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2017年10月31日,联合国发布了一份气候变化评估报告,结果显示,各国政府承诺的削减温室气体排放量,和科学家认为可以避免气候变化带来威胁的减排量之间仍存在巨大差距.这将导致在本世纪末气温上升3摄氏度以上—而2016年,巴黎协定将“全球平均气温增加低于2摄氏度定为目标,这是科学家认为的安全界 限.
虽然多年来,各国政府纷纷开展一系列节能减排举措,但主要由温室气体带来的环境问题并不是容易解决的.
这是一个不小的挑战.化石燃料暂时还是许多产业无可替代的燃料.即便是利用可再生能源,最理想的情况下可以减排80%,也无法起到根治作用.换句话说,二氧化碳等公认的温室气体依然无时无刻不在进入大气层,依靠汽车限行、工厂减排等措施能够在一定程度上减缓温室效应,但还远远不够.
瑞士公司Climeworks想出了让人类发挥主观能动性的新办法.今年年初,这家公司成为全球首个以工业规模从空气中捕获二氧化碳并出售的企业.
既然无法阻止二氧化碳进入大气层,那么不妨将目光放在空气中已经存在的二氧化碳上—将它们捕获,并以能源形式再利用.这就是二氧化碳捕捉技术.
如今,在瑞士最大城市苏黎世郊外的一家垃圾焚烧厂的屋顶上,安装了一组由18个管状风筒组成的机器.虽然长得像空调室外机,但这台机器的作用可不是制冷或者供暖,而是捕捉工厂排放的二氧化碳.
这台机器名为Climeworks CO2 Capture Plant,就来自于瑞士公司Climeworks.Climeworks CO2 Capture Plant每年能够捕捉900吨二氧化碳,并将其通过管道输送至农业生产区及工厂.
Climeworks的两位创始人Christoph Gebald和Jan Wurzbacher从2007年开始研究二氧化碳捕捉技术.两人分工明确,Wurzbacher主要负责流程开发和管理,Gebald则专心研究二氧化碳吸附剂—捕捉二氧化碳的关键性物质.
大自然中存在一种天然二氧化碳收集器,那就是森林.两位创始人从植物的光合作用中获得灵感.植物吸收空气中的二氧化碳,并释放氧气,Climeworks CO2 Capture Plant则将吸收的二氧化碳变成可再生能源.树木每生长一立方米,平均多吸收1.83吨二氧化碳,这说明该捕碳装置一年的吸收量相当于多生长了500立方米森林.
Climeworks CO2 Capture Plant的过滤器中含有一种二氧化碳吸附剂.一旦过滤器中的二氧化碳达到饱和状态,便会开启加热装置.在100摄氏度的条件下,它能和通过其中的空气中的二氧化碳发生反应,并产生浓缩二氧化碳.收集器会将经过浓缩的二氧化碳收集起来,当工厂或温室需要使用二氧化碳时,便能獲得纯净的二氧化碳.一般情况下,这个循环可以重复数千次.
过滤剂的主要成分是一种有机胺改性多孔材料,它在吸附空气中二氧化碳的同时,也能吸附水分子.这带来一个额外好处—捕碳装置基本不需要消耗外部水资源.
事实上,有效减少捕碳过程中的大量能源消耗,是该技术得以实现商业化的关键.
Climeworks CO2 Capture Plant早在2009年就已初具雏形,但由于高昂的捕捉成本,迟迟未能实现商业化.而捕碳过程消耗的大量能源,相对其产生的节能效果而言,被认为是一种得不偿失的技术.
全球范围内,关于捕碳技术商业化的尝试纷纷因此遇到瓶颈.
提高石油采收率是捕碳技术的主要应用方向之一.在已知的全球18个具备大规模捕碳能力的公司中,有14家公司的主要目标客户是石油公司.将捕获到的二氧化碳泵入地下,可提取石油.但由于成本过高,缺少投资,均未能实现商业化.
直到2017年1月,碳捕集项目Petra Nova才在美国正式投入使用.Petra Nova将发电厂废气中的二氧化碳集中收集,并转化成可再生能源,用于采集石油、天然气等燃料.该项目由美国NRG能源公司和日本JX能源公司联合投资,总金额超过10亿美元.
尽管将客户定位于农业生产和企业工厂,Climeworks也遇到过类似问题.经过多年研究,Climeworks改良了捕碳装置的过滤器以及动力来源.除了能利用空气中的水资源,加热装置的热量来自于地热或者工业废热,这极大地减少了能源消耗.
此外,Climeworks的捕碳装置是模块化的.一组18个装置能随意拆解组合,可独立于排放尾气的源头.比如旋转在屋顶等位置上.这保证了捕碳装置的灵活性,可根据实际需要在合适的地点使用合适数量的捕碳装置.捕碳装置通过触摸屏控制,实现全天候运行.
“这是公司首次尝试出售二氧化碳,此前并未有同类公司做过商业化实践.”Wurzbacher在接受采访时表示.虽然已有不少捕碳公司具备生产相关设备的能力,但Climeworks是第一个成功向企业出售二氧化碳的公 司.
目前,每吨二氧化碳售价约为600美元.“未来,每吨二氧化碳的成本将降至100美元.”Wurzbacher说.降低成本需要更大规模的生产,据Wurzbacher介绍,当商业化规模达到25万台Climeworks CO2 Capture Plant设备时,即可捕获全球二氧化碳排放量的1%.“我们计划在2025年之前达到这个目标.”Climeworks市场部经理Louise Charles对《第一财经周刊》说.
捕碳技术对于缓解温室效应的积极作用不仅在于直接减少空气中的二氧化碳含量.作为二氧化碳供应商,捕碳技术通过下游工厂间接节约的能源,也是一个可观的数字.
Climeworks将收集到的纯二氧化碳气体售卖给食品、饮料、商业农业、能源以及汽车公司.奥迪就是Climeworks的客户之一,利用二氧化碳研发的可再生燃料,是奥迪公司目前的能源来源之一.
在食品和饮料工厂,二氧化碳捕捉装置带来的经济效益更加明显.碳酸饮料和食品包装可以直接使用二氧化碳作为原料.此外,工厂的废气进入循环系统后,能够转化为可再生能源,为工厂提供动力.
Climeworks还会将二氧化碳出售给工厂附近用于农业生产的温室大棚,以提高蔬菜产量.结果表明,该温室大棚的蔬菜产量提高了20%.
即便目前的二氧化碳“产量”还有富余,也不会造成浪费.经过二氧化碳捕捉技术得到的二氧化碳可直接压入地下储存.
“有研究称,到2050年,人们每年需要从空气中捕集10亿吨二氧化碳.”Wurzbacher表示.显然,Climeworks目前的生产规模还远远不够.除了在苏黎世的项目,Climeworks还将捕碳装置安装在冰岛的一家地热发电站,一年可从废气中回收50吨二氧化碳.“Climeworks在欧洲已经建立了10个工厂.”Charles告诉《第一财经周刊》.
要达到如此大的捕集规模,离不开政府基础设施建设.一旦二氧化碳捕捉技术得以普遍运用,空气便成为另一块“油田”.真正的二氧化碳零排放也将成为可能—无论释放出多少二氧化碳,它们本身就来源于空 气.
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参考文献：
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