为什么新的二氧化碳捕集技术不是应对气候变化的神奇子弹

为什么新的二氧化碳捕集技术不是应对气候变化的神奇子弹 如果那么简单就好了。 Olivier Le Moal / Shutterstock

根据最近的一个主要联合国 报告如果我们要将温度上升限制在1.5°C并防止气候变化带来的灾难性影响,我们需要通过2050将全球二氧化碳排放量减少到零净值。 这意味着要快速消除化石燃料的使用 - 但为了缓冲这种过渡并抵消目前无法替代可燃物的区域,我们需要主动从大气中去除二氧化碳。 种植树木和重建是一个 大部分 这个解决方案,但如果我们要防止气候崩溃,我们很可能需要进一步的技术援助。

因此,当最近有消息称,加拿大公司Carbon Engineering已经利用一些着名的化学品从大气中捕获二氧化碳,成本低于每吨100,许多媒体人士称这一里程碑为 魔术子弹。 不幸的是,大局并不那么简单。 真正从碳源到碳汇的平衡是一项微妙的工作,我们认为所涉及的能源成本以及可能下游使用的二氧化碳捕获量意味着碳工程的“子弹”绝不是神奇的。

鉴于二氧化碳仅占我们空气中分子的0.04%,捕获它似乎是一个技术奇迹。 但是,自18世纪以来,化学家们一直在小规模上进行这项工作,甚至可以通过本地五金店的供应来实现 - 尽管效率低下。

正如中学化学学生所知,二氧化碳与石灰水(氢氧化钙溶液)反应生成乳白色不溶性碳酸钙。 其他氢氧化物以相同的方式捕获CO 2。 氢氧化锂是其基础 CO 2吸收剂 使宇航员在阿波罗13上保持活力,氢氧化钾能够有效地捕获二氧化碳,因此可以用来测量燃烧物质的碳含量。 在后一种程序中使用的19世纪仪器仍然以美国化学学会的标识为特色。

不幸的是,这不再是一个小规模的问题 - 我们现在需要捕获数十亿吨的二氧化碳,并且速度很快。

Carbon Engineering的技术是最好的氢氧化物。 在不列颠哥伦比亚省的试验工厂,空气被大风扇吸入并暴露在氢氧化钾中,CO 2与之反应生成可溶性碳酸钾。 然后将该溶液与氢氧化钙混合,产生固体且易于分离的碳酸钙,以及可重复使用的氢氧化钾溶液。

气候 碳酸钙可用作土壤肥料。 北欧月光/ Shutterstock


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这部分过程耗费的能源相对较少,其产品基本上是石灰石 - 但制造大量的碳酸钙并不能解决我们的问题。 虽然碳酸钙在农业和建筑业中有用,但这个过程作为商业来源太昂贵了。 由于需要大量的氢氧化钙,它也不是政府资助的碳储存的实用选择。 为了可行,直接空气捕获需要产生浓缩的CO 2作为其产品,其可以安全地储存或投入使用。

因此,将固体碳酸钙加热至900℃以回收纯CO 2。 最后一步需要大量的能量。 在Carbon Engineering的天然气发电厂中,从空气中捕获的每吨产品,整个循环产生半吨二氧化碳。 该工厂确实捕获了这些额外的二氧化碳,当然可以通过可再生能源为更健康的碳平衡提供动力 - 但是如何处理所有捕获的天然气仍然存在问题。

瑞士初创公司Climeworks正在使用类似捕获的二氧化碳 辅助光合作用 并提高了附近温室的作物产量,但目前价格还远没有竞争力。 二氧化碳可以在其他地方采购,只需要碳工程公司的100底线的十分之一。 政府还可以采用更便宜的方式来抵消排放:在排放源处捕集二氧化碳要容易得多,因为排放源的浓度要高得多。 因此,这项技术可能主要引起高排放行业的兴趣,这些行业可能会从绿色证书的二氧化碳中受益。

例如,碳工程捕获技术的主要投资者之一是Occidental Petroleum,该公司的主要用户 提高石油采收率 方法。 在一种这样的方法中,由于增加的井压和/或改善了油本身的流动特性,将CO 2泵入油井中以增加可回收的原油量。 然而,包括运输和精炼这种额外石油的能源成本,以这种方式使用该技术将可能增加净排放,而不是减少它们。

关于碳工程公司运营的另一个重要讲话是它 空气燃料 技术,其中二氧化碳转化为可燃液体燃料,准备再次燃烧。 从理论上讲,这提供了碳中性燃料循环,前提是该过程的每个步骤都由可再生能源提供动力。 然而,即使这种使用仍然与负排放技术相差甚远。

金属有机骨架是能够捕获CO 2的多孔固体。

有可能出现的替代方案即将出现。 金属有机骨架是海绵状固体,可以挤压足球场的等效CO 2表面积 糖块的大小。 使用这些表面捕获二氧化碳需要的能源要少得多 - 公司已开始探索其商业潜力。 然而,大规模生产尚未完善,对其持续二氧化碳捕集项目的长期稳定性的质疑意味着它们的高成本尚不值得。

实验室中的技术几乎不可能在未来十年内为gigatonne规模的捕获做好准备,Carbon Engineering和Climeworks采用的方法是我们目前最好的方法。 但重要的是要记住它们远非完美。 我们需要尽快切换到更有效的二氧化碳捕获方法。 作为Carbon Engineering的创始人David Keith本人 指出政策制定者过度采用碳排除技术,迄今为止已获得“非常少”的研究经费。

更一般地说,我们必须抵制将直接空中捕获视为神奇子弹的诱惑,这使我们不必解决我们的碳成瘾问题。 减少或中和碳氢燃料生命周期中的碳负担可能是向负排放技术迈出的一步。 但它只是 - 一步。 在长时间处于碳分类账的错误一侧之后,过去的时间超越了收支平衡。

关于作者

Chris Hawes,无机化学讲师, 基尔大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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