為什麼新的二氧化碳捕集技術不是應對氣候變化的神奇子彈

為什麼新的二氧化碳捕集技術不是應對氣候變化的神奇子彈 如果那麼簡單就好了。 Olivier Le Moal / Shutterstock

根據最近的一個主要聯合國 報告如果我們要將溫度上升限制在1.5°C並防止氣候變化帶來的災難性影響,我們需要通過2050將全球二氧化碳排放量減少到零淨值。 這意味著要快速消除化石燃料的使用 - 但為了緩衝這種過渡並抵消目前無法替代可燃物的區域,我們需要主動從大氣中去除二氧化碳。 種植樹木和重建是一個 大部分 這個解決方案,但如果我們要防止氣候崩潰,我們很可能需要進一步的技術援助。

因此,當最近有消息稱,加拿大公司Carbon Engineering已經利用一些著名的化學品從大氣中捕獲二氧化碳,成本低於每噸100,許多媒體人士稱這一里程碑為 妙法。 不幸的是,大局並不那麼簡單。 真正從碳源到碳彙的平衡是一項微妙的業務,我們認為所涉及的能源成本以及可能下游使用的二氧化碳捕獲量意味著碳工程的“子彈”絕不是神奇的。

鑑於二氧化碳僅占我們空氣中分子的0.04%,捕獲它似乎是一個技術奇蹟。 但是,自18世紀以來,化學家們一直在小規模上進行這項工作,甚至可以通過本地五金店的供應來實現 - 儘管效率低下。

正如中學化學學生所知,二氧化碳與石灰水(氫氧化鈣溶液)反應生成乳白色不溶性碳酸鈣。 其他氫氧化物以相同的方式捕獲CO 2。 氫氧化鋰是其基礎 CO 2吸收劑 使宇航員在阿波羅13上保持活力,氫氧化鉀能夠有效地捕獲二氧化碳,因此可以用來測量燃燒物質的碳含量。 在後一種程序中使用的19世紀儀器仍然以美國化學學會的標識為特色。

不幸的是,這不再是一個小規模的問題 - 我們現在需要捕獲數十億噸的二氧化碳,並且速度很快。

Carbon Engineering的技術是最好的氫氧化物。 在不列顛哥倫比亞省的試驗工廠,空氣被大風扇吸入並暴露在氫氧化鉀中,CO 2與之反應生成可溶性碳酸鉀。 然後將該溶液與氫氧化鈣混合,產生固體且易於分離的碳酸鈣,以及可重複使用的氫氧化鉀溶液。

氣候 碳酸鈣可用作土壤肥料。 北歐月光/ Shutterstock

這部分過程耗費的能源相對較少,而且其產品基本上是石灰石 - 但製造大量的碳酸鈣並不能解決我們的問題。 雖然碳酸鈣在農業和建築業中具有用途,但這種方法作為商業來源過於昂貴。 由於需要大量的氫氧化鈣,它也不是政府資助的碳儲存的實用選擇。 為了可行,直接空氣捕獲需要產生濃縮的CO 2作為其產品,其可以安全地儲存或投入使用。

因此,將固體碳酸鈣加熱至900℃以回收純CO 2。 最後一步需要大量的能量。 在Carbon Engineering的天然氣發電廠中,從空氣中捕獲的每噸產品,整個循環產生半噸二氧化碳。 該工廠確實捕獲了這些額外的二氧化碳,當然可以通過可再生能源為更健康的碳平衡提供動力 - 但是如何處理所有捕獲的天然氣的問題仍然存在。

瑞士初創公司Climeworks正在使用類似捕獲的二氧化碳 輔助光合作用 並提高了附近溫室的作物產量,但目前價格還遠沒有競爭力。 二氧化碳可以在其他地方採購,只需要碳工程公司的100底線的十分之一。 政府還可以採用更便宜的方式來抵消排放:在排放源處捕集二氧化碳要容易得多,因為排放源的濃度要高得多。 因此,這項技術可能主要引起高排放行業的興趣,這些行業可能會從綠色證書的二氧化碳中受益。

例如,碳工程捕獲技術的主要投資者之一是Occidental Petroleum,該公司的主要用戶 提高石油採收率 方法。 在一種這樣的方法中,由於增加的井壓和/或改善了油本身的流動特性,將CO 2泵入油井中以增加可回收的原油量。 然而,包括運輸和精煉這種額外石油的能源成本,以這種方式使用該技術將可能增加淨排放,而不是減少它們。

關於碳工程公司運營的另一個重要講話是它 空氣燃料 技術,其中二氧化碳轉化為可燃液體燃料,準備再次燃燒。 從理論上講,這提供了碳中性燃料循環,前提是該過程的每個步驟都由可再生能源提供動力。 然而,即使這種使用仍然與負排放技術相差甚遠。

金屬有機骨架是能夠捕獲CO 2的多孔固體。

有可能出現的替代方案即將出現。 金屬有機骨架是海綿狀固體,可以擠壓足球場的等效CO 2表面積 糖塊的大小。 使用這些表面捕獲二氧化碳需要的能源要少得多 - 公司已開始探索其商業潛力。 然而,大規模生產尚未完善,對其持續二氧化碳捕集項目的長期穩定性的質疑意味著它們的高成本尚不值得。

實驗室中的技術幾乎不可能在未來十年內為gigatonne規模的捕獲做好準備,Carbon Engineering和Climeworks採用的方法是我們目前最好的方法。 但重要的是要記住它們遠非完美。 我們需要盡快切換到更有效的二氧化碳捕集方法。 作為Carbon Engineering的創始人David Keith本人 指出政策制定者過度採用碳排除技術,迄今為止已獲得“非常少”的研究經費。

更一般地說,我們必須抵制將直接空中捕獲視為神奇子彈的誘惑,這使我們不必解決我們的碳成癮問題。 減少或中和碳氫燃料生命週期中的碳負擔可能是向負排放技術邁出的一步。 但它只是 - 一步。 在長時間處於碳分類賬的錯誤一側之後,過去的時間超越了收支平衡。

關於作者

Chris Hawes,無機化學講師, 基爾大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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