全球最大“吸碳工厂”在冰岛启动，吸碳救急是否为“杯水车薪”？

世界最大的“吸碳工厂”在冰岛启用，每年可将数千吨的二氧化碳“石化”。吸碳工厂的原理是什么，它能一劳永逸地解决气候问题吗？

当大气中的二氧化碳变得越来越多，我们该如何拯救温室效应愈发严重的地球？有人给出了一种简单粗暴的解决方法：用巨型真空吸尘器将空气中的二氧化碳“吸走”。

距离冰岛首都雷克雅未克30 公里处，一座并不起眼的工厂矗立于旷野之中。两排风扇被牢牢嵌在金属框架间，就像巨大的钢铁积木一样……

（图片来源：climeworks.com）

这部犹如科幻电影道具般的设备名叫Orca，是由瑞士Climeworks公司一手打造的全球最大“DAC工厂”（Direct Air Capture），可以直接从空气中捕获二氧化碳。

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吸取二氧化碳的“魔法吸尘器”

面对快速升温的大气，仅仅是减少未来二氧化碳的排放量，已经不足以避免灾祸的发生。主动收拾人类几个世纪以来肆意排放而产生的“烂摊子”，正变得迫在眉睫。

据了解，自今年9月正式投入运营以来，Orca采用“碳捕获和封存” (CCS) 技术，每天可以清除约10吨的二氧化碳，相当于800辆汽车一天排放出的量，与500棵树木一年能吸收的二氧化碳总量差不多。

“人类破坏了自然中的碳循环平衡。我们的工作正是为了恢复平衡。” Orca的运营方、冰岛Carbfix公司的CEO埃达·阿拉多蒂尔说。“我们所做的一切，都是在帮助自然界的碳循环重归平衡。至少对我来说，（吸碳）这种方法是有意义的，但我们必须明智地使用它。”

从外表上看，Orca像一个巨大的吸尘器。它的工作原理和吸尘器实际上也差不多：Orca的主体是四组巨大的方形箱体，每个箱体内嵌了12台巨型风扇。这一排排风扇将周围的空气吸入，再通过化学过滤器捕获空气中的二氧化碳。

▲“ 吸碳工厂”所采用的化学捕获流程（来源：ft.com）

由于二氧化碳是一种酸性分子，而化学过滤器内部采用的是碱性材料，每隔大约2~4个小时的时间，过滤器的表面就可以“饱饱地”吸满二氧化碳分子。

此时Orca的收集箱就会关闭，并将内部结构的温度加热到约100摄氏度。此时，大量的二氧化碳分子又会从材料中重新释放出来。将这些高浓度的二氧化碳与水混合调制成“苏打水”后，工厂会将其灌入地下800米左右的深处。在那里的玄武岩层中，二氧化碳会与丰富的钙、镁发生化学反应，矿化成碳酸盐类物质，水分则会在这期间悄悄地流走。

▲将二氧化碳注入多孔的玄武岩（左侧岩芯）后，二氧化碳会与其中的硅酸盐等矿物反应，形成稳定的碳酸盐（如右侧的方解石）。矿化的碳酸盐最终填充在玄武岩的空洞中（中间的岩芯）

为了对付大气中过剩的二氧化碳，人类迄今为止已经研究出了三类主要的CCS捕获分离技术，即“燃烧前捕获”“富氧燃烧”和“燃烧后捕获”。

Orca所使用的化学吸收法，或是利用变温变压进行二氧化碳捕获的物理吸收法，都是“燃烧后捕获”中较常见的分离技术。燃烧后捕获技术的适应性更强，能更广泛地进行推广（例如应用于各种火力发电厂）。然而这种方式也有弊端，如建筑耗费更大，且需要大量能源才能“跑得起来”。

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难以复制的吸碳“地利”

Orca采用的化学捕碳方案理论上很直白，但在实际操作中却需要大量的能源作为支撑。将吸碳材料加热至100摄氏度等过程，都需要消耗能量。幸而，这个问题在冰岛很容易解决：这个地广人稀的国度，地表之下不仅蕴藏着丰富的地热资源，还有丰富的天然封碳场所——玄武岩层。

利用地质结构固碳，是人类存储过剩二氧化碳的重要途径。所谓地质封存，一般是指将超临界状态的二氧化碳注入地质结构中，这些地质结构可以是油田、气田，也可以是咸水层、无法开采的煤矿等。由于性质稳定，二氧化碳可以被封存在地下相当长的时间。若所选的地点准确，封存超过千年都不是问题。

▲二氧化碳在这种类似冰屋的站点被注入地底深处（来源：carbfix.com）

不过，如何保证辛苦收集来的高浓度二氧化碳不会泄漏，却成为长期以来各国争论的焦点之一。

对此， Orca矿化储存负责人、地质学家桑德拉·奥斯·斯内比昂多特表示：Orca所采用的储存工艺，恰恰能消除泄漏的风险。她认为，冰岛的天然优势成就了Orca。“玄武岩有点像海绵，渗透性非常好。而且（玄武岩中）还有很多裂缝，能让充满二氧化碳的流体流过，所以矿化速度会非常快。”

冰岛是由地幔柱上涌而形成的碱性玄武岩区，超过九成都是由玄武岩组成的。拥有这样得天独厚的条件，Orca这座巨型“吸尘器”在冰岛的运转自然如鱼得水。然而放眼全球，又有多少地方能像冰岛这样天生“豪气”呢？想要将Orca的成功推而广之，其难度可想而知。

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吸碳救急是否“杯水车薪”？

乍一看，CCS技术的确是解决温室效应的完美解决方案，但人们对这类技术的争议从未停止。

很少有人知道，目前主流CCS技术最大的“金主”，恰恰是环保主义者最痛恨的化石燃料巨头们。据统计，目前全球89个已投入运营、或在建，或仍处于开发期的CCS项目中，绝大多数都是由石油、天然气和煤炭公司主导投资和运营的。

早在几十年前，CCS技术就已在石油产业中得到普遍使用。不过颇为讽刺的是，人们使用CCS技术并不是为了减排，反而是为了开采更多的石油。原来，随着石油开采的进行，油井的压力也会逐渐下降，使原油的开采难度和成本增加。此时将二氧化碳重新灌入几近枯竭的油田，就能将不易开采的那部分原油“挤出来”，增加30%~60%的石油开采量。

（来源：mdpi.com）

如今，全球最成熟的CCS产业链依然依靠上述“强化采油”技术，在强化采油过程中，固碳只是一个附带的效果，并不是推动该技术发展的真正原动力。

而“强化采油”之外，类似Orca这样的新型CCS装置，很多都不是自动化生产的设备，捕碳的运营成本也极其高昂。从空气中直接封存1吨二氧化碳的成本介于600~800美元。在没有任何政府补贴的情况下，想要实现商业的盈利至少需要将成本控制在100~150美元——谁能有如此雄厚的财力来为此买单呢？

在批评者看来，CCS技术不靠谱，还因为它“隔靴搔痒”的本质：减少排放并不足以缓解人类的生存危机，只有排放量与清除量达到平衡、实现“净零排放”，才能真正帮助地球降温。

“我不认为碳捕获是灵丹妙药，因为根本就没有灵丹妙药。”专门研究碳捕获技术的伦敦帝国理工学院研究员纳迪恩·马斯达夫说。他并没有加入Orca项目——在他看来，这种方法只是治标不治本。

“不是说只要用清洁能源或是使用CCS技术，我们就能解决所有问题了。”马斯达夫直言，“我们应该动用所有办法来解决（温室效应）问题，尤其在我们本来就没有如期达标的情况下。”

▲“吸碳工厂”所用的能源，主要来自冰岛丰富的地热能（来源：维基百科）

类似地，参与Orca项目的斯内比昂多特也不认为CCS技术是解决全球气候变暖的“银色子弹”。“但它的确是一种可行的解决方案，是我们必须实施的众多解决方案之一。”她说。“首先也是最重要的是，我们必须停止排放二氧化碳、停止燃烧化石燃料，它们才是大气二氧化碳的主要来源。”

参考资料：

[1] edition.cnn.com/2021/10/20/world/carbon-capture-storage-climate-iceland-intl-cmd/index.html

[2] msn.com/en-us/news/technology/the-world-s-biggest-plant-to-suck-carbon-dioxide-from-the-sky-is-up-and-running/ar-AAOeiHy

出品：科普中央厨房

监制：北京科技报 | 科学加客户端

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