本文来自微信公众号：果壳（ID：Guokr42），作者：Silas，编辑：窗敲雨、Owl，题图来自：Climeworks
大气中二氧化碳太多了怎么办？
减少排放、使用清洁能源、植树造林……随着全球气温进一步升高，各个地区都在想方设法减少二氧化碳的排放。
有家脑回路清奇的公司搞了个世界上最大的空气净化器，试图直接暴风吸入二氧化碳，并把它们变成了“汽水”，但这些“汽水”的宿命并不是真的变成饮品，而是被注入地下“封存”。
汽水中的二氧化碳“大喷发”丨K. Shimada/Wikipedia
这就是世界上最大的碳捕获工厂Climeworks提出的方案。他们在冰岛上架起来一排“超大风扇”，计划直接收集空气中的二氧化碳。
看起来像是演唱会舞台的鼓风机？丨Climeworks
直接从空气中吸啊？能吸吗？好吸吗？怎么吸？
简单粗暴的直接空气碳捕获
风扇抽风、过滤空气……这看起来真就是个巨型的空气净化器呗？把PM2.5滤芯换成二氧化碳滤网，摇身一变“再就业”了。
直接空气捕获二氧化碳并封存到地下示意图丨Climeworks
这个“净化器”的原理看起来简单粗暴。整套设备由8个空气收集容器组成，每个容器都装有几十个圆柱形风扇，借助这些风扇的强大吸力，空气便源源不断地被吸入，二氧化碳则被吸附到高选择性过滤材料的表面。等“吸饱”之后，风扇将会关闭，同时收集器开始加热到80至100℃之间，高纯、高浓的二氧化碳便被释放并收集起来了[1]。
在此之前你应该听说过工业废气排放前要去硫，其实去碳技术也一直在发展。
这类技术的专业术语叫做碳捕获与封存，是指将工厂排放的二氧化碳收集起来，用各种方法储存，并长期与空气隔离的技术[2]。
工厂使用的碳捕获机理，其实就是我们初中化学学过的澄清石灰水吹气变浑浊啦~丨Wikipedia（作者翻译）
相比于发电厂、化工厂用生石灰（CaO）、烧碱（NaOH）等吸收二氧化碳的传统方法[3]，Climeworks碳捕获所使用的高选择性过滤材料更加简单高效，虽然官网并没有透露具体材料，不过有人猜测使用了可透过物理吸附或气体分离膜等装置[4]，这也是业内研究的前沿方向之一。
不过这捕获是成功了，那怎么封存呢？这么多二氧化碳要放哪？拿去做汽水吗？
吸附过滤与储存示意图丨Climeworks
捕获的二氧化碳去哪了？
Climeworks还真把这些高浓高纯的二氧化碳与水进行了混合，然后将这些“汽水”泵入地下深处。通过与玄武岩发生反应，“汽水”会自然矿化，可在几年内变成石头[5]。
混合并加温加压后的二氧化碳会进入“超临界”的状态，便于压缩运输，类似家用液化气。这种状态下的二氧化碳，可以被注入到地层或海洋深处储存。
二氧化碳封存方法简介丨参考文献[6]（作者翻译）
我国的碳捕获技术也一直在发展。早在十年前，我国就已明确要求，逐步在火电、煤化工、水泥和钢铁行业中开展碳捕集试验项目，建设二氧化碳捕集、驱油、封存一体化示范工程[7]，并积极开展二氧化碳地质储存调查研究[8]。
比如鄂尔多斯曾建成了我国首个煤基全流程深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程，可将二氧化碳灌注到地下深处并与周边矿物发生碳化，从而封存起来。
鄂尔多斯二氧化碳地质储存示范工程储存场丨参考文献[9]
不过封存也不是永久的解决办法，堵不如疏！有没有更高效的利用方式，使排放的二氧化碳重新进入碳循环呢？比如模拟绿色植物的光合作用？
南京大学的研究人员提出了外星人工光合作用，可以回收利用航天器内部产生的二氧化碳，或开采火星等大气中丰富的二氧化碳资源。这不但可以大大减少载人航天器负载，还能为深空探索加油续航。
地外人工光合作用和所使用的光催化、光电催化机理 。看不懂也没关系，至少在火星上不用种土豆了丨参考文献[10]（作者翻译）
中科院曾提出过“液体阳光”的概念，利用光电催化等技术，将二氧化碳转化为甲醇等绿色燃料，完成光能到化学能的转化与存储。
而甲醇作为基本碳骨架和能源载体，进一步经过各种生物化学催化，则转变为了人类赖以生存的淀粉，从合成速率到效率上都远远超过当前的农耕水平，这便是“二氧化碳合成淀粉”的里程碑式突破，前不久果壳刚报道过。
并没有看起来那么好
相比从源头上减少碳排放，直接空气碳捕获听起来或许已是黔驴技穷的最终办法，但其有效性与实用性也一直饱受质疑。
这家世界最大碳捕捉工厂目前的年吸入量仅为4000吨，这是什么概念呢？想要阻止全球变暖，到本世纪中叶，每年需要从空气中清除100亿吨二氧化碳……相比起来真的是杯水车薪。
封存也面临问题，深海储存造成的海洋酸化、地下储存的潜在泄漏……这些对生态环境都有可能产生影响。至于人工光合作用，还只是实验室里的初步设想，离大规模工业化制备还很远。
应用中最主要的障碍还是贵。不管是直接空气碳捕获，还是传统的捕获与封存技术，整套系统不仅复杂，运营维护费用也相当高。
直接空气碳捕获在缓解气候变暖上能起多大作用？打造并使用这个“世界最大空气净化器”本身是否会产生更多的碳排放？Climeworks究竟是经济有效的“救世主”，还只是一个华而不实的噱头？这一切都还得等更多的数据来验证。
参考文献
[1] World's Largest Direct Air Carbon Capture System Goes Online (vice.com)
[2] 碳捕集与封存 - Wikipedia
[3] Nikulshina V, Ayesa N, Galvez M E, et al. Feasibility of Na-based thermochemical cycles for the capture of CO2 from air—Thermodynamic and thermogravimetric analyses[J]. Chemical Engineering Journal, 2008, 140(1-3): 62-70.
[4] Sanz-Pérez E S, Murdock C R, Didas S A, et al. Direct capture of CO2 from ambient air[J]. Chemical reviews, 2016, 116(19): 11840-11876.
[5] How direct air capture helps reverse climate change | Climeworks
[6] Wilberforce T, Olabi A G, Sayed E T, et al. Progress in carbon capture technologies[J]. Science of The Total Environment, 2020: 143203.
[7] 国家发展改革委关于推动碳捕集、利用和封存试验示范的通知 (ncsc.org.cn)
[8] 国土资源部启动应对气候变化地质响应与对策研究 (www.gov.cn)
[9] 郭建强, 文冬光, 张森琦,等. 中国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程[J]. 中国地质调查, 2015, 002(004):P.36-46.
[10] Yang L, Zhang C, Yu X, et al. Extraterrestrial artificial photosynthetic materials for in-situ resource utilization[J]. National Science Review, 2021.
本文来自微信公众号：果壳（ID：Guokr42），作者：Silas，编辑：窗敲雨、Owl