想象一下現(xiàn)在是 2050 年。當你來到一片荒漠，穿過陽光炙烤的灌木叢，道路兩旁只有幾個早已廢棄的抽油泵。然后，你看到一座閃閃發(fā)光的大型建筑從平坦的地面上拔地而起。這里的土地像一面巨大的鏡子，太陽能板陣列如同銀藍色的波浪，向四面八方伸展。在遠處，它們環(huán)繞著一堵巨大的灰色墻壁，有五層樓高，長度接近一公里。在墻的后面，你可以看到如化工廠般蜿蜒曲折的管道和臺架。
▲如果想通過捕獲大氣中多余的二氧化碳來緩解全球變暖的危機，就需要一種大規(guī)模的新型全球工業(yè)。那么，我們需要做些什么才能實現(xiàn)這一目標呢？
當你走近時，你會看到這堵墻正在移動，并且閃閃發(fā)光；事實上，它幾乎就是由鋼鐵盒子里呼呼作響的風扇組成的，看起來就像一個巨大的空調(diào)機組，被放大到不可思議的比例。從某種意義上，也確實如此。這是一個 “直接空氣捕獲”（direct air capture，簡稱 DAC）工廠，在全世界，有成千上萬個類似的工廠，它們的工作就是吸收空氣中的二氧化碳，以此 “冷卻”地球，這里的工廠致力于捕獲化石燃料的殘留物——空氣中的二氧化碳——并將其泵入被抽空的地下儲庫。
如果我們要在 2100 年前實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》所制定的將全球變暖幅度控制在 1.5 攝氏度的目標，那么到本世紀中葉，這樣的景象可能就很有必要。
Carbon Engineering 公司在加拿大不列顛哥倫比亞省的試點工廠
不過，讓我們暫時回到 2021 年。在加拿大不列顛哥倫比亞省的斯闊米什（Squamish），一個谷倉大小、覆蓋著藍色油布的設備，在雪山天際線的映襯下，正在進行最后的準備工作。這是 Carbon Engineering 公司的直接空氣捕獲工廠，將在 9 月份投入使用，開始每年從空氣中清除 1 噸的二氧化碳。這只是一個開始，在美國德克薩斯州還有一個規(guī)模稍大的工廠正在建設中，不過在目前這個階段，斯闊米什的工廠是 DAC 工廠的典型規(guī)模。
“我們面臨著氣候變化問題，而這是由二氧化碳過量造成的，”Carbon Engineering 公司首席執(zhí)行官史蒂夫 · 奧爾德姆說，“有了 DAC，你可以在任何地方、任何時間移除任何排放物。這是一個非常強大的工具?！?/p>
大多數(shù)碳捕獲側重于從源頭清潔排放物，即通過煙囪上的洗滌器和過濾器防止有害氣體進入大氣。然而，對于地球上數(shù)以十億計的汽車而言，這是不切實際的，因為這些排放源很小且數(shù)量極多。源頭清潔也不能解決空氣中已經(jīng)存在的二氧化碳。于是，直接空氣捕獲便有了用武之地。
如果世界想要避免災難性的氣候變化，僅僅轉向碳中和社會是不夠的。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）警告稱，如果要在 2100 年時將全球變暖限制在 1.5 攝氏度，就需要像 DAC 這樣 “大規(guī)模部署二氧化碳消除措施”的技術——這里的 “大規(guī)?！笔侵该磕陻?shù)十億噸或數(shù)十億噸。特斯拉和 SpaceX 的首席執(zhí)行官埃隆 · 馬斯克最近承諾，將投資 1 億美元開發(fā)碳捕捉技術，而微軟、美國聯(lián)合航空公司和埃克森美孚等公司也準備在該領域進行 10 億美元級別的投資。
目前的模型顯示，到 2050 年，人類每年需要移除 100 億噸二氧化碳；到本世紀末，這個數(shù)字需要翻一番，達到每年 200 億噸。但現(xiàn)在，我們幾乎沒有移除任何二氧化碳，必須從零開始。
Carbon Engineering 公司位于斯闊米什的工廠被設計成不同技術的試驗平臺。與此同時，該公司正規(guī)劃在美國西部的油田中建設一個更大的碳捕獲工廠，每年將固定 100 萬噸二氧化碳。在一個項目完成后，它就會成為可以復制的模型，只需要簡單地復制那個工廠就行了。但未來的項目規(guī)模會令人難以置信，我們需要從大氣中移除 8000 億噸二氧化碳，這可不會在一夜之間發(fā)生。
不切實際的想法？
▲冰島的工廠也致力于將二氧化碳變成礦物質(zhì)的一部分，使其不進入大氣循環(huán)。這是一個長期的過程
“直接空氣捕獲”的科學原理很簡單，目前已有若干方法可以做到這一點。Carbon Engineering 公司的系統(tǒng)是利用風扇，將二氧化碳含量為 0.04% 的空氣經(jīng)過濾器吸入氫氧化鉀溶液中。氫氧化鉀是一種腐蝕性化學物質(zhì)，俗稱苛性鉀，可用于制造肥皂及其他含鉀的化學物質(zhì)。氫氧化鉀從空氣中吸收二氧化碳后，溶液通過管道輸送到另一個反應室，與氫氧化鈣（建筑用石灰）混合。這些石灰會吸收溶解的二氧化碳，形成小片的石灰石。將這些石灰石薄片篩掉之后，剩余物質(zhì)被輸送至第三個反應室——稱為分解爐——進行加熱，直到分解釋放出可被被捕獲并儲存的純二氧化碳。在每個階段，剩余的化學殘留物都會在過程中被回收，形成一個封閉的、不斷重復的反應，不產(chǎn)生任何廢料。
在全球碳排放持續(xù)上升的背景下，如果沒有這樣的干預措施，想要實現(xiàn) 1.5 攝氏度的氣候目標將極為困難。阿杰伊 · 甘比爾是帝國理工學院格蘭瑟姆氣候變化研究所的高級研究員，也是 2019 年一篇關于 DAC 如何緩解氣候的論文作者之一，他說：“如果沒有直接空氣捕獲，就可能發(fā)生各種各樣難以預料的情況，我們將很難實現(xiàn)巴黎協(xié)定的目標。”
IPCC 確實提出了一些不依賴于直接空氣捕獲的氣候穩(wěn)定模型，但這些模型對于能源效率提高和人類行為改變意愿的假設太不切實際了。我們已經(jīng)過了需要減排的階段，未來將越來越依賴 DAC。
直接空氣捕獲遠非從大氣中提取碳的唯一方式。我們也可以通過改變土地使用方式來自然除碳，比如恢復泥炭地，或者種植森林——這也是最普遍的做法。但些過程都十分緩慢，而且需要大量寶貴的土地。據(jù)估計，如果新種植森林的面積與美國相當，那么在這一過程中，食品價格將推高 5 倍。就樹木而言，它們對碳的去除效果是有限的，因為樹木最終會死亡并釋放出所儲存的碳，除非可以在一個封閉的系統(tǒng)中進行砍伐和燃燒。
如果不依靠植物，而是使用諸如 DAC 這樣的技術來去除二氧化碳，面臨的挑戰(zhàn)同樣巨大。甘比爾在論文進行了計算，發(fā)現(xiàn)如果要追上目前全球二氧化碳排放——每年 360 億噸——的步伐，就需要建造 3 萬個大規(guī)模的 DAC 工廠，是今天世界上運行的燃煤電廠三倍還多。每個 DAC 工廠的建設成本將高達 5 億美元，總成本可高達 15 萬億美元。
每一個這樣的碳捕獲設施都需要配備大量的溶劑來吸收二氧化碳。在一座足夠大的 DAC 工廠中，如果捕獲 100 億噸二氧化碳，將需要大約 400 萬噸氫氧化鉀，這相當于全世界氫氧化鉀年供應量的 1.5 倍。
當數(shù)以千計的 DAC 工廠建成之后，其運行也需要大量的電力。如果這是一個每年吸收 100 億噸二氧化碳的全球性產(chǎn)業(yè)，那么將消耗 100 艾焦（10^18 焦耳）的能量，約占全球總能源的六分之一。這些能量中的大部分都用于將分解爐加熱到大約 800 攝氏度，而這對單一電源而言要求太高了，因此每個 DAC 工廠都需要配備燃氣爐，以及現(xiàn)成的天然氣來源。
成本問題
從空氣中捕獲 1 噸二氧化碳的成本估計值相差很大，從每噸 100 美元到 1000 美元不等。多數(shù)估計數(shù)據(jù)過于悲觀，希望寄托于在相關的工業(yè)過程廣泛應用之后能降低成本。
一個更大的問題是尋找投資。從商業(yè)角度來說，拯救世界其實是一件很難推銷的事情，這似乎很令人難以置信。不過，直接空氣捕獲確實帶來了一項有價值的商品：數(shù)千噸壓縮二氧化碳。這些二氧化碳可與氫結合，制造合成碳中性燃料，可以出售或在分解反應室的燃氣爐中燃燒（在那里排放的氣體將被捕獲并再次循環(huán)）。
令人意想不到的是，壓縮二氧化碳的最大客戶之一竟然是化石燃料行業(yè)。當油井枯竭時，可用氣體注入或化學品注入的方式，將剩余的石油從地下擠壓出來，這一過程被稱為 “強化采油技術”。二氧化碳是一個很受歡迎的選項，并且還有一個額外的好處，那就是可以將碳鎖在地下，完成碳捕獲和儲存的最后一步。西方石油公司（Occidental Petroleum）已經(jīng)與 Carbon Engineering 公司合作，準備在德克薩斯州建設一個全尺寸的 DAC 工廠，每年為強化采油提供約 5000 萬噸二氧化碳。每一噸用于該技術的二氧化碳都可以抵免 225 美元的稅收優(yōu)惠。
將空氣中的二氧化碳最終儲存于油田的地下，或許再合適不過，但諷刺的是，為了實現(xiàn)這一目的，唯一的融資方式竟是獲取更多的石油。西方石油公司和其他一些公司希望，通過將二氧化碳泵入地下的方式，大幅減少石油對碳排放的影響；這是典型的強化回收作業(yè)，在儲存 1 噸二氧化碳的同時，新采掘的石油又釋放了 1.5 噸二氧化碳。因此，盡管這個過程減少了與石油相關的碳排放，但并不能真正地實現(xiàn)收支平衡。
Climeworks 公司在瑞士蘇黎世附近的工廠，其捕獲的二氧化碳被出售給附近的溫室蔬菜種植者
壓縮二氧化碳還有一些其他的用途，可能會使其更具有商業(yè)可行性。另一家從事直接空氣捕獲的公司 Climeworks 目前運行著 14 個規(guī)模較小的裝置，每年儲存 900 噸二氧化碳，賣給溫室以促進蔬菜的生長。目前，該公司正在研究一個長期的解決方案：在冰島建設的一座能將捕獲的二氧化碳與水混合的工廠，并將混合物泵入地下 500 至 600 米深處，使二氧化碳氣體與周圍的玄武巖發(fā)生反應，最終成為石頭的一部分。為了籌集資金，該公司向各大企業(yè)和民眾提供購買碳補償?shù)哪芰?，起價僅為每月 7 歐元。這能否說服世界其他國家購買呢？
“DAC 總是要花錢的，除非有人付錢給你，否則就沒有經(jīng)濟激勵?！笨死锼?· 古道爾在《我們現(xiàn)在需要做什么：為零碳的未來》（What We Need To Do Now： For A Zero Carbon Future）一書中寫道，“Climeworks 公司可以向善良的人出售信用，與微軟和 Stripe 公司簽訂合同，每年從大氣中提取幾百噸（二氧化碳），但這需要擴大到 100 萬倍的規(guī)模，這需要有人為此買單?！?/p>
電動汽車獲得了大量補貼，太陽能發(fā)電場也得到了低廉的融資，但你看不到 DAC 得到這樣的待遇，人們對減排的關注度如此之高，但對其他問題的關注卻沒有達到同樣程度，比如大氣中二氧化碳的含量。DAC 面臨的最大障礙是，制定政策時并沒有將其考慮在內(nèi)。
DAC 將走上與其他氣候技術類似的道路，并變得更加廉價。研究者正在完善成本曲線，展示了技術會如何快速地降低成本。在風能和太陽能方面，也克服了類似的障礙。最重要的是盡可能多地部署這些設施。政府對該技術商業(yè)化的支持是很重要的，因為它是第一個客戶，也是一個非常有錢的客戶。
也有研究者主張征收全球碳稅，如果不購買碳補償?shù)脑?，碳稅會使排放碳的成本變得更高。但這在政治上仍是一個難以被人接受的選項。沒有人愿意支付更高的稅收，特別是許多人認為高能量生活方式的外部效應——不斷增加的野火、干旱、洪水和海平面上升——都是別人的負擔。
我們還需要在社會上就這些技術的成本進行更廣泛的討論。氣候變化，以及自然災害的發(fā)生或加劇都會使人類付出巨大的代價。我們也許需要摒棄 DAC 應該廉價的想法。
風險和回報
促進溫室蔬菜的生長是 DAC 的應用之一
即使有關方面同意建造 3 萬個工業(yè)規(guī)模的 DAC 工廠，并找到運營這些工廠所需的化學材料，以及支付所有費用的資金，人類也不一定會脫離困境。事實上，由于所謂的 “緩解威懾”（mitigation deterrence）現(xiàn)象，我們最終可能會比以前更糟糕。
如果你認為 DAC 將在中長期的未來出現(xiàn)，那么在短時期內(nèi)，過量的排放就不會有所減少，如果 DAC 工廠的規(guī)模無法擴大，比如很難生產(chǎn)足夠的吸附劑，或者吸附劑很快就會降解；這項技術可能會變得更加棘手，成本比預期的更加高昂，那么在某種意義上，如果短期內(nèi)沒有采取有效措施的話，地球的溫度就注定會上升得更快。
DAC 的批評者指出，該技術的吸引力很大程度上在于一種只存在于假想中的承諾，允許我們繼續(xù)過著富碳的生活。但對于一些難以減碳的行業(yè)（比如航空業(yè)），通過補償來為 DAC 提供資金可能是最可行的選擇。如果從空氣中移除碳比停止飛行代價更低、更容易做到的話，DAC 或許就能在碳排放控制中真正發(fā)揮作用。
但這并不是一種非此即彼的情況，我們需要在近期迅速減少排放，但與此同時，也要堅決發(fā)展 DAC，以確定其能否在未來為我們服務，DAC 是平衡碳預算的關鍵工具，我們今天還無法移除的碳，可以在未來再進行移除。
尋求擴大 DAC 規(guī)模的同時，最重要的根本因素是證明大規(guī)模 DAC 是 “可行的，也是負擔得起并可用的”。如果 Carbon Engineering 公司最終取得成功，地球氣候的未來可能就將看到希望。
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