吸凈空氣中的二氧化碳

■ 甘錫安

地球已不容許人類繼續(xù)排放二氧化碳到大氣中，但已排放的二氧化碳也不會(huì)消失，所有跡象顯示，二氧化碳濃度會(huì)持續(xù)升高數(shù)十年。

我們?cè)撊绾畏乐勾髿舛趸紳舛瘸^(guò)目前的0.04%？除了禁止使用碳燃料，另外一個(gè)選擇是抽取大氣中的二氧化碳。擴(kuò)大森林面積或許可以增加一些吸收量，但仍不足以隔離人類制造的過(guò)多二氧化碳。

要遏止氣候變遷，必須大規(guī)模吸收二氧化碳，其實(shí)基本概念已相當(dāng)成熟。用氣體洗滌器除去空氣中的二氧化碳已有數(shù)十年歷史，包括處理潛水艇與宇宙飛船人員呼出的空氣以及制造液態(tài)氮。空氣捕集機(jī)和葉片式產(chǎn)品一樣，也有各種外形和大小，有些展示機(jī)的目標(biāo)是超越實(shí)驗(yàn)室原型機(jī)，每天可吸收一噸以至數(shù)百噸二氧化碳。哥倫比亞大學(xué)和全球研究科技公司設(shè)計(jì)的機(jī)型可說(shuō)明這種技術(shù)原理：把吸附劑制成細(xì)小纖維，排列在寬1.0米、高2.5米，形狀類似壁爐濾網(wǎng)的平板上，再將這些過(guò)濾板直立起來(lái)，裝在12.2米標(biāo)準(zhǔn)貨柜上的水平圓形軌道上，圍繞著軌道旋轉(zhuǎn)，直接與空氣接觸。過(guò)濾板吸滿二氧化碳后，可從軌道卸下，放入貨柜中的再生室。附著在吸附劑上的二氧化碳在再生室中釋出，并壓縮成液態(tài)。處理過(guò)的過(guò)濾板再裝回軌道，繼續(xù)吸取空氣中的二氧化碳。

要做到實(shí)際可行，設(shè)備必須輕巧：一天之內(nèi)要讓700千克以上二氧化碳通過(guò)和房門大小相仿、位于地面或高處的進(jìn)氣口，這樣的吸收量相當(dāng)于13個(gè)美國(guó)人在一天內(nèi)制造的二氧化碳，還要迎著秒速6米的風(fēng)，與風(fēng)車差不多。

在評(píng)估成本時(shí)必須考慮二個(gè)基本步驟：由空氣抽出二氧化碳，以及由吸附劑抽出碳。與風(fēng)車比較的結(jié)果，我很早就認(rèn)為以吸附劑濾除二氧化碳的成本可以很低，由吸附劑抽出二氧化碳之后的處理步驟才是影響成本的主要因素。然而要除去數(shù)百萬(wàn)部車輛排放的二氧化碳，捕集空氣仍是比較實(shí)際的做法，因?yàn)榻煌üぞ邥?huì)釋放大量二氧化碳，濾凈大氣應(yīng)該是比較可行的方法。

干的好？還是濕的好？

根據(jù)化學(xué)家的觀點(diǎn)，好的吸附劑必須有夠強(qiáng)的吸附力來(lái)結(jié)合二氧化碳，但吸附能力又不能太強(qiáng)，否則后續(xù)釋放出二氧化碳的成本會(huì)很高。目前環(huán)境空氣中的二氧化碳濃度約為0.04%，而燃煤火力發(fā)電廠廢氣中的濃度為10%～15%。但濃度不同的二氧化碳所需的吸附劑強(qiáng)度其實(shí)差不多，因此空氣捕集用吸附劑的吸附強(qiáng)度可能和用于洗滌廢氣的吸附劑相仿。

吸附劑可制作成固體或液體。液體的優(yōu)點(diǎn)是很容易在捕集器和再生器之間輸送，缺點(diǎn)是不易和空氣間維持足夠的接觸面，但我們相當(dāng)了解有關(guān)的化工方法，例如任職于卡加立大學(xué)和碳工程公司的凱斯，采用的解決方案是讓氫氧化鈉在一片塑料表面上流動(dòng)，再以風(fēng)扇吹送空氣。要移動(dòng)液體很容易，但二氧化碳與氫氧化鈉之間的結(jié)合力相當(dāng)強(qiáng)，因此要使它離開吸附劑相當(dāng)困難。

固體吸附劑比較理想，因?yàn)榭勺龀砂纪共黄降谋砻?，提供更大的結(jié)合面積，提高捕集率。但要讓固態(tài)吸附劑進(jìn)出再生室比液態(tài)困難，全球恒溫公司和美國(guó)佐治亞理工學(xué)院正在合作研究一種固體吸附劑，加熱后可將吸附的二氧化碳釋出。

有幾種創(chuàng)新的吸附劑可在碳酸鹽和重碳酸鹽之間來(lái)回變化，其中一種稱為負(fù)離子交換樹脂。目前有許多化學(xué)程序采用這種類似塑料的碳酸鹽聚合物，包括用來(lái)制造去離子水的方法：樹脂中的正離子固定不動(dòng)，而負(fù)離子則可以移動(dòng)，將樹脂放在可提供不同負(fù)離子的溶液中，一組負(fù)離子就可交換成另外一組。

全球研究科技公司已開發(fā)出這種碳酸鹽樹脂，將干燥樹脂制成的過(guò)濾板與空氣接觸，吸附二氧化碳，直到樹脂變成重碳酸鹽狀態(tài)為止。重復(fù)使用時(shí)，在樹脂上噴水，即可釋出二氧化碳，同時(shí)使樹脂變回碳酸鹽，干燥后可再度吸附二氧化碳。