加拿大公司取得重大技術(shù)突破：汽車廢氣重新變“燃油”，你信嗎

卓異

空氣中常見的二氧化碳，可以直接制成汽油、柴油嗎？加拿大“碳工程”公司給出了肯定的答案。該公司近日宣布，找到了一種以低廉成本從大氣中萃取二氧化碳的方法，這一被稱為“碳洗滌”的技術(shù)成本，只是市面上同類技術(shù)的1/6左右，同時他們還把這些萃取的二氧化碳轉(zhuǎn)化為供汽車、飛機使用的燃料，且無需改變汽車動力系統(tǒng)或加油站設(shè)施，就讓汽車排放出的二氧化碳回到燃料箱里。該公司認為，若這些技術(shù)能迸一步商業(yè)化推廣，將為人們“對抗全球變暖增加新的利器”。這是怎么做到的呢？

碳捕捉新技術(shù)成本銳減

自從知道了二氧化碳排放對環(huán)境的影響，人類便開始了相關(guān)的研究。聯(lián)合國195個成員國于2015年通過的《巴黎協(xié)定》，主要目標是將本世紀全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內(nèi)。要達到《巴黎協(xié)定》的目標，僅靠減少碳排放并不夠。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會指出，“碳捕捉及封存（CCS）技術(shù)”將增加實現(xiàn)氣候目標的成功率。

CCS是把工業(yè)過程產(chǎn)生的二氧化碳，以各種方法“捕集”起來，再壓縮、運送并灌注到地底適合的巖層中，進行封存，這么一來就可以減少排放到大氣中的二氧化碳，緩解全球暖化問題。國際能源署預(yù)期，利用CCS技術(shù)在2015至2050年間，可使溫室氣體排放減少14%。

全球碳捕捉及封存項目在穩(wěn)步推進，但整體發(fā)展情況落后于預(yù)期，面臨不少障礙，如經(jīng)濟成本高、額外能耗高、利益相關(guān)方難以協(xié)調(diào)、缺乏明確政策導(dǎo)向、公眾接受度不高等，最大阻力是成本高居不下。比如有一種“直接空氣捕集”法（ DAC），以特制的大型風(fēng)扇抽入空氣，經(jīng)過濾后吸收二氧化碳，這樣去除二氧化碳，每噸費用高達600美元，這使得它遲遲無法邁向?qū)嵱没贰?/p>

為了解決成本問題，哈佛大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)教授大衛(wèi)·凱斯創(chuàng)辦“碳工程”（Carbon Engineering，下簡稱CE）公司，自2009年起，用了近10年時間研究開發(fā)DAC技術(shù)，終于迎來曙光：在該公司的新技術(shù)條件下，去除相同重量的二氧化碳最少只要94美元，相當于市面上相應(yīng)技術(shù)成本的1/6，最高不超過232美元。

直接捕捉空氣中的二氧化碳

2015年，CE公司在加拿大不列顛哥倫比亞省斯闊米什建立了“直接空氣捕集”技術(shù)實驗工廠，運用“三大神器”——“空氣接觸器”“顆粒反應(yīng)器”和“循環(huán)流化床煅燒爐”進行碳捕捉，力求實現(xiàn)項目在商業(yè)運行方面可復(fù)制。

運作方式是：空氣被特制的巨型風(fēng)扇吸入后，打入具有“濕法洗滌”功能的“空氣接觸器”管道，管道里有蜂窩狀PVC架構(gòu)，氫氧化鉀溶液（堿性）從上而下淋在PVC架構(gòu)中，和空氣充分接觸后，與二氧化碳（弱酸）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成碳酸鹽溶液。在此過程中，二氧化碳被捕捉，之后將空氣排出。

排出的空氣中，二氧化碳的含量只有吸入時的1/5，另外4/5的二氧化碳溶在液體中，經(jīng)過“顆粒反應(yīng)器”，發(fā)生一系列酸堿分離的化學(xué)反應(yīng)，之后被干燥成碳酸鈣固體顆粒。

這些顆粒會被放入“循環(huán)流化床煅燒爐”進行加工?！把h(huán)流化床煅燒爐”利用天然氣的富氧燃燒來加熱捕捉到的二氧化碳，通過凈化、壓縮、脫水，以產(chǎn)生純凈的二氧化碳氣流。二氧化碳氣流可以封存到地下，亦可用于制作合成燃料。傳統(tǒng)二氧化碳的捕捉技術(shù)必須在工廠的排煙口才能使用，而該技術(shù)可以直接捕捉空氣中的二氧化碳。

二氧化碳+水+陽光=燃油！

鑒于二氧化碳含有碳元素和氧元素的結(jié)構(gòu)，所以把它變成燃料一直是科學(xué)家們苦苦追求的方向。若這種設(shè)想能實現(xiàn)，既可以為人類提供新的燃料，又可以緩解日益加劇的溫室效應(yīng)。2017年，CE公司將其特有的燃料合成技術(shù)——空氣制油（Air-to-Fuels，簡稱A2F）融入到DAC實驗工廠中。它借助清潔電力（比如太陽能發(fā)電）將水電解，產(chǎn)生的氫氣與被萃取的二氧化碳通過熱催化作用產(chǎn)生合成氣，再發(fā)生反應(yīng)變成液體燃料。這種實驗性做法目前每天可生產(chǎn)約1桶（約159升）合成燃料。

利用CE公司的A2F技術(shù)，每噸二氧化碳可生產(chǎn)相當于兩桶（約318升）普通汽油的燃料。更重要的是，這種合成燃料與當前的交通工具兼容，甚至能和傳統(tǒng)化石燃料混合使用，可直接應(yīng)用于汽車、巴士、飛機等，無需改變汽車動力系統(tǒng)或加油站設(shè)施。

原則上，二氧化碳與氫氣反應(yīng)，會產(chǎn)生各種各樣的“烴”，但CE公司的主要目標是合成柴油和航油。短途運輸適合電氣化，但長途運輸以及海上和空中旅行，需要液體燃料的高能量密度（如柴油的能量密度比當今最好的電池高30倍）。A2F工藝提供了一種途徑來供應(yīng)這些燃料，讓人們對氫燃料電池的依賴減弱，并避免了生產(chǎn)生物燃料而帶來的占用土地和耗費糧食問題。

“碳中和”燃料更清潔

將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料，逐漸替代常規(guī)燃油，將大大減少人們對化石燃料的過度依賴，解決可再生能源的儲存問題。此外，這種合成燃料比化石燃料更清潔，不含硫等物質(zhì)，這意味著它們還能減少空氣污染。

值得注意的是，采用CE公司的合成燃料，雖然還會排放含有二氧化碳的尾氣，但這些二氧化碳最初就來自空氣，所以不會向大氣中排放新的二氧化碳，也不需要開采新的石油來為汽車提供動力。凱斯認為這是一種“碳中和”燃料，如果能取代化石燃料，將能大幅減少運輸相關(guān)的二氧化碳排放。

給鋼鐵水泥行業(yè)減了負

根據(jù)CE公司官網(wǎng)的信息，其單個DAC設(shè)備每年可捕捉100萬噸二氧化碳，這相當于平均每年25萬輛小汽車的碳排放量。眼下，CE公司正對DAC和A2F技術(shù)進行更大規(guī)模的試驗，并嘗試將合成燃料賣給商業(yè)客戶?！拔覀兊膶嶒灄l件和技術(shù)水平，全球普遍可以達到，”凱斯說，“所以我們認為研究結(jié)果有可能推廣。”目前，CE公司正在尋求更多資金建設(shè)更大規(guī)模的工廠。該公司預(yù)見，到2021年，將建成日產(chǎn)量達2000桶合成燃料的設(shè)施，生產(chǎn)出的燃料會首先應(yīng)用于不列顛哥倫比亞省和加州（存在《碳燃料標準》）兩地。A2F技術(shù)所生產(chǎn)的燃料一旦擴大規(guī)模，可使燃料生產(chǎn)成本達到1美元/升。

“如果真的只需花這么少的錢，那這項研究成果確實相當重要，”美國卡內(nèi)基科學(xué)研究所科學(xué)家肯·卡爾德一拉說，“這為穩(wěn)定氣候變化提供了可能，我們可以在不改變整個能源系統(tǒng)或個人行為的情況下，花較少的錢使氣候保持穩(wěn)定?！笨柕乱焕€說，該項研究為工業(yè)中最難實現(xiàn)“去碳化”的行業(yè)提供了希望，如鋼鐵、水泥制造、航空等行業(yè)能繼續(xù)存在，只需支付去除二氧化碳的費用即可?！?/p>

美國富蘭克林歐林工程學(xué)院化學(xué)工程系副教授斯考特·赫塞認為，CE公司的研究最重要的價值是“在工廠里對碳捕捉這項技術(shù)測試了好幾年，提供了比簡單計算或模型計算更有力的實用性證明”。

減排仍是第一位

直接從空氣中捕捉二氧化碳還有一個優(yōu)點，就是在地理設(shè)置上很靈活，“無所謂在哪里捕捉二氧化碳，比如可以在澳大利亞的沙漠中放置碳捕捉裝置，來均衡美國紐約車輛的碳排放。”不過，凱斯說，二氧化碳能不排放當然最好別排放，“我的觀點是，應(yīng)該堅持先減排，一噸二氧化碳不排放的成本，比排放后再進行回收的成本要低。”

該項目得到比爾·蓋茨等私人投資者的資助，還得到了不列顛哥倫比亞省創(chuàng)新清潔能源基金、加拿大可持續(xù)發(fā)展技術(shù)部、加拿大自然資源部、“工業(yè)研究援助項目”“西部創(chuàng)新倡議組織”和美國能源部等的支持。