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碳捕集技术是气候救星,还是昂贵的安慰剂?

张天缘的科普号
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在应对全球变暖这场史诗般的战役中,人类似乎陷入了一个尴尬的境地:我们一方面渴望摆脱对化石燃料的依赖,另一方面,现代文明的庞大机器在短时间内又离不开它们。当我们看着发电厂和工厂的烟囱日夜不息地向大气中排放着数以亿吨计的二氧化碳时,一个大胆而直观的想法不可避免地诞生了:既然这些气体是我们放出去的,那我们能不能再把它们抓回来,重新塞回地下去?

这个听起来有点像“把大象装进冰箱”的工程学构想,有着一个专业的名字:碳捕集、利用与封存,简称CCUS

在许多气候模型和国际能源机构的净零排放路径推演中,CCUS都被视为不可或缺的一环。它被描绘成气候变化的“紧急制动器”,或者至少是一个巨大的行星级空气净化器。但这项技术真的有那么神奇吗?它究竟是拯救气候的良方,还是只是让化石能源产业得以苟延残喘的昂贵安慰剂?要回答这个问题,我们得先看看这个巨大的“抓碳网”是如何运作的。

这一整套流程的第一步,自然是“捕集”。这有点像是在烟气中进行一场高难度的化学“海选”。以燃煤电厂为例,烟囱里冒出来的气体成分复杂,氮气占据了绝大多数,二氧化碳虽然是主角,但浓度通常也只有百分之十几。要把它单独拎出来,需要用到特殊的化学吸收剂,比如醇胺溶液。这些化学物质就像是一块块只对二氧化碳感兴趣的“海绵”,当烟气通过吸收塔时,它们会选择性地“吸住”二氧化碳分子,而让其他气体溜走。

当然,除了在烟囱口守株待兔,还有一种更为激进的方法,叫做直接空气捕集。顾名思义,就是直接从我们周围的大气中“抽气”并过滤二氧化碳。但这无异于大海捞针,因为大气中二氧化碳的浓度大约只有百分之零点零四,要捕捉到足量的碳,需要处理惊人体积的空气,其难度和能耗远高于从工业废气中捕集。

一旦成功抓住了这些碳分子,接下来面临的问题就是:把它们往哪儿放?这便涉及到了“利用”与“封存”两个岔路口。

“利用”听起来很美好,就是变废为宝。比如把捕集来的二氧化碳注入温室促进植物生长,或者作为原料生产碳酸饮料、合成燃料甚至建筑材料。但遗憾的是,目前人类对二氧化碳的工业需求量,比起我们排放的天量相比,简直是九牛一毛。绝大多数被捕集的二氧化碳,最终的归宿只能是“封存”。

封存的本质,是把释放出来的碳魔鬼重新关回地下的潘多拉魔盒中。这不是在后院挖个坑那么简单,而是需要寻找位于地下八百米甚至更深处的、合适的地质结构,比如深部的咸水层或者已经枯竭的油气田。在巨大的压力下,二氧化碳会变成一种类似液体的超临界状态,被注入到这些多孔的岩石层中。为了防止它们逃逸,上方必须覆盖着一层致密、不透气的盖层岩石,就像一个天然的巨型锅盖,把碳死死地压在下面,理论上可以安全地封存数千年甚至数百万年。

听起来这套逻辑无懈可击,完美构成了碳循环的闭环。但在现实推广中,CCUS技术却面临着极其骨感的挑战,其中最大的拦路虎就是高昂的成本和巨大的能耗。

捕集二氧化碳是一个高度耗能的过程。为了让吸收了二氧化碳的化学“海绵”把碳吐出来以便循环使用,通常需要加热到很高的温度,这本身就要消耗大量的能量。如果在发电厂安装碳捕集装置,它可能会吃掉电厂本身发电量的百分之二十甚至更多。这就像是为了打扫房间卫生,结果把吸尘器开到了最大档,导致家里的电表狂转。这种额外的能耗和设备投资,使得每一吨被捕集的碳成本居高不下,缺乏足够的经济动力。

规模化也是一个令人头疼的问题。人类每年向大气排放数百亿吨的二氧化碳,要通过CCUS技术产生显著的气候影响,我们需要在全球范围内建设数以千计的大型捕集设施和庞大的管道运输网络,其基础设施建设规模堪比再造一个全球石油天然气工业。

尽管困难重重,我们可能依然无法轻易放弃CCUS。因为在钢铁、水泥和化工等重工业领域,短期内很难找到完全替代化石燃料的能源解决方案,这些“难减排”行业的深度脱碳,在很大程度上还得仰仗CCUS作为过渡或兜底技术。

CCUS并非是一根能瞬间逆转气候变化的魔法棒,它更像是一项不得不备的、昂贵但必要的保险措施。它不能成为我们继续肆无忌惮燃烧化石能源的借口,但在通往净零排放的漫长而艰难的道路上,它或许是我们手中不可或缺的最后几张底牌之一。

内容来自:张天缘的科普号