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      主题分类 环保知识 体裁分类 服务对象

      环保科普-固碳有哪些技术手段呢?

      发布日期:2022-03-07 浏览次数:

      在众多碳中和技术路径中,有一个治理思路,因其可高效降低大气二氧化碳浓度的前景而格外引人注意,那便是碳捕捉。那么,排出去的二氧化碳,怎么能捕捉回来呢?

      从逻辑上讲,减少大气中的二氧化碳有两个努力方向:一是减少输入,即在最短时间内转变我们的能源获取方式,不再使用石油、煤炭、天然气等富碳燃料,减少人类活动产生的二氧化碳;二是增加去路,即尽最大可能提高环境和人工二氧化碳的固定能力,直接降低大气中的二氧化碳浓度。

      第一条路径,目前可谓困难重重。因此,第二条路径——提高环境和人工二氧化碳的固定能力,成为技术研发的焦点。

      除了种树,固碳还要用高科技干预。花草树木,不单单是美丽的人间风景,也是勤勉的固碳小能手。植物始于本能的光合作用,仿佛是它们给予地球的美妙祝福:吸收二氧化碳和水,合成构建植物躯干的有机物质,并释放氧气。森林作为陆地生态系统的主体,就是陆地上最大的“固碳仓库”。然而,植物虽然能固碳,但时效性慢,难以在短时间内遏制强劲的二氧化碳增加趋势。通过工程干预进行碳捕捉,这一思路便应运而生。

      当前碳捕捉技术的核心目的,是将人类活动产生的二氧化碳收集起来,加以储存甚至利用,避免其排放到大气中。主要技术方向有三个,分别是:碳捕捉与储存、碳捕捉与能源化利用、碳捕捉与资源化利用。

      碳捕捉与储存——把二氧化碳封存在地下

      碳捕捉与储存,即从人类工业生产或单纯的化石燃料燃烧的尾气中分离出二氧化碳,储存起来使其不进入大气。该过程通过燃烧后技术,或采用低碳的燃烧前技术,直接从烟道气流中去除二氧化碳。完成二氧化碳捕捉后,再通过管道将其注入一定深度的地下岩层中封存起来。

      通常的封存地点是废弃油田、气田等。虽然有研究表明,采用高压注水等途径,可以加速使二氧化碳以碳酸盐的形式和地壳岩块结合,实现稳定储存。但这些碳,终究只是以“打盹”的形式,维持着微妙的平衡存在于地壳之中。一些科学家担心,频繁的地壳活动,终有一天会将这些气体送回地面,其技术安全性还有待加强。

      碳捕捉与能源化利用——二氧化碳也能做燃料

      这是将二氧化碳捕捉之后,再次用来获取能量的一项技术路径。简单说,就是把二氧化碳变成燃料。二氧化碳一直是燃料燃烧后的尾气成分,甚至被用来灭火,“二氧化碳燃料”这个名词组合,难免让人感觉有些怪异。但科学家真的让这种奇思妙想变成了现实。碳捕捉后进行能量开发,最先人们考虑的是,采用太阳能模拟植物光合作用,将二氧化碳固定成燃料。结果发现,即便实现了这个反应,也只能算是对高品位能源的储能再释放,有点得不偿失。

      直到热机工作原理的新认识出现,相关技术才开始突飞猛进。以往热机工作都是通过燃料燃烧,加热腔室,获取密闭空间的气体膨胀,从而驱动热机运转。容易想到,加热不是热机工作的目的,而只是手段。如果我们的燃料原本就是极低温的,恢复到正常温度,也会产生巨大膨压,即便不燃烧,也能驱动热机运转。

      二氧化碳恰是这样一种神奇物质。常压下,它以零下78.5℃超低温、固态干冰的形式存在;到了约10个大气压的环境中,又会变成液体流动,便于输送。如果用干冰作为工作介质,就可以吸收环境中的热量,从而受热气化。如果这一过程被限制在一个封闭容器中,就可以得到数十个大气压的常温二氧化碳气体。理论上,这种高压、常温气体,完全可以推动气动机械做功。

      根据这一理念,低温热机迅速诞生。这几乎是蒸汽机革命之后,人类对驱动能源做的最有意思的一次尝试。碳捕捉完成后形成的干冰物质,作为驱动热机运转的燃料,气化后释放到空气中,之后再次被捕捉回来,从而保持一种人类活动与大气状态之间的奇妙平衡。

      碳捕捉与资源化利用——二氧化碳代替石油做化工原料

      这是另一个绝妙的固碳方案,即把二氧化碳作为工业生产的原料使用。我们当前绝大多数的人造材料、合成制品,都是石油化工的产物。换句话说,就是都源自地球上的动植物数亿年前收集的二氧化碳。理论上,以今天人类对物质的认识和改造水平,完全可以将捕捉到的二氧化碳,用于制备当前从石油中衍生得到的化学品和材料。其关键在于,在这天马行空的改造中,怎样有效控制成本。

      二氧化碳是一种极其稳定的分子,作为原料参与化工合成,需要吸收大量能量。这也意味着其转化成本非常高昂。科学家们必须先找到一条低耗能的转化路径。事实上,截至当前,基于二氧化碳的产品开发技术,已经衍生出诸如建筑材料、化学品、塑料聚合物、碳纤维和碳材料等极具潜力的分支。


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