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【環(huán)為科普】固碳有哪些技術(shù)手段呢?

來(lái)源:環(huán)為 網(wǎng)責任編輯:環(huán)小為 閱讀量:2522 發(fā)表時(shí)間:2022-03-10

在眾多碳中和技術(shù)路徑中,有一個(gè)治理思路,因其可高效降低大氣二氧化碳濃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,怎么能捕捉回來(lái)呢?

從邏輯上講,減少大氣中的二氧化碳有兩個(gè)努力方向:一是減少輸入,即在最短時(shí)間內轉變我們的能源獲取方式,不再使用石油、煤炭、天然氣等富碳燃料,減少人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的二氧化碳;二是增加去路,即盡最大可能提高環(huán)境和人工二氧化碳的固定能力,直接降低大氣中的二氧化碳濃度。

第一條路徑,目前可謂困難重重。因此,第二條路徑——提高環(huán)境和人工二氧化碳的固定能力,成為技術(shù)研發(fā)的焦點(diǎn)。


01除了種樹(shù),固碳還要用高科技干預

花草樹(shù)木,不單單是美麗的人間風(fēng)景,也是勤勉的固碳小能手。植物始于本能的光合作用,仿佛是它們給予地球的美妙祝福:吸收二氧化碳和水,合成構建植物軀干的有機物質(zhì),并釋放氧氣。森林作為陸地生態(tài)系統的主體,就是陸地上最大的“固碳倉庫”。

然而,植物雖然能固碳,但時(shí)效性慢,難以在短時(shí)間內遏制強勁的二氧化碳增加趨勢。通過(guò)工程干預進(jìn)行碳捕捉,這一思路便應運而生。

當前碳捕捉技術(shù)的核心目的,是將人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的二氧化碳收集起來(lái),加以?xún)Υ嫔踔晾?,避免其排放到大氣中。主要技術(shù)方向有三個(gè),分別是:碳捕捉與儲存、碳捕捉與能源化利用、碳捕捉與資源化利用。


02碳捕捉與儲存——把二氧化碳封存在地下

碳捕捉與儲存,即從人類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)或單純的化石燃料燃燒的尾氣中分離出二氧化碳,儲存起來(lái)使其不進(jìn)入大氣。該過(guò)程通過(guò)燃燒后技術(shù),或采用低碳的燃燒前技術(shù),直接從煙道氣流中去除二氧化碳。完成二氧化碳捕捉后,再通過(guò)管道將其注入一定深度的地下巖層中封存起來(lái)。

通常的封存地點(diǎn)是廢棄油田、氣田等。雖然有研究表明,采用高壓注水等途徑,可以加速使二氧化碳以碳酸鹽的形式和地殼巖塊結合,實(shí)現穩定儲存。但這些碳,終究只是以“打盹”的形式,維持著(zhù)微妙的平衡存在于地殼之中。一些科學(xué)家擔心,頻繁的地殼活動(dòng),終有一天會(huì )將這些氣體送回地面,其技術(shù)安全性還有待加強。


03碳捕捉與能源化利用——二氧化碳也能做燃料

這是將二氧化碳捕捉之后,再次用來(lái)獲取能量的一項技術(shù)路徑。簡(jiǎn)單說(shuō),就是把二氧化碳變成燃料。二氧化碳一直是燃料燃燒后的尾氣成分,甚至被用來(lái)滅火,“二氧化碳燃料”這個(gè)名詞組合,難免讓人感覺(jué)有些怪異。但科學(xué)家真的讓這種奇思妙想變成了現實(shí)。碳捕捉后進(jìn)行能量開(kāi)發(fā),最先人們考慮的是,采用太陽(yáng)能模擬植物光合作用,將二氧化碳固定成燃料。結果發(fā)現,即便實(shí)現了這個(gè)反應,也只能算是對高品位能源的儲能再釋放,有點(diǎn)得不償失。

直到熱機工作原理的新認識出現,相關(guān)技術(shù)才開(kāi)始突飛猛進(jìn)。以往熱機工作都是通過(guò)燃料燃燒,加熱腔室,獲取密閉空間的氣體膨脹,從而驅動(dòng)熱機運轉。容易想到,加熱不是熱機工作的目的,而只是手段。如果我們的燃料原本就是極低溫的,恢復到正常溫度,也會(huì )產(chǎn)生巨大膨壓,即便不燃燒,也能驅動(dòng)熱機運轉。

二氧化碳恰是這樣一種神奇物質(zhì)。常壓下,它以零下78.5℃超低溫、固態(tài)干冰的形式存在;到了約10個(gè)大氣壓的環(huán)境中,又會(huì )變成液體流動(dòng),便于輸送。如果用干冰作為工作介質(zhì),就可以吸收環(huán)境中的熱量,從而受熱氣化。如果這一過(guò)程被限制在一個(gè)封閉容器中,就可以得到數十個(gè)大氣壓的常溫二氧化碳氣體。理論上,這種高壓、常溫氣體,完全可以推動(dòng)氣動(dòng)機械做功。

根據這一理念,低溫熱機迅速誕生。這幾乎是蒸汽機革命之后,人類(lèi)對驅動(dòng)能源做的最有意思的一次嘗試。碳捕捉完成后形成的干冰物質(zhì),作為驅動(dòng)熱機運轉的燃料,氣化后釋放到空氣中,之后再次被捕捉回來(lái),從而保持一種人類(lèi)活動(dòng)與大氣狀態(tài)之間的奇妙平衡。


?04碳捕捉與資源化利用——二氧化碳代替石油做化工原料

這是另一個(gè)絕妙的固碳方案,即把二氧化碳作為工業(yè)生產(chǎn)的原料使用。我們當前絕大多數的人造材料、合成制品,都是石油化工的產(chǎn)物。換句話(huà)說(shuō),就是都源自地球上的動(dòng)植物數億年前收集的二氧化碳。理論上,以今天人類(lèi)對物質(zhì)的認識和改造水平,完全可以將捕捉到的二氧化碳,用于制備當前從石油中衍生得到的化學(xué)品和材料。其關(guān)鍵在于,在這天馬行空的改造中,怎樣有效控制成本。

二氧化碳是一種極其穩定的分子,作為原料參與化工合成,需要吸收大量能量。這也意味著(zhù)其轉化成本非常高昂??茖W(xué)家們必須先找到一條低耗能的轉化路徑。事實(shí)上,截至當前,基于二氧化碳的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù),已經(jīng)衍生出諸如建筑材料、化學(xué)品、塑料聚合物、碳纖維和碳材料等極具潛力的分支。


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