2025年高考科技能否還我們白云藍(lán)天

　　科技能否還我們白云藍(lán)天？

　　捕碳技術(shù)行不行？

　　近年來，一些氣候科學(xué)家，特別是像美國航天局的詹姆斯·漢森說，這1百萬分之385太高了，我們需要的不只是減緩二氧化碳增長的速度，而且還要盡快收

　　拾我們已造成的這個殘局。這項工作就像是在每100萬根麥秸堆成的草堆中尋找385根無形、無色的針。我們找到并取走它們的機會能有多少？

　　許多科學(xué)家和工程師認(rèn)為，這幾乎是零。他們說，要從空氣中消除二氧化碳完全是不可能成功的，因為這需要耗費太多的能源。但這并沒有阻擋少數(shù)研究人員嘗試的腳步。他們爭辯說，從空氣中捕獲二氧化碳不僅在理論上可行，很快還會成為一個對付全球變暖的實用武器。總之，他們認(rèn)為，不想法從大氣中清除二氧化碳是我們所不能承受的，這是人類至關(guān)重要的最后一道防線。如果漢森是正確的，而且我們也無法再回到從前，再多的太陽能發(fā)電和再高的能源效率也救不了我們。我們需要將二氧化碳直接從大氣中清除，而且要快。

　　捕獲二氧化碳并不困難。事實上，在不久的將來，我們就有可能將發(fā)電廠和工廠煙囪排放的大量二氧化碳進行壓縮，并深深地埋在地下。2005年，政府間氣候變化問題研究小組（IPCC）的一個特別委員會得出結(jié)論，這一碳捕獲和儲存（CCS）戰(zhàn)略很可能將對應(yīng)對氣候變化產(chǎn)生重要的作用。由各國政府和能源公司大力支持的整個CCS產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)像雨后春筍般地冒出來使之成為了現(xiàn)實。

　　但是，二氧化碳一旦泄露到露天，捕獲起來就要復(fù)雜一些。大氣中的二氧化碳含量大概是煙道中的百分之一，對此IPCC的結(jié)論是，就所耗費的能源而言，從空氣中直接捕獲二氧化碳是得不償失的。

　　美國哥倫比亞大學(xué)的克勞斯·拉克納卻提出了不同意見。他也是IPCC的成員之一，作為一名粒子物理學(xué)家，他多年來一直在致力于推動從空氣中捕獲二氧化碳的技術(shù)。他制定了從空氣中消除二氧化碳所需的最低能源的理論值，并認(rèn)為IPCC的數(shù)字是錯誤的。他說，從空氣中捕獲二氧化碳確實要比從煙道中需要更多的能源，但兩者的差異并不大。

　　這個計算結(jié)果使拉克納深信，空氣濾清器是一個較實用的建議，但他并沒能說服IPCC里的同行。為此，他意識到，他必須親手做一個出來。

　　拉克納也確實這樣做了。2008年年中，他和他的同事阿倫·萊特用塑料制成了一個從空氣中捕獲二氧化碳的濾清器，并獲得了專利。該設(shè)備每天能從穿過垂直塑料片間的空氣中搜集幾十公斤的二氧化碳。拉克納說，如果給他兩年時間，加上2000萬美元的風(fēng)險投資，當(dāng)然現(xiàn)在并不容易得到，他就能建造出一個模型，每天可消除1噸的二氧化碳，正好裝滿一個標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱。拉克納認(rèn)為，這樣的設(shè)備很快將會引起那些不得不購買二氧化碳排放配額公司的興趣，數(shù)以百萬計的這樣的設(shè)備最終將會部署以從大氣中吸走二氧化碳，這有助于將我們從全球氣候變暖中拯救出來。

　　當(dāng)然，拉克納并不是唯一從事捕碳技術(shù)的人。加拿大卡爾加里大學(xué)以及瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究團隊也都建造出了實驗室規(guī)模的捕碳裝置。

　　甩掉管道的羈絆

　　如果說人們對從空氣中捕獲碳的技術(shù)越來越關(guān)注，這全是因為其潛在優(yōu)勢是如此之大。一方面，空氣濾清器可從任何地方捕獲二氧化碳，不論規(guī)模大小，包括汽車、飛機和供暖系統(tǒng)。這些設(shè)備產(chǎn)生了超過全球二氧化碳排放量的1/3，但要完全在排氣管或煙道中來進行捕獲是不切實際的。更重要的是，排放出的二氧化碳會與空氣快速混合，各個地方的二氧化碳含量幾乎都是相同的，空氣濾清器就可以直接放在需隔離的地點。與此相反，對發(fā)電廠的二氧化碳捕獲往往要使用數(shù)百公里的管道。就像卡爾加里大學(xué)的大衛(wèi)·凱斯所說的那樣，空氣捕碳技術(shù)和其他的能源經(jīng)濟是相脫離的。

　　3年前，凱斯和他的學(xué)生喬蘇阿·斯托拉洛夫建立了自己的第一個捕碳原型裝置，使用的是從燃煤電廠煙塵中去除二氧化硫的“噴霧塔”技術(shù)。像二氧化硫一樣，二氧化碳也是一種酸性氣體，可被氫氧化鈉堿性溶液吸收。

　　凱斯的裝置原型是一個內(nèi)襯聚氯乙烯的、高達4米的厚重卡板紙圓柱體。需要處理的空氣從頂端吹入，在那里用氫氧化鈉溶液對空氣進行噴淋，氫氧化鈉和空氣中的二氧化碳進行反應(yīng)后形成碳酸鈉液滴。

　　這個全工濾清器也可裝配在飛機機庫，從一端用風(fēng)扇鼓入空氣穿過由天花板的噴嘴中噴出的氫氧化鈉薄霧。地板上的水渠將收集碳酸鈉溶液。

　　這個系統(tǒng)雖然能工作，但要耗費巨大的能源。在這個過程的最后，碳酸鈉需被變回氫氧化鈉，雖然氫氧化鈉并不貴，但還沒便宜到能承擔(dān)得起只用一次就廢棄。這需要一個加熱到900°C的爐子。凱斯認(rèn)為，他能將所需的能源減半，削減捕獲并吸收二氧化碳的整體成本至每噸100美元左右。雖然這要比污染者根據(jù)歐盟排放控制計劃支付的罰款高出很多，但一旦各國政府嚴(yán)肅對待氣候變化，罰款也許就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是目前的數(shù)目了。

　　凱斯承認(rèn)，空氣濾清器永遠(yuǎn)不可能是解決全球氣候變化問題的最經(jīng)濟方式，但他認(rèn)為我們也許不管怎樣都得使用他們。

　　在凱斯忙于調(diào)整其現(xiàn)有技術(shù)的同時，其他研究人員也在尋求更創(chuàng)新的技術(shù)。在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）專長研究太陽能技術(shù)的艾爾多·施泰因菲爾德，在參觀了拉克納的研究所后，對空氣濾清器表現(xiàn)出了極大的興趣。他說：“我們決定，將用太陽能技術(shù)來做到這一點。”

　　巧用陽光來除碳

　　ETH的概念是一個改良型的能源發(fā)電技術(shù)，稱為集中太陽能發(fā)電，主要應(yīng)用于世界各地的沙漠地區(qū)。這樣的發(fā)電站包含日光跟蹤鏡，這些鏡子可將日光聚焦產(chǎn)生蒸汽來驅(qū)動發(fā)電機。施泰因菲爾德解釋說：“我們將鍋爐移走，然后將太陽能反應(yīng)器放在那里，這樣，我們就能將二氧化碳從空氣中去除。”

　　施泰因菲爾德的反應(yīng)器是一個裝滿氧化鈣顆粒的透明管子。桌上型版本中的管子只有幾厘米高，并用弧光燈代替日光。當(dāng)管子被加熱到400℃時，與少量蒸汽混合的空氣被泵入，并由下而上地穿過這些顆粒。在這樣的溫度條件下，氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣。施泰因菲爾德說：“當(dāng)空氣離開時，那里就沒有二氧化碳了。我們可將1百萬分之385的二氧化碳含量幾乎變?yōu)榱恪?rdquo;

　　在不到15分鐘的時間里，顆粒大多轉(zhuǎn)化為碳酸鈣。此時，施泰因菲爾德關(guān)閉進氣閥，加強了光度，將反應(yīng)器中的溫度提高到800℃。這可將二氧化碳作為一股純氣流分離出來，并被送去隔離，用以把碳酸鈣轉(zhuǎn)化為氧化鈣。研究人員已將他們的反應(yīng)器運行了5個吸收和釋放的循環(huán)，而性能并無下降。施泰因菲爾德認(rèn)為他的裝置可按比例放大，從大氣中去除大量的二氧化碳，但他尚不清除去除每噸二氧化碳的成本是多少。

　　利用日光將二氧化碳從空氣中去除，明顯要比凱斯的爐子具有優(yōu)勢。但是，拉克納認(rèn)為，如果你打算要將沙漠充滿太陽能聚光器，這可能要比只是將日光變?yōu)殡娏Ω�具環(huán)境意義。

　　拉克納的策略是要降低從空氣中帶走二氧化碳所需的能源使用量。他和他的同事嘗試了各種不同的設(shè)計，但是這些設(shè)計的核心是離子交換樹脂，這是一種可浸漬在氫氧化鈉中的聚合物。鈉離子緊密附著于聚合物，但氫氧化物是松散的，很容易被二氧化碳取代，二氧化碳跟鈉結(jié)合就會形成碳酸氫鈉。拉克納說，卡爾加里的裝置基本上也是基于同樣的化學(xué)原理，但由于樹脂片的表面積要大得多，因此反應(yīng)也要快得多。

　　這種樹脂還有第二個主要優(yōu)勢：潮濕時會變形，降低了其與二氧化碳的親和力。拉克納說：“這樣，我們只需加些水，就可以推進二氧化碳的吸收。”

　　卡爾加里大學(xué)和瑞士理工學(xué)院的空氣濾清器需要900℃的溫度才能再生其二氧化碳吸收材料，但拉克納的設(shè)計在40℃的條件下就能做到這一點。拉克納正在對極少量的能源進行處理，不過處理每噸二氧化碳的成本到底有多少，他還沒有作出詳盡的分析。

　　但他認(rèn)為，該項技術(shù)將廉價到足以適于商業(yè)化應(yīng)用。水果和蔬菜種植者經(jīng)常在溫室中利用大量的二氧化碳來使空氣富營養(yǎng)化，生產(chǎn)每噸產(chǎn)品需要額外支付300美元的成本。拉克納認(rèn)為，將其空氣濾清器直接連到溫室就可以大幅降低生產(chǎn)成本。

　　微型溫室

　　拉克納的示范裝置其實就是一個大約1米長的微型溫室。一端附有裝滿離子交換樹脂的塑料管，它可以吸收空氣中的二氧化碳。當(dāng)大部分氫氧化鈉樹脂轉(zhuǎn)換成碳酸氫鈉時，拉克納就排空管子，將管子插入溫室中的潮濕空氣中，此時二氧化碳可快速釋放到溫室中。該裝置每天可產(chǎn)生1公斤左右的二氧化碳，這將轉(zhuǎn)化為溫室中番茄植株的生物量。

　　油氣公司也常成噸地購買二氧化碳來沖刷廢棄油田中的石油。拉克納估計，濾清器每天捕獲的二氧化碳達到1噸之時，也就是他的濾清器在油氣和園藝市場大展宏圖之時。但他此刻必須面對的現(xiàn)實是：等待風(fēng)險資本來建立一個日產(chǎn)1噸二氧化碳的原型裝置。由于缺乏投資，一家準(zhǔn)備將其成果進行商業(yè)化的小公司最近終于關(guān)張了。

　　使用空氣捕獲技術(shù)來應(yīng)對氣候變化正面臨著巨大的經(jīng)濟挑戰(zhàn)。只有等到政府為碳投資設(shè)置一個合理的價格，該項技術(shù)才能起飛。如果這樣的情況一旦成為現(xiàn)實，就可能開辟出一個新的潛力巨大的市場：從稀薄的空氣中合成燃料。凱斯說，將捕獲的二氧化碳和氫混合就可以制作出燃料。從空氣中捕獲二氧化碳制作的燃料不會導(dǎo)致凈排放量，因為他們釋放的二氧化碳本身就來自空氣。

　　當(dāng)然，希望還在。如果我們能及時大規(guī)模轉(zhuǎn)換到太陽能、風(fēng)能和核能，那么避免氣候危機還為時不晚。但是，如果做不到這一點，空氣濾清器也許可以成為最后關(guān)頭的生命線。不過，這也將是一件艱巨的任務(wù)。按照目前的排放量，我們將需要每天2000萬噸吸收量的濾清器裝置，才能吸收運輸部門排放的二氧化碳。

　　1百萬分之385：這就是我們現(xiàn)在大氣中的二氧化碳含量。雖然這比人類將事情弄糟前只增加了1百萬分之100，但極地的冰蓋已開始融化，氣候模式正在發(fā)生變化，植物和動物正在向兩極遷徙以找到舒適的存活區(qū)域。如何處理大氣中的二氧化碳成了全球關(guān)注的一個重要問題。

　相關(guān)推薦：

　　高考物理知識點匯總

最新高考資訊、高考政策、考前準(zhǔn)備、志愿填報、錄取分?jǐn)?shù)線等

高考時間線的全部重要節(jié)點

盡在"高考網(wǎng)"微信公眾號