二氧化碳清除計劃突然獲得信任和支持

編譯 希區(qū)客

氣候問題正在以不可控的態(tài)勢滑向深淵，人類試圖以足夠快的速度消除二氧化碳以降低最壞情況可能出現(xiàn)的風險，但目前這些努力仍不盡如人意。而全世界對大氣二氧化碳清除技術（簡稱CDR）的關注度和投入度，如今已上升至一個空前的層級。

2022年4月，CDR領域發(fā)生很多大事：一個由科技和咨詢公司組成的聯(lián)盟承諾購買近10億美元的永久性碳清除裝置。十多家雄心勃勃的CDR初創(chuàng)公司獲得了100萬美元的獎金，以幫助他們進一步開發(fā)技術。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）堅定信念，力求通過CDR在21世紀中葉實現(xiàn)碳中和。美國能源部繼續(xù)就除碳任務撥款的具體用途敲定最終方案。這些撥款總額高達數(shù)十億美元，并于2021年11月被確定投入直接空氣碳捕獲（direct air capture，DAC）計劃。

在4月4日發(fā)布的最新評估報告中，IPCC首次明確宣布，必須將二氧化碳清除作為實現(xiàn)2℃目標（即將全球氣溫較工業(yè)化前水平上升的幅度限制在2℃以內，此目標于2015年《巴黎協(xié)定》中制定）的一個重要環(huán)節(jié)。盡管所需的CDR量將取決于能夠減少二氧化碳排放的程度，但IPCC估計，到21世紀中葉，為防止世界過熱，人類每年必須清除50～100億噸二氧化碳。

美國能源部資助的聯(lián)合全球變化研究所博士后杰伊?福爾曼（Jay Fuhrman）曾在IPCC的CDR建模評估工作中獻策獻力。在他看來，目前有兩方面的CDR需求：一是抵消那些難以除去的碳排放來源的長期影響，包括來自農業(yè)、航空、長途卡車和船舶的碳排放；二是脫除留在大氣中的二氧化碳，將其濃度恢復至可接受的水平。現(xiàn)任美國能源部化石能源與碳管理辦公室首席副助理秘書、化學工程師、CDR專家詹妮弗?威爾考克斯（Jennifer Wilcox）表示，到2050年，美國需要每年去除約10億噸二氧化碳——這是一個對諸多產業(yè)而言難度極大、充滿技術和資金挑戰(zhàn)的任務——才能實現(xiàn)凈零碳排放。

怎么強調這個任務的重要性都不為過。威爾考克斯表示：“現(xiàn)在全世界每年能清除數(shù)千噸二氧化碳。而在接下來不到30年的時間內，我們必須實現(xiàn)現(xiàn)有水平的100萬倍。”

美國總統(tǒng)拜登于2021年11月頒布《基礎設施投資和就業(yè)法案》（The Infrastructure Investment and Jobs Act），撥款35億美元用于DAC計劃的技術示范。DAC的工作團隊力求通過機械和化學的方式脫除二氧化碳。另有數(shù)十億美元撥款用于發(fā)電廠和工業(yè)設施的碳捕獲和儲存示范。

該法案指示美國能源部在6個月內開始征求4個DAC示范“中心”的建議。威爾考克斯于2022年4月下旬接受采訪時拒絕透露能源部將如何遵循國會指令，但表示他們可能會發(fā)布意向通知或資助機會公告。

立法者規(guī)定，除了每年至少脫除100萬噸二氧化碳外，每個中心還應擁有專門的二氧化碳運輸基礎設施、地下儲存資源和其他碳封存基礎設施。威爾考克斯指出，有一些儲存二氧化碳的方法無需消耗能量就可獲得適合注入地質層的高純度產物，例如將捕獲的溫室氣體暴露于富堿巖石或尾礦，又或者用它們來刺激藻類生長——這些封存方式都適用于濃度為15%～30%的二氧化碳。她援引了明尼蘇達州的塔瑪拉克鎳礦的案例：力拓集團與泰龍金屬公司正合作開發(fā)該礦產資源，嘗試向其中永久儲存數(shù)億噸二氧化碳。2022年2月，美國能源部為該項目提供了220萬美元的研發(fā)資金。

威爾考克斯補充道，分散于全美各地的石棉尾礦對二氧化碳有高度反應性。合成骨料如碳酸鹽巖的生產也可帶來數(shù)十億噸的永久碳封存，并替代混凝土中的沙子和礫石。

她說道：“并非所有匯碳路徑都通向地下深處的管道和儲存設施。當然，我們也希望看到這些設施能夠不斷完善?！?/p>

另一方面，根據威爾考克斯的說法，DAC的碳封存是迄今唯一能準確可靠地顯示永久性脫除和存儲了多少二氧化碳的CDR方法。這意味著DAC公司有資格獲得脫碳相關的稅收抵免——基于他們捕獲以及利用/存入地下的二氧化碳噸數(shù)。目前還沒有任何一家CDR公司能做到脫除并封存至少2.5萬噸的二氧化碳，故尚無人獲得免稅資格。西方石油公司計劃基于加拿大碳工程公司的技術，開設年產能達100萬噸的DAC工廠。其他CDR方法難以像DAC的技術那般可靠地展示自己固定的二氧化碳量、所需能耗和封存的持久性。

盡管如此，美國能源部也提供對其他CDR方法的支持。他們于2021年11月推出“負碳攻關計劃”，邀請所有類型的新興技術團隊申請研發(fā)資金，并幫助開發(fā)碳計量工具。該計劃旨在支持10億噸級的固碳方法，這些方法將實現(xiàn)以低于每噸100美元的價格捕獲和儲存二氧化碳，在整個生產周期內提供可靠的碳排計量，并保證未來100年或更長時間內的封存。

新的資助模式

政府并非CDR的唯一資金來源。2022年4月22日，埃隆?馬斯克（Elon Musk）斥資1億美元創(chuàng)辦的XPrize碳清除大賽公布15名“里程碑獎”獲得者，他們每人可獲得100萬美元獎金。其中大多數(shù)贏家來自美國，不過歐洲、肯尼亞、菲律賓和澳大利亞方面也有團隊摘獎。令人印象深刻的是比賽吸引到的參與者數(shù)量——從最初的1 133個團隊被篩選至287個——70名專家評審隨后對他們的競賽方案進行篩選和排名。

在60支決賽隊伍里，超過1/3提出了DAC解決方案，其中6項 DAC方案最終斬獲百萬美元大獎。另有5組選手憑生物炭方法（生物炭方法是指在無氧氣情況下加熱生物質，得到碳密集材料并散布至土壤）及其他生物質解決方案脫穎而出。其余4隊獲獎者分別提供了3項海洋碳捕集方案和1項巖石礦化方案。

在XPrize碳清除“里程碑獎”的決賽爭奪中，60支團隊分別提出自己的技術方案，最終15組獲得百萬美元獎金。到2025年，大賽官方還將優(yōu)中選優(yōu)，頒發(fā)最多總金額高達8 000萬美元的4個頂級大獎，并表示，里程碑獎得主不一定會在下一輪角逐中受到青睞。

XPrize 碳清除大賽決賽隊伍技術方案

同樣在2022年4月，美國在線支付服務商巨頭Stripe公司宣布成立子公司前沿（Frontier），其承諾在未來8年內購買價值9.25億美元的永久性碳清除服務。新項目的合作者包括字母控股、加拿大電子商務軟件開發(fā)商Shopify、元宇宙（Meta）、麥肯錫以及Stripe的客戶——他們將一小部分交易成本捐贈給CDR技術研發(fā)團體。前沿公司的概念于十年前首次用于幫助低收入國家加速肺炎球菌疫苗開發(fā)，旨在提供具有約束力的承諾，即購買一種尚不存在的產品。前沿公司不會持有初創(chuàng)公司的股權，而是按CDR公司脫除的二氧化碳噸數(shù)向后者支付費用，從而保障那些被評審者判斷為擁有可行技術的公司營收——無論其脫碳的初始成本如何。

Stripe公司環(huán)境部門的戰(zhàn)略主管、前沿公司負責人漢娜?貝賓頓（Hannah Bebbington）表示：“前沿公司力求加快碳清除技術的發(fā)展。我們認為這對于實現(xiàn)每年50億～100億噸脫碳的2050目標來說意義重大。堅定的市場承諾有助于創(chuàng)造市場確定性，企業(yè)家和投資者可以利用這些確定性在很長一段時間內放心地發(fā)展新技術?！?/p>

前沿公司選擇CDR技術的標準有五點：1）能夠儲存碳超過1 000年；2）每噸二氧化碳脫除成本低于100美元；3）每年脫碳總量5億噸；4）能做到監(jiān)管透明，工作成果可靠；5）安全且對環(huán)境無害。此外，前沿公司還將尋找無需占用耕地的CDR方法。

前沿公司的成員并未給新技術購買設置價格或數(shù)量的限制。因此只要有符合其標準的新技術出現(xiàn)，他們就會采購。前沿公司的目標是，到2050年實現(xiàn)對多樣化技術組合的大規(guī)模支持。

前沿公司估計，DAC迄今為止的除碳量不到1萬噸。貝賓頓表示：“隨著整個除碳市場擴增，整個碳清除經濟也要隨之發(fā)展，包括用于測量、報告和驗證的基礎設施建設，以及全球儲碳站點網絡的完善?！?/p>

“先行者聯(lián)盟”（First Movers Coalition）是一項全球倡議，目前由數(shù)十家公司組成，旨在利用購買力創(chuàng)新除碳技術，并幫助“難以減排”的產業(yè)脫碳，包括鋼鐵、水泥、航空旅行和航運等行業(yè)。他們得到了世界經濟論壇和美國政府的大力支持，而聯(lián)盟成員承諾購買尚未進入市場的清潔技術。比爾?蓋茨（Bill Gates）創(chuàng)立的超越能源公司正與該聯(lián)盟合作。據悉，先行者聯(lián)盟或將很快宣布一項慈善性質的CDR支持工作。

瓦倫?西瓦拉姆（Varun Sivaram）在總統(tǒng)氣候問題特使約翰?克里（John Kerry）辦公室擔任負責清潔能源和創(chuàng)新的高級主管。西瓦拉姆于2022年4月中旬表示，先行者聯(lián)盟將在幾周內宣布一項針對CDR的倡議，以及新加入的成員?！斑@些公司希望創(chuàng)建一個能幫助技術擴展并真正改變世界的早期市場，并為此做出了真正有意義的承諾。這些努力相比于獨善其身的減排或補償性的購買，影響和意義要大得多?！?/p>

瑞典公司Milkywire成立了用于投資碳清除技術的氣候轉型基金。該基金的最大貢獻者是總部位于斯德哥爾摩的瑞典支付服務公司Klarna，后者于過去兩年間通過對其碳排放征收內部稅，為氣候轉型基金籌集了200萬美元。管理此基金的羅伯特?赫格倫德（Robert H?glund）認為，XPrize一定程度上促進了新興CDR技術和初創(chuàng)公司的快速增長。盡管如此，只有不到40家公司把產品營銷了出去——其中一半都使用的是生物炭方法。

封存持久性問題

赫格倫德管理的基金投資了兩家生物炭公司：總部位于柬埔寨的Husk，以及印度公司MashMakes。前者用稻殼生產富含碳的材料，后者則以農作物殘渣為原料。就像其他一些生物質類型的CDR方案（例如重新造林）一樣，生物炭提供的永久儲碳量少于DAC。根據赫格倫德的說法，現(xiàn)有證據表明它們的碳封存可持續(xù)超過100年，且具體時間跨度取決于土壤酸度和溫度等變量。然而威爾考克斯持相反觀點：一些生物炭會在短短10年內氧化。這位美國國家科學院、工程院和醫(yī)學審查委員會的成員曾深入探索此項技術，意識到了生物炭的副作用：土壤的碳含量高了，對肥料的需求少了。“那是除碳嗎？絕對不是。因為它不會以積極的方式影響氣候?！?/p>

Milkywire基金向總部位于加州的空氣凈化服務提供商Heirloom公司提供了支持，后者旨在利用碳酸鈣吸收二氧化碳，然后加熱它們以釋放濃縮氣體用于地質儲存。值得一提的是，Heirloom與其他機構合作也成為XPrize大獎的獲得者之一。與其他DAC過程一樣，這一過程所需的熱量和電力來自可再生資源以實現(xiàn)負排放，而以化石燃料為動力的DAC所產生的二氧化碳比它清除的更多。

瑞士碳捕獲初創(chuàng)公司Climeworks是迄今為止少數(shù)幾家吸引大量投資的DAC公司之一。這家瑞士的合資公司2021年于冰島開設了世界最大的碳捕集工廠，其合作伙伴冰島碳儲存公司會將捕獲的二氧化碳注入地下，每年能儲留4 000噸二氧化碳。2022年4月，Climeworks報告稱，他們已在一輪股權融資中募集到6.5億美元，并稱這是截至目前對DAC公司的最大投資。

美國能源部于4月份向5個團隊提供了總計1 400萬美元的資金，用于“無碳能源DAC ”的前端工程設計研究。空氣捕獲公司AirCapture是其中兩個項目的合作伙伴，他們的脫碳方案設計為：用風扇將空氣吹過化學接觸器，后者吸附其中的二氧化碳，然后使用低溫蒸汽釋放濃縮的二氧化碳。一座核電站為第一步提供了蒸汽，一家化肥廠則為第二步提供熱源。

海洋碳捕集公司 Ebb Carbon 公司正積極推進商業(yè)用的海水碳捕集設施的建設。他們計劃2022年夏天在位于美國的一條管道處開設第一家工廠，以作研究之用

AirCapture的設備大小和冰箱差不多，但“每年可脫碳100 噸”這一說法來自其首席執(zhí)行官馬特?阿特伍德（Matt Atwood）。另一項目的計劃是利用化肥廠捕獲的二氧化碳來生產甲酸。甲酸具備工業(yè)用途，也可成為載氫劑或合成燃料的前體。核能驅動產生的二氧化碳將被運往目的地儲存進入地質。

美國雖有大量地質儲存資源可供挖掘，且其地質調查局也已制作詳細的地層圖，但環(huán)境保護署僅批準了兩口井用于全國范圍的二氧化碳注入。除了要保證氣體不會逸出，監(jiān)管機構還必須考慮注入操作引發(fā)地震的風險。

5月5日，美國能源部開始分配基礎設施法案撥款中的25億美元，將其用于擴大地質儲存容量。發(fā)布的意向通知宣告開始分配成本分攤資助金，該資助方案為期5年，總金額為22.5億美元，雖然分配對象的數(shù)量尚不明確，但這些項目能夠封存至少5 000萬噸的二氧化碳——相當于大約1 000萬輛汽油動力汽車的年排放量。此外，能源部還發(fā)布了總額9 100萬美元的兩次資助機會，旨在增加可用的二氧化碳儲存點數(shù)量，推進碳管理技術。

海洋碳捕集公司Ebb Carbon的首席執(zhí)行官本?塔貝爾（Ben Tarbell）因新的資助模式倍感鼓舞：“最近，一些地方實體、企業(yè)、城市和大學開始發(fā)聲，表示我們將做正確的事情，信守碳中和的承諾，為我們排放的廢氣買單?！?/p>

Ebb Carbon的電化學過程提高了它處理并返還海洋的水的堿度，從而減少了氣候變化導致的海洋酸化。并且此過程的副產品是鹽酸，可用于煉鋼、食品和化學加工等行業(yè)。塔貝爾表示，公司的商業(yè)計劃不能指望靠鹽酸創(chuàng)收，企業(yè)和政府做出的碳排放承諾才是他們真正所能依靠的。

倫納特?喬斯（Lennart Joos）審查了 前沿公司的海洋碳捕集方案。他表示，該機構將支持那些“仍須在工廠中證明自己的瘋狂概念”。過去幾年間，喬斯試圖吸引投資者助力自己的海洋CDR技術，但都沒能成功?！巴顿Y者在掏錢之前都會告訴我，他們想看到試點工廠。”

但喬斯也提出了警示，將投資集中于少數(shù)成功的CDR公司將損害許多極具前景的CDR概念。 “年儲量為4 000噸的Climeworks公司現(xiàn)已募集超過8億美元資金。想象一下，你可以用這么多錢資助多少新點子。”

資料來源 Physics Today