文·图/沈臻懿

从梦想到现实

自工业革命以来，人类社会在工业化程度提升的同时，也带来了化石燃料大量消耗、全球森林破坏、温室气体效应不断加剧等严峻问题。据统计，在两百多年的时间里，人类已累计排放了2000亿吨的二氧化碳。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在《关于全球升温比工业化前水平高1.5℃及相关全球温室气体排放路径的影响》特别报告中指出，相较于工业革命之前，人类活动已导致全球气温升高1.0℃左右，若继续按此速率增长，全球气温将在2030年至2050年间提升1.5℃，这也将导致生态灾害、极端天气的产生更为密集。

IPCC指出，鉴于历史排放的温室气体在数百年内会持续徘徊在空气中，即使全部停止温室气体的排放，全球气温仍将处于上升阶段。为了有效遏制全球升温变暖，空气中二氧化碳含量的降低就尤为关键。除了大幅减少碳排放以外，还需要有大规模的碳清除技术，来消除历史残留的二氧化碳。科学研究表明，如果持续每年从空气中清除100亿吨的二氧化碳，那么到2050年前后，即可恢复空气中的二度。除二氧化碳的技术方案，等产生二氧化碳气体的排及从空气环境中直接捕获有空气中直接捕获并清除称之为负排放，并有望降低氧化碳绝对浓度。

“空气中捕碳”看似科幻，一旦成为现实，将帮助人避免灾难性的全球气候暖。2021年9月，一家致力于空气捕获除碳技术研发的公司——Climeworks，在冰岛引入突破性的碳清除技术——空气直接捕碳和存储技术（DACS），以打造全球最大的二氧化碳清除工厂。该工厂拥有的空气直接捕碳设备一旦正式启用，每年预计可“吞食”二氧化碳4000吨，并可将其转化进行安全处理。在未来的4年里，Climeworks还计划将二氧化碳清除能力再提升80倍！

“吞食”二氧化碳的技术秘密

DACS 碳清除技术在一定程度上，可以视作是一种工业化的光合作用。类似于植物光合作用将二氧化碳通过化学反应转化为碳水化合物这般，DACS 碳清除技术则是通过一定方式从空气中直接“吞食”和清除二氧化碳。该技术能够“吞食”二氧化碳的核心秘密，就在于“火力全开”的空气直接捕碳设备。

DACS 碳清除技术由八个模块化的大型收集容器组成。这些形似集装箱的容器，每个体积约为一辆牵引车大小，内部装有12个大型工业级风扇。根据设计参数，每个收集器的二氧化碳年捕获量可达500吨。当设备开始运作后，内置的强力风扇能够源源不断地将周边空气“吸入”容器内。在空气流动的过程中，其含有的的二二氧氧化化碳碳气气体体会会被被收收集集器器内内的的高高选选择择性过滤材料所吸收，剩余空气则从收集器的另一侧被排出。当过滤材料捕捉到的二氧化碳达到饱和程度后，收集容器即会关闭，以避免过量的空气继续进入。

“吞食”二氧化碳的全流程需要由多个阶段共同衔接而成。在“捕获”空气中的二氧化碳气体后，就需要进一步考虑如何对其进行处理和清除。这一过程中，DACS碳清除技术充分利用了冰岛丰富的地热资源。通过地热发电提供的能量，对收集容器内吸附的二氧化碳气体进行加热，并升温至80℃～100℃。该操作能够让二氧化碳从过滤装置中释放出来，并在高压环境下经压缩、净化后提取出高纯度的气体。

我们都知道，设备装置在工作时会消耗一定的能源，并有可能排放出温室气体。这就需要在清除二氧化碳时，充分考虑“吞食”气体和排放气体之间的占比关系。DACS碳清除技术所需的空气直接捕碳设备，使用的是可再生能源来提供动力。其工作时，只会排放出不足捕获量10%的二氧化碳。

提纯并压缩的二氧化碳，仅仅只是DACS碳清除技术的“中间产品”。接下来，这些二氧化碳将会以某种形式予以存储。碳存储的方式，包括了自然途径和人为处理等多种类型。其既可以自然存储于岩石、海洋、森林、土壤之中，也可以借助人为的生物能源、植树造林、碳捕获处理等方式来实现。DACS碳清除技术的研究人员最终选择了地质化的存储方式，即把二氧化碳存储于地球圈的地下岩石之中。该方法充分利用了自然途径，也是一种具有永久性，且安全性较高的技术手段。同时，空气直接捕获与存储的结合，也有着土地占用面积小、水资源消耗少等显著优势。

技术方案，包括了从烟囱等产生二氧化碳的排放点捕获，以及从空气中直接捕获

DACS碳清除技术在应用时，需要将压缩后的二氧化碳与热水进行混合，用机械泵一并注入地表以下的岩石深处进行矿化。在时间的作用下，二氧化碳和水混合物会和玄武岩等矿物质作用，在4个月左右变为硫氢化物，历经大约2年后结晶生成化学性质稳定的碳酸盐。至此，一个完整的碳捕获和存储过程才得以全部完成。

诚然，地球上几乎所有的地方都可以找到玄武岩的存在；但DACS技术的研究人员发现，冰岛的地质构造极为适合二氧化碳的存储。依托冰岛独特的地质条件，深埋的二氧化碳合成物能被安全、牢固地“紧锁”在地底。被称之为“极圈火岛国”的冰岛，火山数量不仅多，而且极为活跃。组成冰岛的岩石均为火山岩，其中又以玄武岩的分布最为广泛。鉴于火山的活跃性，这些玄武岩的年份都很短。新鲜玄武岩的多孔性能很强，这能让碳有更多的缝隙和空间可供填充，堪称二氧化碳存储的“优质平台”。这些碳酸盐矿物不仅可以永久埋入深层地质结构中，还可以被用来制造建筑材料、化学产品等。此外，单就从空气中捕获的二氧化碳而言，其在汽车行业、能源产业、碳酸饮料和食品加工等领域也颇受欢迎。

碳清除技术的发展脚步

预计年“吞食”量4000吨的DACS碳清除技术虽已达到一定规模，但其与全球气候变暖所涉的二氧化碳规模仍有着非常大的差距。据国际能源署（IEA）统计表明，全球碳排放量主要来自能源发电供热、交通运输以及建筑业和制造业。这些行业领域对于碳清除技术的需求缺口依然极大。

DACS碳清除技术的优势在于其可永久性地消除二氧化碳，且可将捕获的这一气体予以商品化利用。若用于提供动力的是绿色或可再生能源，DACS在全球气候变化中的作用将更为重要。

然而，相较于植树造林这一成本最低的碳清除解决方案，DACS碳清除技术发展的最大瓶颈就是其成本过高的问题。据测算，建造一个二氧化碳清除工厂的成本大约在1000万美元至1500万美元。由于大气中的二氧化碳浓度非常稀少，仅为0.04%，这必然增加了清除和存储二氧化碳的难度。因而，相较于其他一些碳清除解决方案，DACS技术的成本更高，用于清除二氧化碳的成本高达每吨600美元至800美元。倘若研究人员能够找到进一步优化方案，持续推动成本降低，未来DACS碳清除技术的经济意义还将进一步凸显。