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    環保科普-固碳有哪些技術手段呢?

    發布日期:2022-03-07 瀏覽次數:

    在眾多碳中和技術路徑中,有一個治理思路,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,怎么能捕捉回來呢?

    從邏輯上講,減少大氣中的二氧化碳有兩個努力方向:一是減少輸入,即在最短時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,減少人類活動產生的二氧化碳;二是增加去路,即盡最大可能提高環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——提高環境和人工二氧化碳的固定能力,成為技術研發的焦點。

    除了種樹,固碳還要用高科技干預。花草樹木,不單單是美麗的人間風景,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,并釋放氧氣。森林作為陸地生態系統的主體,就是陸地上最大的“固碳倉庫”。然而,植物雖然能固碳,但時效性慢,難以在短時間內遏制強勁的二氧化碳增加趨勢。通過工程干預進行碳捕捉,這一思路便應運而生。

    當前碳捕捉技術的核心目的,是將人類活動產生的二氧化碳收集起來,加以儲存甚至利用,避免其排放到大氣中。主要技術方向有三個,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。

    碳捕捉與儲存——把二氧化碳封存在地下

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

    通常的封存地點是廢棄油田、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,實現穩定儲存。但這些碳,終究只是以“打盹”的形式,維持著微妙的平衡存在于地殼之中。一些科學家擔心,頻繁的地殼活動,終有一天會將這些氣體送回地面,其技術安全性還有待加強。

    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,再次用來獲取能量的一項技術路徑。簡單說,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,甚至被用來滅火,“二氧化碳燃料”這個名詞組合,難免讓人感覺有些怪異。但科學家真的讓這種奇思妙想變成了現實。碳捕捉后進行能量開發,最先人們考慮的是,采用太陽能模擬植物光合作用,將二氧化碳固定成燃料。結果發現,即便實現了這個反應,也只能算是對高品位能源的儲能再釋放,有點得不償失。

    直到熱機工作原理的新認識出現,相關技術才開始突飛猛進。以往熱機工作都是通過燃料燃燒,加熱腔室,獲取密閉空間的氣體膨脹,從而驅動熱機運轉。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,也會產生巨大膨壓,即便不燃燒,也能驅動熱機運轉。

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

    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,人類對驅動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,作為驅動熱機運轉的燃料,氣化后釋放到空氣中,之后再次被捕捉回來,從而保持一種人類活動與大氣狀態之間的奇妙平衡。

    碳捕捉與資源化利用——二氧化碳代替石油做化工原料

    這是另一個絕妙的固碳方案,即把二氧化碳作為工業生產的原料使用。我們當前絕大多數的人造材料、合成制品,都是石油化工的產物。換句話說,就是都源自地球上的動植物數億年前收集的二氧化碳。理論上,以今天人類對物質的認識和改造水平,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品和材料。其關鍵在于,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。這也意味著其轉化成本非常高昂。科學家們必須先找到一條低耗能的轉化路徑。事實上,截至當前,基于二氧化碳的產品開發技術,已經衍生出諸如建筑材料、化學品、塑料聚合物、碳纖維和碳材料等極具潛力的分支。


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