如何将氢与碳捕获结合起来。

《经济学人》的读者普遍旅行经验丰富。他们中的许多人都会意识到——或许是略带内疚地——对气候变化最大的个人贡献之一就是坐飞机出游。平均而言,地球上每个开展普通业务活动的人每年的产量相当于 5 吨二氧化碳。但是,即使是坐经济舱,只要跨大西洋往返一次,每位乘客也相当于产生了约 1 吨二氧化碳。

对于一些人来说,全球变暖的问题在于想到自己可能不得不改变行为习惯来对抗它——不仅仅要回收垃圾或吃更多的当季食物,而是还要放弃在瑞士格施塔德或马尔代夫的度假,这太要命了。最终,零碳技术或许能避免一些这么困难的牺牲。这种技术将绿色氢气生产与从大气中吸收二氧化碳以制造合成燃料的方法结合起来。这目前非常昂贵,但可帮助低碳航空启航。

根据目前的趋势,航空客运量预计会在未来 20 年增加一倍,主要来自亚洲的增长。这可能将目前每年 10 亿吨二氧化碳的排放量推高至至少 17 亿吨,大部分源自长途航班。行业组织国际航空运输协会承诺到 2050 年将排放量减半。航空公司正在开发更高效的飞机以降低排放,成效不一。但这还不够。

电池和氢燃料电池已经进入轻型飞机来驱动短途飞行,但它们要么太重,要么太大,无法推进喷气客机做长途飞行。相反,生物燃料或结合清洁氢气和二氧化碳的合成燃料可用作现有发动机中的「直接替代」燃料。

在芬兰,一家名为 Neste 的前炼油厂从屠宰奶牛和猪的废弃物中生产生物燃料。它已将少量产品投入波音梦想飞机的燃油系统。但任何生物燃料的供应,哪怕是来自能源作物,都受到可持续生产原料的土地短缺的制约。在芬兰的拉彭兰塔科技大学(Lappeenranta University of Technology),研究人员正在研究合成燃料作为替代品。克里斯蒂安·布雷耶(Christian Breyer)说,如果在拥有丰富可再生资源的地方——例如智利的阿塔卡马沙漠——使用电解法,就可以低成本而清洁地生产氢气。

为了将这些氢气变成航空燃料,他建议选择把电解槽放到从空气中提取二氧化碳[这一过程称为「直接空气捕获」(DAC)]的工厂附近。使用具有百年历史、用于制造液体燃料的费托合成工艺,可将二氧化碳气体转化为一氧化碳并与氢气结合,而这一切都由可再生能源提供动力。这种燃料可以精炼成煤油和其他产品,例如用于海运的柴油和用于化学工业的石脑油。燃烧时,大气中的二氧化碳将没有净增量。「这就像大自然一样。」布雷耶说。

不幸的是,DAC 是一个新之又新的技术。不过,它吸引了微软创始人比尔·盖茨等有影响力的推动者的注意。最初它被认为是减少大气中二氧化碳含量的一种方法。而如果被捕获的二氧化碳分子可以再次燃烧来让人们飞行,至少这不会增加二氧化碳整体存量。

盖茨支持的公司是总部位于加拿大的碳工程(Carbon Engineering),该公司自 2015 年起实施 DAC 试点项目,每天能提取 1 吨二氧化碳,并自 2017 年起生产合成燃料。另一家公司是瑞士的 Climeworks。据估计,DAC 技术每清除一吨二氧化碳的成本高达 600 美元。但最近在能源期刊《焦耳》(Joule)上刊登的一篇论文中,碳工程公司的杰弗里·霍尔姆斯(Geoffrey Holmes)等人认为,如果大规模开展,成本可低于每吨 100 美元。

霍尔姆斯表示,公司借用并调整了久经考验的技术,以确保自己不会做无谓的重复。试点工厂使用改进版冷却塔技术吸入大量空气,并让其通过喷涂了氢氧化物溶液的瓦楞纸板。二氧化碳被吸收到液膜中形成碳酸盐溶液,溶液再通过颗粒反应器,利用水处理中常见的化学反应在分子水平上结合二氧化碳,形成「冰雹般」的碳酸钙颗粒供进一步处理。这些颗粒在高温反应器中加热至 900℃以生成氧化钙和二氧化碳。加热过程可以通过燃烧天然气进行,来自大气和燃烧产生的二氧化碳都可以被收集和利用。

如此捕获的碳不一定要变回燃料,它也可以被简单地填埋。这是从空气中永久去除二氧化碳的几种方法之一。这些方法包括生产林木等生物质,燃烧木材用于发电,以及捕获和隔离二氧化碳。美国国家科学院的一份报告称,即使是最便宜的负排放技术,如带碳捕获和储存(CCS)的生物质,其规模仍然过于受限,无法显著减少大气中的二氧化碳。英国皇家学会和皇家工程院的一项研究表明,为了使大多数负排放项目可行,碳价可能需要达到每吨 100 美元。危险在于,政策制定者将会在目前推迟限制排放,期望未来能从空气中清除大量温室气体。事实上,两者都需要大规模进行。




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