減排新思路：固碳利用技術(shù)

李偉

2021年11月召開的聯(lián)合國氣候變化大會，再次彰顯了全球各國加強氣候合作的決心，碳減排、碳中和成為歲末年初的熱詞。固碳利用技術(shù)，指二氧化碳在生態(tài)系統(tǒng)中的固定和利用技術(shù)：以二氧化碳為主要原料制成產(chǎn)品。這是碳減排的一條重要途徑。

Air Company以二氧化碳為原料生產(chǎn)的伏特加

近日，俄羅斯《新聞晨報》報道了中國的兩項固碳利用技術(shù)。一是超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電實驗機組完成72小時試運行，正式投產(chǎn)。整套機組的發(fā)電功率為5兆瓦。雖然功率不大，但它是目前世界上裝機容量最大的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電機組，其內(nèi)部最高溫度可達600攝氏度，最大壓力可達20兆帕，堪比“即將噴發(fā)的火山”。

二氧化碳發(fā)電技術(shù)利用的是超臨界二氧化碳出色的流動性和熱傳導(dǎo)性。超臨界狀態(tài)的二氧化碳，其流動性超過水和水蒸氣，可將更多的熱能轉(zhuǎn)化為機械能。二氧化碳發(fā)電的技術(shù)原理，可以簡單地理解為把推動輪機的水蒸氣換成超臨界狀態(tài)的二氧化碳，利用高溫高壓的二氧化碳推動輪機的葉輪輸出機械能。

二氧化碳動力循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在幾個方面。首先是成本相對低廉;其次是在高溫環(huán)境中的狀態(tài)比較穩(wěn)定，不易燃，對金屬的腐蝕性也較弱;最后是該系統(tǒng)兼具蒸汽和燃氣循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點。

俄媒關(guān)注的中國另一項固碳利用技術(shù)，是將煤炭、石油、天然氣等化石能源使用過程中產(chǎn)生的二氧化碳轉(zhuǎn)化為三嗪醇。生成1噸三嗪醇可消耗1噸二氧化碳。這是目前二氧化碳利用率和固定率較高的一種碳利用模式，在這個過程中消耗的能量也較少。二氧化碳一旦被以這種形式“封印”，便很難再進入大氣。

三嗪醇用途廣泛，主要可用于生產(chǎn)高分子材料。例如用三嗪醇可以合成高分子材料三嗪胺，比傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法節(jié)省50%的原料。三嗪胺高分子材料的全球市場需求量達到千萬噸級，且將以每年10%左右的速度增長。

三嗪胺可應(yīng)用于燃煤煙氣的脫硫、脫硝處理，無須進行廢水和煙氣二次處理。它還可用于生產(chǎn)漂白劑、殺菌劑等精細化工產(chǎn)品，中國國內(nèi)的年市場需求量達到百萬噸級。

俄羅斯《新聞晨報》指出，目前俄羅斯正仿效中國，開展二氧化碳工業(yè)固定利用技術(shù)的研究，有實驗項目正在推進中，通過先進的工藝流程生產(chǎn)固體三嗪醇，其純度高于85%。如果實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，每年可有效轉(zhuǎn)化利用二氧化碳上億噸。

On Running公司開發(fā)的“低碳鞋”

據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志報道，歐美各國的眾多科技公司也致力于開發(fā)固碳利用技術(shù)和產(chǎn)品。

在一個“倉庫實驗室”中，尼古拉斯·弗蘭德斯站在一個洗衣機大小的閃閃發(fā)光的金屬箱子前。箱子里是一種新型電解器，只需水和電力，它就能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為合成燃料——一氧化碳和氫氣的混合物。氧氣是這一轉(zhuǎn)化過程中唯一的副產(chǎn)品。

弗蘭德斯是初創(chuàng)公司Twelve的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官。這家公司以取代化石原料作為目標，以由金屬催化的碳轉(zhuǎn)化技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)“負碳”化學(xué)品、材料以及燃料，替代工業(yè)和供應(yīng)鏈中的產(chǎn)品。2021年8月，Twelve公司的設(shè)備通過電解二氧化碳生產(chǎn)出了合成燃料。

Twelve是許多利用二氧化碳制造產(chǎn)品的公司之一。這些公司利用的二氧化碳，要么是從工業(yè)排放物中捕獲的，要么是直接從空氣中捕獲的。伏特加、人造鉆石和運動服等商品，混凝土、塑料、泡沫和碳纖維等工業(yè)材料，甚至食品，都可以用二氧化碳制造。為了減排，各低碳技術(shù)公司人員絞盡腦汁，在科技的助力下，把對二氧化碳的利用“玩”出了新花樣。

2021年9月上市的瑞士運動鞋品牌On Running意識到，要實現(xiàn)激進的“零排放”目標，就得重新考慮制鞋材料。該公司的愿景是，其所有制鞋材料擺脫以石油為基礎(chǔ)的資源，用捕獲的碳作為原料。2021年11月，該公司宣布與初創(chuàng)公司LanzaTech和化工制造商Borealis建立供應(yīng)鏈聯(lián)盟。LanzaTech是碳技術(shù)行業(yè)的先驅(qū)，該公司使用一種發(fā)酵工藝，利用從工廠廢氣中收集的二氧化碳制造乙醇。Borealis是先進、循環(huán)和可再生塑料制品供應(yīng)商，利用乙烯（乙醇可以轉(zhuǎn)化為乙烯）來制造泡沫材料。On Running希望在2022年推出第一雙完全由碳廢棄物制成的鞋子。該公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼執(zhí)行董事長卡斯帕·科佩蒂表示，第一款“低碳鞋”的制造成本約為100美元。

初創(chuàng)公司Air Company成立于2017年，銷售用二氧化碳制造的伏特加和香水，還生產(chǎn)用于應(yīng)對新冠肺炎疫情的洗手液。Air Company使用水和太陽能發(fā)電設(shè)備，將捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇，生產(chǎn)出世界上第一種“負碳伏特加”。傳統(tǒng)的伏特加通過發(fā)酵富含淀粉的作物（例如小麥或土豆）制成。這個生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量二氧化碳?！柏撎挤丶印眱H由水和二氧化碳制成，其生產(chǎn)過程實際上消耗了空氣中的二氧化碳，也就是說，“碳痕跡為負”。據(jù)了解，生產(chǎn)1升伏特加可以消耗約450克二氧化碳。此外，Air Company還把目光投向燃料，利用二氧化碳制造合成燃料。

加拿大清潔能源技術(shù)公司CarbonCure是建材領(lǐng)域的巨頭，正在引領(lǐng)混凝土行業(yè)走向低碳的未來。該公司獲得“突破能源風(fēng)險投資基金”（BEV）等投資方的支持，致力于解決混凝土的“碳利用”問題。憑借其突破性的二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)，這家公司開發(fā)出一種經(jīng)濟的方法來減少混凝土制造過程中的碳排放。

CarbonCure的商業(yè)模式是將其技術(shù)授權(quán)給混凝土制造商。CarbonCure對北美各地的混凝土工廠進行了改造，將它們轉(zhuǎn)變?yōu)樘技夹g(shù)公司（二氧化碳由公司所在地區(qū)的廢物排放源提供）。其專利技術(shù)可將廢棄的二氧化碳注入混凝土材料中，以減少二氧化碳排放，并提高材料的強度。二氧化碳與潮濕的混凝土發(fā)生反應(yīng)，迅速凝結(jié)成一種礦物，與石灰?guī)r的成分相同。這種混凝土的成本效益和性能都更高，對環(huán)境的影響也更小。這種混凝土制造方法能夠?qū)⑺嗟氖褂昧繙p少約5%。

機械工程專家、“全球管理二氧化碳倡議”項目負責(zé)人沃爾克·西克表示：“扔掉有價值的資源是一種浪費。碳的美妙之處在于，你可以用它制造很多不同的東西?！彼驮S多二氧化碳再利用的倡導(dǎo)者都認為，人們更應(yīng)該考慮的不是擺脫對化石燃料的依賴，而是通過可持續(xù)的方式利用化石燃料?！肮烫祭眉夹g(shù)的低成本化，是從根本上實現(xiàn)碳減排的方式?！边@不僅有助于緩解氣候變化，還能提供人們需要的碳基產(chǎn)品。

不過，固碳利用技術(shù)也引發(fā)了一些爭議。環(huán)保運動組織“地球之友”的負責(zé)人邁克·蔡爾茲表示，創(chuàng)新在遏制氣候變化方面的確發(fā)揮了一定的作用，但這些“腦洞技術(shù)”是否能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用還是個未知數(shù)?！斑@可能是對人類和地球的一場豪賭?！彼J為：“從源頭上減少碳排放才是阻止全球變暖的最佳和最經(jīng)濟的方式。”

編輯：姚志剛? winter-yao@163.com