重視。這項技術(shù)最大的好處，是門檻較低，成本也較低。一般來說，在大約60個標準大氣壓下，二氧化碳就可以在室溫下變成液態(tài)，而這個壓強在工業(yè)上很容易實現(xiàn)。液態(tài)二氧化碳的流動性也很好，通過耐壓長管輸送到地下，并不難做到。

同時，用來“封印”的場所也是現(xiàn)成的，那就是全球已經(jīng)接近采完的油田、氣田甚至煤礦，都包含了容積巨大的地下采空區(qū)。它們的容積量加在一起，遠遠超過了人類每年二氧化碳排放的總量。

此外，很多國家都在嘗試把二氧化碳封印和石油開采相結(jié)合，也就是把超臨界態(tài)的二氧化碳，注入到含油的巖層，從而降低石油的黏度;而氣化膨脹的二氧化碳，又會把石油“擠”向井口，就像你用吸管往利樂包的飲料里吹氣，飲料會從管口自己飆出——這就叫做“二氧化碳捕集與儲存、驅(qū)油技術(shù)”。

然而，這個方案還存在諸多不確定因素：人類還不確定，這么做會不會影響地層的穩(wěn)定。現(xiàn)有的研究表明，在活動斷層存在大量的水時，發(fā)生斷層粘滑的概率會提高，進而誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。那么，液態(tài)二氧化碳會不會也有類似效果呢？此外，如果發(fā)生了地震，會不會讓這些被“封印”的二氧化碳脫離牢籠，重新回到大氣之中？高壓下的二氧化碳，在水中的溶解度相應(yīng)增大，會不會對地下水構(gòu)成污染，甚至造成“二氧化碳施肥效應(yīng)”，讓一些植物大面積地瘋長，破壞現(xiàn)有的生態(tài)平衡？

所有問題，目前尚沒有明確的答案，但已經(jīng)都在科學(xué)家們努力的探索研究之中了。

礦物封存法的利與弊

除了上述“液態(tài)封存法”之外，還有一種“碳捕集和儲存技術(shù)”，把二氧化碳先通過化學(xué)反應(yīng)，變成固態(tài)的化合物，再拿去封存，稱為“二氧化碳的礦物封存”。

科學(xué)家用氧化鎂（MgO）、氧化鈣（CaO）等活潑金屬的氧化物，在加熱、加壓的條件下，和水、二氧化碳一起發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鈣（CaCO3）、碳酸鎂（MgCO3）等碳酸鹽;而這些固態(tài)的碳酸鹽，無論是埋入地下還是用作建筑材料，安全性都很好。

同樣，我們也非常容易獲得氧化鎂和氧化鈣：它們主要來自工業(yè)和采礦業(yè)的廢渣。比如，煉鋼產(chǎn)生的鋼渣、發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰、制造水泥產(chǎn)生的水泥窯灰，都富含氧化鈣;采礦產(chǎn)生的石棉尾礦、鎳尾礦，則富含氧化鎂。而這種“以廢制廢”的策略，不僅能以低廉的價格得到礦物封存的原料，還能順帶降低這些廢渣本身對環(huán)境的污染風(fēng)險，屬于一舉兩得。

然而，加熱、加壓，意味著巨大的能源消耗;而水和催化劑的使用，又會帶來新的環(huán)保壓力。兩者加在一起，也會使成本相應(yīng)增高，這大約是“液態(tài)封存”的幾十倍之多，影響了其應(yīng)用推廣。

“碳捕捉”的未來在何方

事實上，“碳捕集和儲存技術(shù)”中的“液態(tài)封存法”和“礦物封存法”，主要針對的是工業(yè)排放的氣體，其中二氧化碳濃度較高，而這也是目前二氧化碳增量的最大來源。與之相比，空氣中的二氧化碳濃度僅有萬分之三左右，捕捉起來效率很低，上述兩種方式就難以發(fā)揮作用了。

對捕捉空氣中的二氧化碳，有人想出了一個腦洞大開的方案：用鋼鐵制造很多棵“人工樹”，頂端建一層面積很大的薄膜，薄膜上有石灰水等堿性物質(zhì)，使其外觀看上去就像是一個巨大的鋼鐵蒼蠅拍。當風(fēng)吹過時，這些薄膜上的物質(zhì)，就會與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，把它固定下來。當物質(zhì)被“吸收”滿了，再把“拍面”整個拆下，刮下碳酸鈣來，便完成了“碳捕捉”。

還有人提出，用二氧化碳直接加氫還原，從而制作燃料;或者是作為化工的原料，減少對石油的依賴。這些技術(shù)在實驗室中都有一定進展，但距離其產(chǎn)業(yè)化還有很長距離。

目前，要真正解決碳捕集、利用的難題，科技人員需要做的事情還有很多，也難怪馬斯克砸重金尋找最佳的“碳捕捉”技術(shù)了，畢竟，一旦技術(shù)成熟，除了商業(yè)目的，的確也將造福整個人類社會。

科研人員在努力，作為普通人的我們，同樣可以貢獻自己力量。一方面，盡可能地選擇低碳環(huán)保的生活方式，比如，少用紙巾、保護森林、隨手關(guān)燈、多采用共享方式出行;另一方面，支持和參與植樹造林，讓樹木來吸收、利用空氣中的二氧化碳，還能起到涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、保護野生動物的作用，且成本相對更低，實在是一舉兩得的減碳好方法。