再談碳捕獲技術的施展

你如果搜索「碳捕獲」，我的博客站已經有好幾篇介紹這個新技術的文章了--它又叫作「負排放」。從逆轉氣候惡劣變化來看，我們都很迫切地希望，這類從大氣層和海洋中清除而演化碳的工程能夠儘快地大規模開展起來，迅速把全球升溫速度降下來。可是碳捕獲技術的大規模實施在可行性方面目前似乎總有些障礙。由於拜登政府對環保政策的大力支持，這些障礙似乎逐步有所消除。

今天看見另一篇專家網站的介紹，These machines scrub greenhouse gases from the air，決定再記下來，希望對你也有鼓勵。

人類歷史最近兩百年釋放太多的溫室氣體，以至於大氣層中積存了大量讓地表無法散熱的成分，現在單單停止繼續排放已經遠遠不夠了，必須清除大氣層中的CO2。目前的碳捕獲技術還在開發之中，由於成本高和耗能大，規模很小。但今年有些新的技術突破可以降低耗能與成本，美國能源部還設立了新的大規模實施的目標。

亞利桑那州立大學的Klaus Lackner教授是這個研究領域的先驅。他接受採訪介紹了直接碳捕獲技術的開發現狀。他說在發電站或工廠，你可以直接在碳排放的源頭上捕獲所釋放的CO2，但是有一半的碳排放是來自車輛、飛機、煤氣爐等等，需要另外捕獲。下面是一段視頻解釋。



那些零散進入大氣層的碳很快和其它氣體混合，也就是說，無論你在哪裡安裝碳捕獲設備，結果都差不多了。所以研究人員選擇在計劃興建碳利用和和碳存儲的地方來搞碳捕獲。

碳存儲的方法也很重要，只存60年或100年是不夠的。我們不能只照顧自己的環境，讓我們的子孫後代去另外想辦法。現在世界的能源消耗每年增加大約2%。現在直接的大氣層碳捕獲除了昂貴，耗能太大也是個問題。一來需要轉動風扇，二來需要加熱把CO2提取出來。能不能減少耗能呢？有多種辦法。

例如，研究人員發現一種會在乾燥時吸收CO2，而在潮濕時釋放CO2的材料。他們意識到可以把這種材料暴露在風中，它就裝載CO2；然後把它弄濕，它就用比較少的能量釋放CO2。用可再生能源把它加熱就使CO2壓力增高，於是我們有了混合水蒸氣的CO2氣體，從中可以收集純的二氧化碳。--如果碳捕獲是被動的，我們就可以節省能量——因為沒有必要吹風扇，空氣自行會移動。

Lackner教授的實驗室正在創立這個比較被動的過程，稱為機械樹。這些機械樹是塗了特殊化學材料泥的高高垂直一疊圓盤，直徑大約5英尺，各圓盤相距大約2英寸。當空氣通過時，圓盤的表面會吸收二氧化碳。20分鐘後，圓盤滿了，就沉入下面的桶中。我們加入水和蒸汽，以將CO2釋放到一個封閉環境中，於是有了水蒸汽和CO2的低壓混合物。 大部分用於加溫的熱能量可以回收利用，因此加熱所需的能量很少。

這個過程加水分可以讓能量消耗減少一半，其餘需要的能源使用可再生能源。這個技術要求有水和乾燥空氣，所以並不是到處都很方便使用。然而還有其它辦法來降低能源消耗。

捕獲封存的CO2能夠安全地長期存儲嗎？Lackner教授從1990年代就開始研究礦物質的封存技術。CO2其實可以永遠封存起來，因為它碰到某些富含鈣的礦物質時，就會形成固態的碳酸鹽，這樣我們可以無限量地將碳封存起來。

比如冰島有很多玄武岩（即火山岩），會自然地與CO2發生反應，幾個月內就轉化為固體碳酸鹽。冰島等於將世界其它地區排放的CO2都大量封存起來。挪威的石油開發公司Equinor從1996年就開始在北海海底天然氣加工過程中捕獲CO2，每年封存100萬噸的CO2，以避免挪威政府對CO2排放徵稅。

另外的節約能源方法還有，使用直接空氣捕獲來搞關閉性的碳循環——這意味著重複使用CO2，也就是捕獲CO2後再次重複使用，避免產生更多。現在人們使用化石燃料中的碳來提取能源。但你可以藉著將CO2與可再生能源的綠色氫混合，就轉化為不含碳的合成燃料——汽油、柴油或煤油。

這種燃料可以很容易地藉著現有的管道運輸和儲存多年，因此你冬天夜在波士頓取暖，完全可以使用去年夏天在德州西部收集太陽能產生的熱量和電力。一罐「合成燃料」的成本並不高，比電池划算。

美國能源部（DOE）設定了一個新目標，10年內將CO2清除成本降至每噸100美元，並迅速擴大作業規模。問題是現在碳捕獲技術尚未預備好投入生產。美國忽略這項技術30年，沒有幾家公司知道如何做，這不是你只要推動一下就行的事。這是一個正在誕生、還在不斷完善成熟的技術，把DOE的目標變成現實不容易。

我介紹過一家瑞典公司Climeworks在冰島搞碳捕獲項目的報道。他們是迄今世界上最大的碳捕獲作業公司，清除每噸CO2的費用是$500-1000美元，太貴了。如果價格能夠降到$50一噸，那全世界都能做。Lackner教授認為達到這目標是可能的。

美國每年的CO2商業消耗大約是700萬噸——想想你喝的碳酸飲料、你用的滅火器、你的糧倉用CO2來控制穀物粉塵（防爆）...耗費CO2的平均價格是$60-150。所以我們的碳捕獲價格只要低於$100就有市場了，你只需要有個規章制度，宣佈我們要求除碳，碳捕獲市場就會快速從現在的每年幾千噸CO2，快速發展為每年捕獲幾十億噸。

在下面10年內，碳捕獲技術會在世界上得到廣泛運用嗎？Lackner教授認為人們會逐步拋棄化石燃料，但是必須有個捕獲和要求長期封存所有CO2的行政命令在運作--每次開發出碳排放能源時，應該同時要求移除同等量的碳。開採1噸的煤、石油或氣，所含的碳必須確保全被移除。必須出示封存證書，很難偷工瞞混。

清理大氣層的最大未知數，是工業與社會究竟願意花多大努力來推動碳的淨零排放（清除量至少與排放量相等）。像微軟這樣的大公司願與購買碳積分來除碳，並且願意支付比較高的價格，非常令人鼓舞。

新技術可能要花一、二十年來滲透文化，但如果有經濟驅動力，事情就會發展得快。第一家商用噴氣飛機1951年就有了，到1965年，飛機已經到處都是了。