直接采集空气中的碳,将如何影响能源明天?

观点 | 2022-08-19| 2

如今,在全球气候问题日益严峻的背景下,为了解决气候问题,科学家们正在为社会提供越来越多的地质工程方面的解决方案。其中最为重要的应对方案,就是实施地球工程。英国皇家学会的一份报告将这一名词定义为“为了消减气候变化,刻意地、大尺度地操控地球气候系统”。

地球工程地球工程主要分为两个主要途径,即清除二氧化碳和处理太阳辐射。其中,二氧化碳的捕捉和存储,即将排放的二氧化碳通过收集分离然后压缩埋起来,将气态的碳收集起来,被认为是最安全,也是最可行的一种方式。

对于此,现在,从大气采取二氧化碳后,制作成碳复合材料的“空气直接采集技术”(DAC)正在受到世界范围内的关注。这项被称为应对气候变化的“B计划”,也被戴尔·杰米森的戏称,是那些没有实行安全消费的社会所需要服用的紧急避孕药。不仅如此,在成为拯救地球计划的同时,DAC还展示出了对于革新能源明天的极大潜力。

最安全的地球工程

众所周知,全球变暖是由温室气体造成的。温室气体浓度的增加才导致了地球的升温,因为这些气体的存在,所以地表能保持平均14度左右的温度。如果没有温室气体,地球表面平均温度就只有零下19度。

在过去一百年里,温室气体浓度之所以会快速增加,则是因为石油产业的发展,不可否认,石油的开采为地球的现代化做出了非常大的贡献,但也打破了过去千年来自然界的碳排放的平衡。

人类已经把以煤、石油和天然气的形式储存在岩石圈中的碳转移到了大气圈,并且由此使其进入了海洋。在工业革命开始以前的1750年,人类每年以这种方式可能向大气中释放了300万吨的碳。而在一个世纪后的1850年,这一数字约为5000万吨。又经过了一个世纪,到第二次世界大战结束之时,它已经增加了20倍多,达到约12亿吨。

接着,在“二战”结束后的15年里,人类每年向大气圈散播25亿吨的碳。这个数字在1970年增加至超过40亿吨,在1990年增加至超过60亿吨,在2015年增加至95亿吨左右——是1750年的3200倍和1945年总量的8倍。

增加的人为碳排放量提高了大气二氧化碳浓度,现在的二氧化碳浓度约为400ppm,要知道,工业化以前的基线则只有280ppm。这是过去几十万年且有可能是过去2000万年里二氧化碳所能达到的最高浓度。

在这样的背景下,当前全球范围内都在试图从化石燃料转换成再生能源,也不断有国家禁止贩售使用化石燃料的汽车,其中大部分的欧洲国家更将目标设在2030年。预计到了2040年左右,全球将几乎看不到使用化石燃料的燃油车。

但是,光靠大幅减少化石燃料的使用就能解决气候变迁问题,或是光靠去碳化并不能阻止地球暖化——现在,已经有非常多的二氧化碳存在大气之中,尽管多年来,人们已经采取了大规模的造林、海洋藻类培育等吸收碳排放的自然方法,但成效却都不怎么令人满意。

阻拦人们碳减排的另一个因素,则关于社会财富。从过去100年的历史数据来看,一个国家历史上二氧化碳累计的排放量和今天的GDP成正比关系——发展中国家和发达国家都遵从这个规律,也就是说,人均历史上累计多排一吨碳,人均GDP就增加70到140美元,相反要减排一吨碳GDP就减少70到140美元。

这意味着,从国家层面来说,未来在经济蛋糕中分得更多,没有国家会愿意承担碳排放的任务,除非是通过国际公约的约束;而作为个体的排放者,基本没有为全人类共同福社而减排的动机。所以每个人都会觉得,不论个人本身的排放是多少,也不可能左右全人类总的排放量。

于是,为了避免气候变迁带来的最糟糕影响,地球工程也被越来越多的提及——我们需要可以“直接采集”大气中大量二氧化碳的技术,而这项技术将成为解决地球暖化的关键。

地球工程的惊人价值

相较于其他地球工程技术,当前,“空气直接采集技术”更显示出改变未来环境与商业的潜能。因为它不只是单纯地改善地球环境,还能利用空气中的二氧化碳制成许多产品——未来,人们不仅能采集空气中的二氧化碳,并且能利用它造出塑胶、混凝士等材料。这项技术正在展现出惊人的经济价值。要知道,碳元素是构成地球上所有生物的必要条件,也是制造业、能源及运轮产业的核心资源。

相较于过去的二氧化碳采集技术,今天的二氧化碳采集技术技术已经发展至可以随时随地直接采集大量二氧化碳,并且能生产燃料。

第一代碳捕捉是使用碳捕捉与封存(PointSourceCapture)技术,逶过直接捕捉发电厂烟囱排放的二氧化碳,并将之永久埋在土里。局限是,这项技术必须大规模集中兴建工厂。而今天的DAC技术则可以随时进行采集且完全独立设置。最常见的DAC技术,是利用巨型风扇吸取周围的空气,再过滤并捕捉二氧化碳。

它前面有流着氢氧化钾的铁架,当溶液与空气相遇时,溶液就会捕捉二氧化碳。之后,经过化学反应产生碳酸钙,再将其加热并合成可使用的燃料,像是能使用于交通工具上的柴油及航空燃油等产品。DAC燃料最大的优点,是可以直接使用传统的化石燃料基础建设,例如油管、加油站等。

根据美国国家科学院(NAS)的报告显示,如果抽取二氧化碳的价格跌到每吨100美元~150美元以下的话,空气捕捉生产的燃料将能在经济上与传统原油竞争。目前,Carbon Engineering、Climeworks、Global Thermostat等公司目前拥有最先进的DAC技术,这些公司已经从大气中捕捉了大量的二氧化碳量。

其中,Carbon Engineering总部位于加拿大卡加利,是2009年成立的商业用DAC技术公司。这家比尔盖茨也投入资金的公司,已经完成了规模6,600万美元的C轮融资,并声称可以捕捉到每吨94美元的二氧化碳。他们的目标是在2021年时达到每日生产2,000桶燃料。

Climeworks则主打利用空气捕捉的18吨二氧化碳供给周遭的温室种植蔬菜。Climeworks表示,他们一年可以捕捉900吨二氧化碳,而捕捉大气中每吨二氧化碳需要的成本约600美元。

Global Thermostat则使用可吸附二氧化碳的“胺”处理过的碳海绵来过滤大气中的二氧化碳。该公司目前有上至一年5万吨,下至40吨的小规模碳捕捉计划。其捕捉的每吨二氧化碳成本则在120美元左右,按照规模的大小,还可以捕捉到每吨50美元的二氧化碳。

与Global Thermostat的胺吸附剂不同,Antecy则使用无机固体吸附剂来进行碳捕捉,无机固体吸附剂具有高稳定性、高坚固性及使用寿命长等优点。另外,该公司所使用的无毒材料可以回收再使用。以目前的成果来推测,二氧化碳捕捉的成本约为每吨50美元~80美元。

可以看到,当前的“空气直接采集技术”已经在商业领域崭露头角,而DAC当前所展现出的商业价值,还只是一个开始。

颠覆能源的格局

空气直接采集技术的发展,除了改善地球环境,还能利用空气中的二氧化碳制成许多产品,更重要的,是在能源领域掀起的颠覆——DAC技术能使全球燃料成本平均化。如果能靠空气捕捉方式生产燃料的话,燃料就能自给自足。

石油资源的分布催生了庞大的石油产业。根据2020年BP统计数据显示,世界石油储量分布极不均衡,一半以上可探明储量分布在中东地区,其次为中南美洲和北美洲,亚太地区石油可探明储量比重很小。由于资源禀赋占绝对优势,油气产业基本是中东国家的主要经济支柱,由于开发条件优越,开采成本较低,使其在石油市场上具有极强的竞争实力。

自OPEC国家成立后,中东国家在世界石油市场中长期处于石油主导地位。从中东石油资源方面看,中东国家作为世界最大的石油生产富集区,拥有全球一半的石油储量,沙特是世界石油储量最多的国家,占全球石油可探明储量的17.2%,具有绝对资源优势和相当的国际话语权。

并且,全球石油资源分布的不均衡,还直接促进了石油贸易的流动,而石油贸易则涉及到各自国家核心利益,石油供应的稳定性在一定程度上关系到世界各国的发展。比如,作为石油生产大国的俄罗斯,在遭受美欧等国制裁时,石油也是其反制西方的一个重要工具。对于此,DAC将从根本上重新定义资源的分配,在将来,DAC技术的先进与否,将成为新的资源能力。

另外,继水资源后,地球上使用最广的元素就是混凝土,混凝土占了现在全球二氧化碳排放量的7%。未来,全球还将会需要相当大量的塑胶及建筑材料。如果将DAC捕捉到的二氧化碳注人水泥的话,混合物的强度会增强,就能制作成更坚固的水泥。基于此,人们将不再需要建造永久隔离二氧化碳的地底碳封存空间,就能解决碳排放。

也就是说,人们可以利用DAC技术,以更便宜的成本生产更坚固的水泥。比如,CarbonCure就是制作这种水泥的公司,目前,CarbonCure已获得超过900万美元募资,该公司正在开发能够应用在二氧化碳混合水泥的DAC技术。

此外,DAC还可以应用在太空产业。火星的大气中有95%是二氧化碳,这使得火星能成为DAC最理想的供给来源。毕竟,为了实现“火星地球化”,我们必须生产出足以供我们居住在火星的燃料、用3D打印制作零件及建筑材料等,而DAC技术可以在所有的生产过程中发挥助力。

就地球工程来说,尽管地球工程存在已知或未知的风险,但为防止万一人类没能充分减少温室气体排放,没能阻止灾难性气候变化,我们还是应该开发出一个具有可信度的B计划,而在一众地球工程的方案中,DAC已经成为距离人们最近,以及风险更少的方案。

而就能源革新来看,DAC掀起的能源变革,正在显示出巨大的商业价值,带领人们走向石油时代之后的下一个富饶时代。

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