直接採集空氣中的碳,將如何影響能源明天?_風聞
根新未来-2022-08-19 09:51
文/觀察未來科技
如今,在全球氣候問題日益嚴峻的背景下,為了解決氣候問題,科學家們正在為社會提供越來越多的地質工程方面的解決方案。其中最為重要的應對方案,就是實施地球工程。英國皇家學會的一份報告將這一名詞定義為“為了消減氣候變化,刻意地、大尺度地操控地球氣候系統”。
**地球工程地球工程主要分為兩個主要途徑,即清除二氧化碳和處理太陽輻射。**其中,二氧化碳的捕捉和存儲,即將排放的二氧化碳通過收集分離然後壓縮埋起來,將氣態的碳收集起來,被認為是最安全,也是最可行的一種方式。
**對於此,現在,從大氣採取二氧化碳後,製作成碳複合材料的“空氣直接採集技術”(DAC)正在受到世界範圍內的關注。**這項被稱為應對氣候變化的“B計劃”,也被戴爾·傑米森的戲稱,是那些沒有實行安全消費的社會所需要服用的緊急避孕藥。不僅如此,在成為拯救地球計劃的同時,DAC還展示出了對於革新能源明天的極大潛力。

最安全的地球工程
眾所周知,全球變暖是由温室氣體造成的。温室氣體濃度的增加才導致了地球的升温,因為這些氣體的存在,所以地表能保持平均14度左右的温度。如果沒有温室氣體,地球表面平均温度就只有零下19度。
在過去一百年裏,温室氣體濃度之所以會快速增加,則是因為石油產業的發展,不可否認,石油的開採為地球的現代化做出了非常大的貢獻,但也打破了過去千年來自然界的碳排放的平衡。
人類已經把以煤、石油和天然氣的形式儲存在岩石圈中的碳轉移到了大氣圈,並且由此使其進入了海洋。在工業革命開始以前的1750年,人類每年以這種方式可能向大氣中釋放了300萬噸的碳。而在一個世紀後的1850年,這一數字約為5000萬噸。又經過了一個世紀,到第二次世界大戰結束之時,它已經增加了20倍多,達到約12億噸。
接着,在“二戰”結束後的15年裏,人類每年向大氣圈散播25億噸的碳。這個數字在1970年增加至超過40億噸,在1990年增加至超過60億噸,在2015年增加至95億噸左右——是1750年的3200倍和1945年總量的8倍。
增加的人為碳排放量提高了大氣二氧化碳濃度,現在的二氧化碳濃度約為400ppm,要知道,工業化以前的基線則只有280ppm。這是過去幾十萬年且有可能是過去2000萬年裏二氧化碳所能達到的最高濃度。
在這樣的背景下,當前全球範圍內都在試圖從化石燃料轉換成再生能源,也不斷有國家禁止販售使用化石燃料的汽車,其中大部分的歐洲國家更將目標設在2030年。預計到了2040年左右,全球將幾乎看不到使用化石燃料的燃油車。
但是,光靠大幅減少化石燃料的使用就能解決氣候變遷問題,或是光靠去碳化並不能阻止地球暖化——現在,已經有非常多的二氧化碳存在大氣之中,儘管多年來,人們已經採取了大規模的造林、海洋藻類培育等吸收碳排放的自然方法,但成效卻都不怎麼令人滿意。
阻攔人們碳減排的另一個因素,則關於社會財富。從過去100年的歷史數據來看,一個國家歷史上二氧化碳累計的排放量和今天的GDP成正比關係——發展中國家和發達國家都遵從這個規律,也就是説,人均歷史上累計多排一噸碳,人均GDP就增加70到140美元,相反要減排一噸碳GDP就減少70到140美元。
這意味着,從國家層面來説,未來在經濟蛋糕中分得更多,沒有國家會願意承擔碳排放的任務,除非是通過國際公約的約束;而作為個體的排放者,基本沒有為全人類共同福社而減排的動機。所以每個人都會覺得,不論個人本身的排放是多少,也不可能左右全人類總的排放量。
於是,為了避免氣候變遷帶來的最糟糕影響,地球工程也被越來越多的提及——我們需要可以“直接採集”大氣中大量二氧化碳的技術,而這項技術將成為解決地球暖化的關鍵。

地球工程的驚人價值
相較於其他地球工程技術,當前,“空氣直接採集技術”更顯示出改變未來環境與商業的潛能。因為它不只是單純地改善地球環境,還能利用空氣中的二氧化碳製成許多產品——未來,人們不僅能採集空氣中的二氧化碳,並且能利用它造出塑膠、混凝士等材料**。**這項技術正在展現出驚人的經濟價值。要知道,碳元素是構成地球上所有生物的必要條件,也是製造業、能源及運輪產業的核心資源。
相較於過去的二氧化碳採集技術,今天的二氧化碳採集技術技術已經發展至****可以隨時隨地直接採集大量二氧化碳,並且能生產燃料。
第一代碳捕捉是使用碳捕捉與封存(Point Source Capture)技術,逶過直接捕捉發電廠煙囱排放的二氧化碳,並將之永久埋在土裏。侷限是,這項技術必須大規模集中興建工廠。而今天的DAC技術則可以隨時進行採集且完全獨立設置。最常見的DAC技術,是利用巨型風扇吸取周圍的空氣,再過濾並捕捉二氧化碳。
它前面有流着氫氧化鉀的鐵架,當溶液與空氣相遇時,溶液就會捕捉二氧化碳。之後,經過化學反應產生碳酸鈣,再將其加熱併合成可使用的燃料,像是能使用於交通工具上的柴油及航空燃油等產品。DAC燃料最大的優點,是可以直接使用傳統的化石燃料基礎建設,例如油管、加油站等。
根據美國國家科學院(NAS)的報告顯示,如果抽取二氧化碳的價格跌到每噸100 美元~150 美元以下的話,空氣捕捉生產的燃料將能在經濟上與傳統原油競爭。目前,Carbon Engineering 、Climeworks、Global Thermostat 等公司目前擁有最先進的 DAC 技術,這些公司已經從大氣中捕捉了大量****的二氧化碳量。
其中,Carbon Engineering總部位於加拿大卡加利,是2009年成立的商業用DAC 技術公司。這家比爾蓋茨也投入資金的公司,已經完成了規模 6,600 萬美元的C輪融資,並聲稱可以捕捉到每噸94 美元的二氧化碳。他們的目標是在 2021 年時達到每日生產2,000桶燃料。
Climeworks則主打利用空氣捕捉的 18 噸二氧化碳供給周遭的温室種植蔬菜。Climeworks表示,他們一年可以捕捉 900 噸二氧化碳,而捕捉大氣中每噸二氧化碳需要的成本約600美元。
Global Thermostat則使用可吸附二氧化碳的“胺”處理過的碳海綿來過濾大氣中的二氧化碳。該公司目前有上至一年5萬噸,下至40噸的小規模碳捕捉計劃。其捕捉的每噸二氧化碳成本則在120美元左右,按照規模的大小,還可以捕捉到每噸50 美元的二氧化碳。
與Global Thermostat的胺吸附劑不同,Antecy則使用無機固體吸附劑來進行碳捕捉,無機固體吸附劑具有高穩定性、高堅固性及使用壽命長等優點。另外,該公司所使用的無毒材料可以回收再使用。以目前的成果來推測,二氧化碳捕捉的成本約為每噸 50美元~ 80 美元。
可以看到,當前的“空氣直接採集技術”已經在商業領域嶄露頭角,而DAC當前所展現出的商業價值,還只是一個開始。

顛覆能源的格局
空氣直接採集技術的發展,除了改善地球環境,還能利用空氣中的二氧化碳製成許多產品,更重要的,是在能源領域掀起的顛覆——DAC****技術能使全球燃料成本平均化。如果能靠空氣捕捉方式生產燃料的話,燃料就能自給自足。
石油資源的分佈催生了龐大的石油產業。根據2020年BP統計數據顯示,世界石油儲量分佈極不均衡,一半以上可探明儲量分佈在中東地區,其次為中南美洲和北美洲,亞太地區石油可探明儲量比重很小。**由於資源稟賦佔絕對優勢,油氣產業基本是中東國家的主要經濟支柱,**由於開發條件優越,開採成本較低,使其在石油市場上具有極強的競爭實力。
自OPEC國家成立後,中東國家在世界石油市場中長期處於石油主導地位。從中東石油資源方面看,中東國家作為世界最大的石油生產富集區,擁有全球一半的石油儲量,沙特是世界石油儲量最多的國家,佔全球石油可探明儲量的17.2%,具有絕對資源優勢和相當的國際話語權。
**並且,**全球石油資源分佈的不均衡,還直接促進了石油貿易的流動,而石油貿易則涉及到各自國家核心利益,石油供應的穩定性在一定程度上關係到世界各國的發展。比如,作為石油生產大國的俄羅斯,在遭受美歐等國制裁時,石油也是其反制西方的一個重要工具。對於此,DAC將從根本上重新定義資源的分配,在將來,DAC技術的先進與否,將成為新的資源能力。
另外,繼水資源後,地球上使用最廣的元素就是混凝土,混凝土佔了現在全球二氧化碳排放量的 7%。未來,全球還將會需要相當大量的塑膠及建築材料。如果將DAC 捕捉到的二氧化碳注人水泥的話,混合物的強度會增強,就能製作成更堅固的水泥。基於此,人們將不再需要建造永久隔離二氧化碳的地底碳封存空間,就能解決碳排放。
**也就是説,人們可以利用 DAC 技術,以更便宜的成本生產更堅固的水泥。**比如,CarbonCure 就是製作這種水泥的公司,目前,CarbonCure已獲得超過 900 萬美元募資,該公司正在開發能夠應用在二氧化碳混合水泥的 DAC 技術。
此外,DAC還可以應用在太空產業。火星的大氣中有 95%是二氧化碳,這使得火星能成為 DAC 最理想的供給來源。畢竟,為了實現“火星地球化”,我們必須生產出足以供我們居住在火星的燃料、用3D打印製作零件及建築材料等,而DAC 技術可以在所有的生產過程中發揮助力。
就地球工程來説,儘管地球工程存在已知或未知的風險,但為防止萬一人類沒能充分減少温室氣體排放,沒能阻止災難性氣候變化,我們還是應該開發出一個具有可信度的B計劃,而在一眾地球工程的方案中, DAC已經成為距離人們最近,以及風險更少的方案。
而就能源革新來看, DAC掀起的能源變革,正在顯示出巨大的商業價值,帶領人們走向石油時代之後的下一個富饒時代。