为了遏制全球气候变暖，科学家开始捕捉二氧化碳了

馒头老妖，南京大学化学博士、西华大学生物工程学院讲师。《视觉之旅：化学世界的分子奥秘（彩色典藏版）》《地球简史》等图书译者、吴大猷科学普及著作奖获得者（译著类），撰写过大量科普文章，热衷于写侦探小说。

近年来全球气候变暖，森林火灾、极寒暴雪、冰架垮塌等自然灾害屡见不鲜。为了遏制全球气候变暖给地球带来的严重危害，国际社会纷纷采取各种有力的政策和措施。二氧化碳作为最主要的温室气体，被认为是遏制全球变暖的突破点。于是，科学界对二氧化碳动手了，其中，“碳捕捉”技术格外引人注意。最近，特斯拉创始人埃隆·马斯克更是宣布将捐赠1亿美元，用以奖励最佳“碳捕捉”技术。所以，“碳捕捉”技术真的那么神奇吗？

拯救全球气候，讲究“收支平衡”

一提到二氧化碳的产生，我们通常会想到人类呼气、工厂废气排放、汽车尾气排放等，你或许很难想象，我们手里小小的一部手机，在生产过程中就会排放大约200斤的二氧化碳。在社会高速发展的当下，二氧化碳的排放量更是以惊人的速度增长。于是在治理全球气候变暖的思路中，“碳中和”的概念应运而生。

从字面意义上说，“碳中和”就是在某个时期、某个区域内，通过植树造林和其他技术手段，从大气层中捕捉、吸收的二氧化碳总量，恰好等于因为人类活动而产生，并且排放到大气中的二氧化碳的总量。也就是说，如果把大气中的二氧化碳看作一个整体的话，人类排放的二氧化碳可以视为“收入”，而人类从大气中获取、利用的二氧化碳则视为“支出”，当收支相抵的时候，便达成“碳中和”。

目前全球普遍达成共识，为了把整体上升温度控制在人类能够接受的程度（平均上升2℃），需要在本世纪末，在全球普遍实现碳中和的目标。这就需要“开源节流”：一方面，降低二氧化碳的排放量，另一方面，拓宽二氧化碳的利用途径。前者在全球实行经济大发展、生产大进步的前提下，无法做到有效地降低二氧化碳排放量。因此，各界普遍把目光聚焦在后者——把碳捕捉，并利用起来。

将二氧化碳变成液态，深度封存

“碳捕捉”技术其中一个解决思路，就是把二氧化碳集中搜集起来，再以高压将其直接灌入地层深处，利用厚实的地层将二氧化碳“封印”起来。这被称为“碳捕集和储存技术”。

而在“碳捕集和储存技术”中，将二氧化碳变成液态（超临界流体）再进行封存的方法，备受科学界重视。这项技术最大的好处，是门槛较低，成本也较低。一般来说，在大约60个标准大气压下，二氧化碳就可以在室温下变成液态，而这个压强在工业上很容易实现。液态二氧化碳的流动性也很好，通过耐压长管输送到地下，并不难做到。

同时，用来“封印”的场所也是现成的，那就是全球已经接近采完的油田、气田甚至煤矿，都包含了容积巨大的地下采空区。它们的容积量加在一起，远远超过了人类每年二氧化碳排放的总量。

此外，很多国家都在尝试把二氧化碳封印和石油开采相结合，也就是把超临界态的二氧化碳，注入到含油的岩层，从而降低石油的黏度;而氣化膨胀的二氧化碳，又会把石油“挤”向井口，就像你用吸管往利乐包的饮料里吹气，饮料会从管口自己飙出——这就叫做“二氧化碳捕集与储存、驱油技术”。

然而，这个方案还存在诸多不确定因素：人类还不确定，这么做会不会影响地层的稳定。现有的研究表明，在活动断层存在大量的水时，发生断层粘滑的概率会提高，进而诱发地质灾害。那么，液态二氧化碳会不会也有类似效果呢？此外，如果发生了地震，会不会让这些被“封印”的二氧化碳脱离牢笼，重新回到大气之中？高压下的二氧化碳，在水中的溶解度相应增大，会不会对地下水构成污染，甚至造成“二氧化碳施肥效应”，让一些植物大面积地疯长，破坏现有的生态平衡？

所有问题，目前尚没有明确的答案，但已经都在科学家们努力的探索研究之中了。

矿物封存法的利与弊

除了上述“液态封存法”之外，还有一种“碳捕集和储存技术”，把二氧化碳先通过化学反应，变成固态的化合物，再拿去封存，称为“二氧化碳的矿物封存”。

科学家用氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）等活泼金属的氧化物，在加热、加压的条件下，和水、二氧化碳一起发生反应，生成碳酸钙（CaCO3）、碳酸镁（MgCO3）等碳酸盐;而这些固态的碳酸盐，无论是埋入地下还是用作建筑材料，安全性都很好。

同样，我们也非常容易获得氧化镁和氧化钙：它们主要来自工业和采矿业的废渣。比如，炼钢产生的钢渣、发电产生的粉煤灰、制造水泥产生的水泥窑灰，都富含氧化钙;采矿产生的石棉尾矿、镍尾矿，则富含氧化镁。而这种“以废制废”的策略，不仅能以低廉的价格得到矿物封存的原料，还能顺带降低这些废渣本身对环境的污染风险，属于一举两得。

然而，加热、加压，意味着巨大的能源消耗;而水和催化剂的使用，又会带来新的环保压力。两者加在一起，也会使成本相应增高，这大约是“液态封存”的几十倍之多，影响了其应用推广。

“碳捕捉”的未来在何方

事实上，“碳捕集和储存技术”中的“液态封存法”和“矿物封存法”，主要针对的是工业排放的气体，其中二氧化碳浓度较高，而这也是目前二氧化碳增量的最大来源。与之相比，空气中的二氧化碳浓度仅有万分之三左右，捕捉起来效率很低，上述两种方式就难以发挥作用了。

对捕捉空气中的二氧化碳，有人想出了一个脑洞大开的方案：用钢铁制造很多棵“人工树”，顶端建一层面积很大的薄膜，薄膜上有石灰水等碱性物质，使其外观看上去就像是一个巨大的钢铁苍蝇拍。当风吹过时，这些薄膜上的物质，就会与空气中的二氧化碳发生反应，把它固定下来。当物质被“吸收”满了，再把“拍面”整个拆下，刮下碳酸钙来，便完成了“碳捕捉”。

还有人提出，用二氧化碳直接加氢还原，从而制作燃料;或者是作为化工的原料，减少对石油的依赖。这些技术在实验室中都有一定进展，但距离其产业化还有很长距离。

目前，要真正解决碳捕集、利用的难题，科技人员需要做的事情还有很多，也难怪马斯克砸重金寻找最佳的“碳捕捉”技术了，毕竟，一旦技术成熟，除了商业目的，的确也将造福整个人类社会。

科研人员在努力，作为普通人的我们，同样可以贡献自己力量。一方面，尽可能地选择低碳环保的生活方式，比如，少用纸巾、保护森林、随手关灯、多采用共享方式出行;另一方面，支持和参与植树造林，让树木来吸收、利用空气中的二氧化碳，还能起到涵养水源、防风固沙、保护野生动物的作用，且成本相对更低，实在是一举两得的减碳好方法。