只要有足够的投资和战略部署，二氧化碳的去除和储存就能在将全球变暖控制在我们可以承受的范围内发挥关键作用。

克劳斯·拉克纳心中描绘着一幅未来的景象，大致如下：一亿个半挂车大小的箱子，每个箱子里都填充着一种米色织物，这种织物被设计成类似长毛地毯的形状，以最大限度地增加表面积。每个箱子都像呼吸一样吸入空气。在这个过程中，织物吸收二氧化碳，然后以浓缩的形式释放出来，用于制造混凝土或塑料，或者通过管道输送到地下深处，从而有效地抵消了其对气候变化的影响。

尽管这项技术尚未投入实际应用，但亚利桑那州立大学负碳排放中心主任拉克纳表示，它“即将走出实验室，以便我们能在小规模上展示其运作原理”。他估计，一旦所有技术细节都得到解决，这套装置网络每天或许可以捕获1亿吨二氧化碳，成本为每吨30美元——这将显著缓解自150年前人类开始大规模燃烧化石燃料以来，大气中二氧化碳含量不断升高，从而对气候造成严重破坏的局面产生显著影响。

拉克纳是全球成百上千名科学家中的一员，他们致力于研究如何从大气中去除二氧化碳，利用植物、岩石或工程化学反应从大气中捕获碳，并将其储存在土壤、混凝土和塑料等产品、岩石、地下储层或深海中。

“我们不能仅仅依靠经济脱碳，否则我们将无法实现碳排放目标。”——诺亚·戴奇

有些策略——统称为二氧化碳去除或负排放技术——还只是构想者的脑海中的设想。另一些策略——例如植树造林或将作物残茬留在田间等低技术方案，或诸如……等更先进的“负排放”装置。 去年春天投入运营的二氧化碳捕集生物质燃料工厂 在伊利诺伊州迪凯特，相关工作已经开始。他们的共同目标是：帮助我们摆脱我们自己造成的气候变化困境。

“我们不能仅仅实现经济脱碳，否则我们将无法实现碳排放目标，”诺亚·戴奇（Noah Deich）说道，他是……的联合创始人兼执行董事。 碳清除中心 在加利福尼亚州奥克兰市。“我们必须采取更进一步的措施来清除大气中的碳。……[而且]如果我们想在2030年之前拥有真正安全且经济有效的市场和解决方案，我们就必须立即行动起来。”

多种方法

几乎所有气候变化专家都认同，为避免灾难，我们首先必须竭尽全力减少二氧化碳排放。但越来越多的专家认为这还不够。他们认为，如果我们要将大气变暖限制在不可逆转的变化发生的水平以下，就需要主动从空气中大量去除二氧化碳。

“如果没有某种负排放技术，我们几乎不可能将升温幅度控制在2摄氏度以内，更不可能控制在1.5摄氏度以内，”阿伯丁大学植物与土壤科学系主任、世界顶尖专家之一皮特·史密斯说道。 气候变化减缓领域的领导者.

事实上，来自世界各地的科学家们最近制定了 一份“路线图”，旨在为我们未来的发展提供更大的可能，将全球升温幅度控制在2摄氏度以下。 该计划高度依赖逐步淘汰化石燃料来减少碳排放，但也要求我们积极从大气中去除二氧化碳。他们的方案要求到2030年每年封存0.61吉吨（吉吨，缩写为Gt，等于10亿公吨或6.7亿吨）二氧化碳，到2050年封存5.51吉吨，到2100年封存17.72吉吨。2015年，人类活动产生的二氧化碳排放量约为40吉吨。 根据国家海洋和大气管理局.

“如果没有某种负排放技术，我们几乎不可能将升温幅度控制在2摄氏度以内，更别提1.5摄氏度了。”——皮特·史密斯

时不时有报道指出，某种方法或另一方法都行不通：树木可以储存碳，但它们会与农业争夺土地；土壤储存的碳不够多；像拉克纳设想的那种机器消耗的能源太多；我们还没有掌握地下储存的工程技术。

或许确实没有一种单一的解决方案能够彻底解决问题，每种方案都有其优缺点，而且许多方案在正式投入使用前还需要解决一些缺陷。但是，如果能够找到合适的组合，并经过认真的研发，它们就能产生巨大的影响。而且，正如…… 一个国际气候科学家团队最近指出：越早行动越好，因为我们拖延的时间越长，减少温室气体的任务只会变得越来越大、越来越艰巨。

史密斯建议将众多方法分为两类：一类是相对低技术含量的“无悔”策略，例如植树造林和改进农业实践，这类策略已经可以立即实施；另一类是需要大量研发才能实现的先进方案。然后，他建议先部署前者，再部署后者。 开始着手处理后者。他还提倡通过精心选择合适的方法和地点，最大限度地减少弊端，最大限度地发挥效益。

史密斯说：“做任何事可能都有好方法和坏方法。我认为我们需要找到做这些事的好方法。”

戴奇也支持同时探索多种方案。“我们想要的不是某项技术，而是……” 很多 在更广泛的解决方案组合中提供互补的解决方案，并随着有关这些解决方案的新信息的出现而经常更新。”

鉴于此，以下简要介绍一些正在考虑的主要方法，包括基于从各种来源（包括）提取的当前二氧化碳储存潜力知识所做的粗略预测。 密歇根大学一项研究的初步结果 预计将于今年晚些时候发布——以及对每项技术的优势、劣势、成熟度、不确定性和最佳应用场景的总结。

造林和再造林

支付门票后，驱车沿着蜿蜒的道路驶入加利福尼亚州的红杉国家公园，徒步穿过半英里的树林，你就会来到世界上最大的树——谢尔曼将军树的脚下。这棵巨树的树干内含有约 52,500 立方英尺（1,487 立方米）的木材。 超过1,400公吨 仅树干就封存了 1,500 吨二氧化碳。

尽管其规模显然非同寻常，但这棵“将军树”让我们得以一窥树木吸收空气中二氧化碳并将其储存在木材、树皮、树叶和根系中的潜力。事实上，政府间气候变化专门委员会估计，每公顷（2.5英亩）森林每年可以吸收1.5至30公吨（1.6至33吨）的二氧化碳，具体数值取决于树木种类、树龄、气候等因素。

目前全球森林每年大约能固存2亿吨二氧化碳。通过共同努力在新的地点植树造林（人工造林）和重新造林（恢复森林），这一数字有望增加2亿吨甚至更多，具体增幅取决于树种、生长模式、经济状况、政治因素和其他变量。此外，注重碳储存的森林管理措施以及通过基因改造提高树木和其他森林植物吸收和储存碳的能力，也能进一步提升这一数字。

另一种增强树木固碳能力的方法是利用树木制造耐用产品——木结构建筑、书籍等等。例如，使用富含碳的木材进行建筑，可以将树木的固碳能力扩展到森林之外，木材储存和植树造林相结合，每年可能减少1.3-14 Gt CO₂的碳排放。 根据气候研究所的数据一家总部位于澳大利亚的研究机构。

碳农业

大多数农业生产的目的是生产可以从土地上收获的作物。碳农业则恰恰相反。它利用植物吸收二氧化碳，然后策略性地采用诸如……之类的措施。 减少耕作，种植根系较长的作物，并将有机物混入土壤中。 促使被困的碳进入土壤并留在土壤中。

“目前，许多农业、园艺、林业和花园土壤都是净碳源。也就是说，这些土壤流失的碳比吸收的碳多，”总部位于澳大利亚的非营利组织创始人克里斯汀·琼斯指出。 惊人的碳“通过改善植物和土壤管理，扭转二氧化碳净流入大气的趋势的潜力是巨大的。事实上，通过管理植被覆盖，增强土壤以稳定形式固存和储存大量大气碳的能力，可以为目前人类面临的一些最具挑战性的问题提供切实可行的、几乎立竿见影的解决方案。”

如果研究计划得以实施，土壤的碳储存能力可能会更高。 能源部高级研究计划署美国政府机构，特别是为创新能源技术提供研究支持的机构，以及其他旨在提高作物向土壤转移碳能力的机构都取得了成功。正如埃里克·托恩斯迈尔所指出的那样， 《碳农业解决方案》的作者如果将树木也纳入考虑范围，农田储存碳的能力可以大幅提高。

“一般来说，这些做法都采用碳储存量最大的树木——通常每公顷的碳储存量是其他树木的 2 到 10 倍，这意义重大，”托恩斯迈尔说。

其他植被 

虽然森林和农田最受关注，但其他类型的植被——草原、沿海植被、泥炭地——也能吸收和储存二氧化碳，提高它们吸收和储存二氧化碳的能力的努力可以为世界各地的碳储存事业做出贡献。

沿海植物， 诸如红树林、海草和潮汐盐沼中的植被等，在固碳方面表现出色——单位面积的固碳量明显高于陆地森林。 根据梅雷迪思·穆斯的说法，美国国家海洋和大气管理局国际项目经理。

“这些都是碳含量极高的生态系统，”艾米丽·皮金说道。 保护国际 战略海洋计划高级主管。这是因为它们生长的贫氧土壤抑制了二氧化碳释放回大气，因此碳不会循环回大气，而是会在几个世纪里一层层积累。 红树林每公顷（2.5英亩）大约能固碳1,400公吨（1,500吨）；盐沼每公顷能固碳900公吨（1,000吨）；海草每公顷能固碳400公吨。恢复已消失的沿海植被和扩大沿海栖息地具有封存大量碳的潜力。研究人员正在关注减少污染和管理沉积物扰动等策略。 使这些生态系统吸收更多的二氧化碳.

皮金补充说，这种植被还能带来双重气候效益，因为它还有助于保护海岸线免受侵蚀，因为气候变暖会导致海平面上升。

“这是一个完美的应对气候变化的生态系统，尤其是在一些较为脆弱的地区，”她说。“它能抵御风暴，控制水土流失，维持当地的渔业。就气候变化而言，无论谈到减缓还是适应，它都具有极其重要的价值。”

生物能源与埋葬

除了利用植物自身在植物组织和土壤中储存二氧化碳的能力外，人类还可以通过其他方式储存植物吸收的碳，从而增强碳封存。 这座耗资208亿美元的发电厂于今年早些时候投入运营。 在伊利诺伊州农业区的中心地带，有一个切实的例子证明了这种方法，以及目前被广泛认为是最有前途的基于技术的从空气中去除大量碳的策略：生物能源碳捕获和储存（BECCS）。

生物能源碳捕获与封存（BECCS）通常首先将生物质转化为可用的能源，例如液体燃料或电力。但它在此基础上更进一步。与传统设施将过程中释放的二氧化碳排放到空气中不同，BECCS 会捕获并浓缩二氧化碳，然后将其封存在混凝土或塑料等材料中，或者——就像迪凯特工厂那样——将其注入地层深处的岩层中，从而将碳封存在地下深处。

一项相关策略提出使用海带等海洋植物代替陆生植物。这将减少与粮食生产和陆地栖息地保护争夺土地的需求。然而，与陆基生物能源碳捕获与封存（BECCS）相比，这一方案的研究尚不充分，因此未知因素更多。

在存储方面，许多提出的技术仍处于概念阶段或早期开发阶段。但阿伯丁大学的史密斯表示，如果开发得当，这种方法“可能会产生相当大的影响”。

生物炭 

另一种增强植物储存碳能力的方法是部分燃烧伐木残渣或作物废料等材料，以产生一种富含碳、不易分解的物质，称为…… 生物炭生物炭可以埋入地下或撒在农田上。几个世纪以来，生物炭一直被用于改良土壤以促进农业生产，但近年来，它因其固碳能力而备受关注——一项价值2500万美元的专利研究中，10名决赛入围者中有3名使用了生物炭，就证明了这一点。 地球挑战 维珍航空于 2007 年推出的这种模式。

海洋施肥 

生活在海洋中的植物和类植物生物每年吸收大量的二氧化碳，它们吸收二氧化碳的能力仅受限于铁、氮和其他生长繁殖所需营养物质的供应。因此，研究人员正在探索各种策略，例如为海洋施肥或将营养物质从深海输送到上层，以大幅提升植物捕获和储存碳的能力。

大约十年前，一些公司开始成立，旨在利用碳捕获技术从即将建立的全球碳市场中获利。然而，这些计划大多仍停留在纸面上，受制于诸多不确定因素，例如如何给碳定价、担心破坏渔业和海洋生态系统，以及可能涉及的高昂能源需求和成本。此外，我们目前尚不清楚有多少被捕获的碳会真正留在海洋中，而不是重新进入大气层。

岩石解决方案

大气中的二氧化碳每天都会通过雨水与岩石的反应自然去除。一些气候科学家提出，可以通过人工措施来增强这一过程，从而增加大气中二氧化碳的去除量。例如，可以将岩石碾碎，并在反应室中与二氧化碳接触，或者将碎石铺撒在大片陆地或海洋上，以增加反应发生的表面积。

目前设想的利用二氧化碳与岩石反应来增强碳储存的策略，由于需要运输和处理大量重质材料，成本高昂且能源消耗巨大。一些策略还需要占用大量土地，因此可能会与其他需求（例如粮食生产和生物多样性保护）产生冲突。 研究人员正在寻找 探索利用矿山废料的方法，并改进策略以降低成本和提高效率。

直接空气捕获和存储

亚利桑那州立大学拉克纳研究所的碳封存容器，以及其他项目，例如： Climeworks公司在瑞士刚刚开设了一座碳捕集设施。是目前讨论最为广泛的温室气体捕集与封存技术之一。这种方法被称为直接空气捕集与封存，它利用化学物质或固体从空气中捕集气体，然后像生物能源碳捕集与封存（BECCS）一样，将其长期储存在地下或耐久性材料中。

拉克纳表示，直接空气捕获技术已经在海洋表面以下的潜艇和高空航天器中使用，理论上它可以比植物高效地从空气中去除二氧化碳一千倍。

然而，这项技术尚处于起步阶段。而且，由于它需要从空气中的其他物质中提取二氧化碳分子，因此非常耗能。但另一方面，这种方法的一大优势在于它可以部署在地球上的任何地方。

从哪里来？ 

如果说这份总结能说明什么，那就是两点：首先，通过增加大气中二氧化碳的去除量，可以极大地增强减少二氧化碳排放的努力。其次，在我们能够以有意义的规模，并以既能弥合碳排放缺口，又能保护环境并满足人类更迫切需求的方式实现这一目标之前，还有大量工作要做。

“就现有技术而言，目前还没有任何负排放技术的组合能够大规模应用，在不造成真正显著影响的情况下，帮助实现低于2摄氏度的温控目标，”科学与政策主任兼首席科学家彼得·弗鲁姆霍夫表示。 忧思科学家联盟“原则上我们可以部署负排放技术，但我们缺乏足够的认识和政策来大规模地实施这项技术。”

随着采取行动的需求变得越来越迫切，研究人员开始…… 仔细审视各种机会的优势、劣势和潜力。 并组合在一起 研究议程 在合适的时间、合适的地点推进最有前途的人才。2017年5月，美国国家科学院的一个研究小组开始举行 一系列战略会议 确定未来研究的重点方向。

“我们委员会的工作是提出研究议程，以解决许多此类问题，降低成本，提高项目效率，克服规模化、实施和治理方面的障碍，尤其是在核查和监测方面，”小组主席、普林斯顿大学生态与进化生物学教授斯蒂芬·帕卡拉在一份声明中表示。 视频介绍了这项计划.

也就是说，重要的是要记住，从长远来看，技术可能并非限制因素。

史密斯承认，碳储存最终并不便宜——但他指出，气候变化也不便宜。

“我认为这并非技术难题，”戴奇说道，“关键在于人们是否愿意为此付费，以及是否愿意围绕这些解决方案制定清晰、一致且公平的法规。”换句话说，碳储存最终能否成功运行，归根结底在于建立相应的市场和/或政策，在奖励碳储存的同时，也要兼顾其社会和环境影响。“问题不在于‘这些项目能否规模化？’，而在于‘是否有人愿意为它们的规模化发展买单？’”

最直接的方法就是贴上一个 碳价格这意味着把它存起来就能获得经济收益。

史密斯承认，碳储存最终并不便宜——但他指出，气候变化也不便宜。

拉克纳是这样描述的：我们开着车高速下山，来到一个急转弯处，问题不在于我们是否会撞上护栏，而在于我们能否减速到足以在撞上护栏时弹开而不是被弹射出去坠入深渊。

“我无法保证它一定有效，”他谈到自己的二氧化碳捕集装置时说。“我是个乐观主义者，但我恐怕无法保证它一定成功。它可能无法成功，这种可能性本身并不是不去尝试的理由。如果我们最终失败了，我非常肯定我们将面临非常艰难的时期。” 

这篇文章最初出现在 Ensia

关于作者

玛丽·霍夫是《恩西亚》（Ensia）杂志的主编。作为一位屡获殊荣的科学传播者，她拥有二十余年的经验，致力于通过纸媒和网络媒体增进公众对环境的了解、欣赏和保护意识。她拥有威斯康星大学动物学学士学位和明尼苏达大学大众传播学硕士学位（主攻科学传播）。您可以通过 mary(at)ensia(dot)com 联系她。

相关书籍：

{amazonWS:searchindex=Books;keywords=carbon capture;maxresults=3}