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2024-10-26 05:18

环保科普 | 固碳有哪些技术手段呢？

日期：2022-03-14 08:43来源：北京日报

责任编辑：市环保信息中心阅读量：2581 打印

　　在众多碳中和技术路径中，有一个治理思路，因其可高效降低大气二氧化碳浓度的前景而格外引人注意，那便是碳捕捉。那么，排出去的二氧化碳，怎么能捕捉回来呢？

　　从逻辑上讲，减少大气中的二氧化碳有两个努力方向：一是减少输入，即在最短时间内转变我们的能源获取方式，不再使用石油、煤炭、天然气等富碳燃料，减少人类活动产生的二氧化碳；二是增加去路，即尽最大可能提高环境和人工二氧化碳的固定能力，直接降低大气中的二氧化碳浓度。

　　第一条路径，目前可谓困难重重。因此，第二条路径——提高环境和人工二氧化碳的固定能力，成为技术研发的焦点。除了种树，固碳还要用高科技干预。花草树木，不单单是美丽的人间风景，也是勤勉的固碳小能手。植物始于本能的光合作用，仿佛是它们给予地球的美妙祝福：吸收二氧化碳和水，合成构建植物躯干的有机物质，并释放氧气。森林作为陆地生态系统的主体，就是陆地上最大的“固碳仓库”。

　　然而，植物虽然能固碳，但时效性慢，难以在短时间内遏制强劲的二氧化碳增加趋势。通过工程干预进行碳捕捉，这一思路便应运而生。

　　当前碳捕捉技术的核心目的，是将人类活动产生的二氧化碳收集起来，加以储存甚至利用，避免其排放到大气中。主要技术方向有三个，分别是：碳捕捉与储存、碳捕捉与能源化利用、碳捕捉与资源化利用。

　　碳捕捉与储存——把二氧化碳封存在地下。碳捕捉与储存，即从人类工业生产或单纯的化石燃料燃烧的尾气中分离出二氧化碳，储存起来使其不进入大气。该过程通过燃烧后技术，或采用低碳的燃烧前技术，直接从烟道气流中去除二氧化碳。完成二氧化碳捕捉后，再通过管道将其注入一定深度的地下岩层中封存起来。

　　通常的封存地点是废弃油田、气田等。虽然有研究表明，采用高压注水等途径，可以加速使二氧化碳以碳酸盐的形式和地壳岩块结合，实现稳定储存。但这些碳，终究只是以“打盹”的形式，维持着微妙的平衡存在于地壳之中。一些科学家担心，频繁的地壳活动，终有一天会将这些气体送回地面，其技术安全性还有待加强。

　　碳捕捉与能源化利用——二氧化碳也能做燃料。这是将二氧化碳捕捉之后，再次用来获取能量的一项技术路径。简单说，就是把二氧化碳变成燃料。二氧化碳一直是燃料燃烧后的尾气成分，甚至被用来灭火，“二氧化碳燃料”这个名词组合，难免让人感觉有些怪异。但科学家真的让这种奇思妙想变成了现实。碳捕捉后进行能量开发，最先人们考虑的是，采用太阳能模拟植物光合作用，将二氧化碳固定成燃料。结果发现，即便实现了这个反应，也只能算是对高品位能源的储能再释放，有点得不偿失。

　　直到热机工作原理的新认识出现，相关技术才开始突飞猛进。以往热机工作都是通过燃料燃烧，加热腔室，获取密闭空间的气体膨胀，从而驱动热机运转。容易想到，加热不是热机工作的目的，而只是手段。如果我们的燃料原本就是极低温的，恢复到正常温度，也会产生巨大膨压，即便不燃烧，也能驱动热机运转。

　　二氧化碳恰是这样一种神奇物质。常压下，它以零下78.5℃超低温、固态干冰的形式存在；到了约10个大气压的环境中，又会变成液体流动，便于输送。如果用干冰作为工作介质，就可以吸收环境中的热量，从而受热气化。如果这一过程被限制在一个封闭容器中，就可以得到数十个大气压的常温二氧化碳气体。理论上，这种高压、常温气体，完全可以推动气动机械做功。

　　根据这一理念，低温热机迅速诞生。这几乎是蒸汽机革命之后，人类对驱动能源做的最有意思的一次尝试。碳捕捉完成后形成的干冰物质，作为驱动热机运转的燃料，气化后释放到空气中，之后再次被捕捉回来，从而保持一种人类活动与大气状态之间的奇妙平衡。

　　碳捕捉与资源化利用——二氧化碳代替石油做化工原料。这是另一个绝妙的固碳方案，即把二氧化碳作为工业生产的原料使用。我们当前绝大多数的人造材料、合成制品，都是石油化工的产物。换句话说，就是都源自地球上的动植物数亿年前收集的二氧化碳。理论上，以今天人类对物质的认识和改造水平，完全可以将捕捉到的二氧化碳，用于制备当前从石油中衍生得到的化学品和材料。其关键在于，在这天马行空的改造中，怎样有效控制成本。二氧化碳是一种极其稳定的分子，作为原料参与化工合成，需要吸收大量能量。这也意味着其转化成本非常高昂。科学家们必须先找到一条低耗能的转化路径。事实上，截至当前，基于二氧化碳的产品开发技术，已经衍生出诸如建筑材料、化学品、塑料聚合物、碳纤维和碳材料等极具潜力的分支。