碳捕获与封存技术（碳捕获只是一种过渡技术）
碳捕获与封存技术（碳捕获只是一种过渡技术）02 除此之外，海平面上升会导致目前的大部分沿海城市都将消失，或者兴师动众地筑造沿海大坝，并不断地垒高加厚，越来越多的极端天气将席卷全球，更频繁的干旱和飓风，或者极少降雨的沙漠遭受洪灾。 现在普遍的共识是，如果升高平均气温2度，几乎所有的珊瑚礁都将消失［2］，我们再也看不到五彩斑斓、绚烂奇幻的珊瑚礁了，当然作为收藏品的珊瑚可能价值猛增，更重要的是珊瑚礁是众多海洋生物的栖息地，丧失了栖息地，对它们来说将是灭顶之灾。 如果升高平均气温2度，植物授粉至关重要的昆虫会减少50%的栖息地，没了它们，那些美丽的花儿会孤独地盛开整个夏季，而没办法受精，这就导致无法长出种子，于是植物群落开始萎缩。 如果升高平均气温2度，每20年，将会有一次夏季北冰洋完全没有海冰。当然，这有利于船舶的通航。但融化的冰，将无情地淹没北冰洋周边所有的港口，连港口都没有了，谈何船舶通航。
谁也不曾想到一种无色无味无污染的气体——二氧化碳会搅动世界风云，掀起一场人类社会的重大变革。
01
几年前，我周边的许多朋友还信誓旦旦地认为，全球气候变暖只是发达国家用来限制发展中国家发展的阴谋论。如今，这种不着调的言论基本绝迹了，我们普遍相信如果不减少二氧化碳的排放，人真的可能被热死。当然，这是一种夸张的表达。平均气温只升高2度的话［1］，人绝对不可能被活活热死，但极有可能死于严重的生态系统灾难。
现在普遍的共识是，如果升高平均气温2度，几乎所有的珊瑚礁都将消失［2］，我们再也看不到五彩斑斓、绚烂奇幻的珊瑚礁了，当然作为收藏品的珊瑚可能价值猛增，更重要的是珊瑚礁是众多海洋生物的栖息地，丧失了栖息地，对它们来说将是灭顶之灾。
如果升高平均气温2度，植物授粉至关重要的昆虫会减少50%的栖息地，没了它们，那些美丽的花儿会孤独地盛开整个夏季，而没办法受精，这就导致无法长出种子，于是植物群落开始萎缩。
如果升高平均气温2度，每20年，将会有一次夏季北冰洋完全没有海冰。当然，这有利于船舶的通航。但融化的冰，将无情地淹没北冰洋周边所有的港口，连港口都没有了，谈何船舶通航。
除此之外，海平面上升会导致目前的大部分沿海城市都将消失，或者兴师动众地筑造沿海大坝，并不断地垒高加厚，越来越多的极端天气将席卷全球，更频繁的干旱和飓风，或者极少降雨的沙漠遭受洪灾。
02
为了拯救地球。不对，地球可能并不关心气候变化的问题，在地球的历史上，绝大部分时间中，平均气温都比现在高或者低得多。所以说，应对气候变化其实是为了拯救我们人类自己，我们必须要减少二氧化碳的排放。
碳捕获就是一个非常好的思路。所谓碳捕获就是将气态的二氧化碳收集起来，不让它释放到大气层中。我们在初中的时候都做过验证二氧化碳的实验。对着澄清的石灰水吹气，如果澄清的石灰水变浑浊了，就说明我们吹出的气体中含有二氧化碳。这个实验其实就是最简易的一种碳捕捉——气态的二氧化碳变成了固态的碳酸钙。
顺着这个实验的思路，我们一步步推导就能捋清楚主流的碳捕获方法。
首先得找到高浓度的二氧化碳源。虽然大气层中到处都是二氧化碳，但它的浓度太低，收集起来太费劲。我们嘴吹出来的气体中，二氧化碳浓度虽然比空气中的高那么一点，但也还是太低了。其实，高浓度的二氧化碳源很好找，燃煤电厂、钢铁厂等等这种化石燃料消耗的大户，化石燃料一燃烧不就产生了大量的二氧化碳么。所以，最直接的方式，是将碳捕获装置装在这些企业的排气管上。二氧化碳刚产生就捕获，一点都不浪费。
再考虑的就是捕获二氧化碳的方式，用澄清的石灰水效率太低了，现在流行使用MEA（乙醇胺）溶液。它吸收二氧化碳的速率快，关键是价格廉价。吸满二氧化碳的MEA，经过高温处理，还能把二氧化碳释放出来，这样MEA（乙醇胺）就能循环使用。重新释放出来的二氧化碳，就可以高压压缩到一个个钢瓶里面了。体积只有原来的百分之一。
最后考虑的就是把捕获的二氧化碳封存起来。这点很关键，如果封存不到位，又被它跑了出来，就前功尽弃了。那是把一个个钢瓶子存到仓库里面？不是的。那建多少仓库都不够用的。那放哪里呢？现在，有把它封存到废弃的煤田、油田中的，有封存到海洋中的，也有封存到深湖之中的。这些方法都不错，封印个几千年应该都没问题。
03
听起来很简单，但从一开始就存在很多难以克服的问题。第一个问题其实还是二氧化碳浓度的问题。燃煤电厂排气管排出来的二氧化碳一般在10%以上，但还是太低了。现在新开发出一种富氧燃烧技术。大家都知道，燃烧是需要氧气的。原来是往炉子里面鼓空气，这本身就混入了79%的其他气体，现在往炉子里面直接鼓氧气，这从源头上就去除了79%的其他气体，排放的二氧化碳浓度就特别高。而从空气中提纯出来氧气是比较简单的。问题不是出现在氧气上，而是出现在炉子上。直接燃烧氧气好是好，但炉内温度会猛增，一般的炉子承受不起，需要重新建炉子。这就麻烦了，火电厂的核心就是炉子，这就相当于重新建厂了，费用特别贵。
第二个问题是MEA（乙醇胺）溶液的问题。MEA（乙醇胺）溶液与二氧化碳接触的越充分，吸收的速度越快。这就需要超大的容器去存放MEA（乙醇胺）溶液，以保证与二氧化碳的充分接触。一个60万千瓦的煤电厂，其实只能算是小型电厂，但想把它排放的二氧化碳全部捕捉需要3个40米高、20米直径的桶装吸收床［3］。在寸土寸金的城市里，这个占地成本必须要考虑进去。
第三个问题是安全问题。不知道你有没有听说过一个爆炸湖的故事。1986 年的一天晚上，尼奥斯湖突然爆发出大量的二氧化碳气体。二氧化碳比空气重，而且量实在太多了风吹不散，附近村庄的两千多个村民被陷入这些气体之中，因为缺氧，在睡梦中窒息而死。尼奥斯湖为什么会藏着这么多二氧化碳？原来，这个湖位于赤道附近，常年恒温，底层水和表层水基本不对流，长期下来（可能是几百年）底层水中就溶解了大量的二氧化碳。在机缘巧合之下（有可能是地质的变动），搅动了底层水，底层水上涌，而其中溶解的二氧化碳随着压力减少就迅速变成一个大气泡从湖底浮上来，形成爆炸。
虽然这是一个极其偶发的事件。但不能排除这种可能性，万一哪天来次地震，那些被我们埋在地底或者水底的二氧化碳也涌了出来，造成大面积的窒息，那就是谁都无法承受的灾难。
第四个问题是成本问题。从2008年以来，我国开始密集试水碳捕获与封存项目。2008年华能电厂投产的北京热电厂烟气碳捕获与封存示范工程，是我国第一个燃煤电厂的碳捕获示范工程，二氧化碳捕获能力达到3 000吨/年。之后，上海、广东、湖北、浙江、江苏、广东、河北等地都建设过碳捕获项目。根据统计，煤电厂每捕获1吨二氧化碳要花费68-90美元［4］。而今天（2021年11月11日）全国碳市场交易价格是42.49元人民币/吨。从这个情况看，发电厂不如从碳市场买碳排放权。
那发电厂捕获的碳，能不能直接卖掉呢？我们知道，二氧化碳被用在汽水饮料中，而干冰可以在摇滚乐演唱会上派上用场。我正好在华能石洞口第二电厂有个资深员工朋友，我特地向他请教，目前情况是投入 100 块钱的运行成本，只能得到 10 块钱产成品的水平。
最最致命的就是这个成本问题，成本不降下来，就不可能商业化，不可能大规模推广开来，技术再好也没有用。
04
不知道你有没有一个问题？难道就不能多种树吗？植物的光合作用，不就是能够直接捕获空气中的二氧化碳吗。我个人对此并不看好。理由有这么几条。
首先，考虑到成年树的光合作用吸收的二氧化碳大致相当于呼吸作用排放的二氧化碳，所以要不停的砍树、种树。要一直保持树在生长，才能二氧化碳转变成木头。问题是，砍掉的树如果再利用起来，比如燃烧，那么这个二氧化碳不就又释放到空气中了吗？难不成把这些树深埋地下，等他们慢慢变成石油和煤炭？
其次，大规模的种植速生林，是对土壤营养的掠夺，想保证树木的成长必须靠施用化肥，化肥的使用会产生其他的温室气体。此消彼长，效果就打了折扣。
再次，树林里面还会栖息比普通土壤中多得多的微生物，而微生物会释放温室气体——甲烷［5］。还有更夸张的说法，说树的绿色，比土的黄色更能吸收太阳光的能量，对此我表示怀疑。
说到底，等化石能源被风电、太阳能、核能取代的时候，这些捕捉技术统统没用了，所以他们实际上都是过渡性的产物。只要能源结构发生彻底改变了，一切问题都会自动消解。
备注：
1.之所以说升高2度，是因为《巴黎协定》计划将全球平均气温升幅控制在低于2°C之内。
2.在此文中，关于平均气温升高2度造成的影响均依据《碳捕获、利用和储存（CCUS）技术及市场-2021版》
3.《卓克 科技参考》第245节
4.碳捕获使用与埋存（CCUS）技术路径的成本分析研究 天津科技大学 杨文杰
5.《卓克 科技参考》第246节
