空气转变成汽油:解决全球变暖和能源问题的终极方案?

喜汤 · 2018-06-08
空气转汽油技术取得了重大突破。

编者按:哈佛大学的一位教授表示,在2021年前,自己的公司应该能将二氧化碳规模化地从大气中去除。本文作者ROBINSON MEYER,原文标题Climate Change Can Be Stopped by Turning Air Into Gasoline

空气转变成汽油:解决全球变暖和能源问题的终极方案?

哈佛大学(Harvard University)和Carbon Engineering公司的科学家周四宣布,他们发现了一种以低廉的成本直接将二氧化碳从大气中去除的方法。

如果他们的技术在能够成功推广开来,将会改变人类对气候变化问题的看法,还可以让人们在对抗全球变暖的过程中又添一件趁手的利器。

技术易得,成本低廉

他们的研究似乎把科技从科幻小说变成了现实。这表明人们很快就能从石灰石、氢气和空气中生产出汽油和航空燃料,还暗示着人们最终能够建设起一个巨大的、规模化的碳洗涤网络,以便直接从大气中清除温室气体。

最重要的是它的廉价性。就在2011年,一个专家小组估计,从大气中去除一吨二氧化碳至少要花费600美元。

而在新技术条件下,去除相同重量的二氧化碳最少只要94美元,最高不会超过232美元。这样看来,去除汽车中燃烧一加仑汽油所释放的二氧化碳只用花费1到2.5美元。

“如果真的只用花这么少的钱,那这项研究成果确实相当重要”, Carnegie Institution for Science的资深科学家Ken Caldeira说,“这为稳定气候变化提供了可能,我们可以在不改变整个能源系统或每个人的行为的情况下,花较少的钱来使气候保持稳定。”

该研究小组周四上午在《Joule》杂志上发表了他们的研究结果。

“我们的实验条件和技术水平,基本上全世界普遍可以达到”,哈佛大学应用物理学教授、这项新研究的主要作者David Keith说,“这就是为什么我们认为研究结果有可能进行推广。”

Keith也是比尔·盖茨资助的Carbon Engineering公司的创始人和执行主席,该公司研究的就是如何从大气中直接去除二氧化碳。

原理易懂,市场可期

Carbon Engineering公司说,今天公布的这项技术已经在其位于British Columbia省的小型试验工厂实施。该公司目前正在寻求资金,以建造一个规模化的工厂。Keith表示,到2021年,该工厂就能完工。

他们的技术虽然化学上很复杂,但却并非前所未有,主要步骤拥三个:

首先,外部空气被吸入工厂的“接触器”中,并暴露在碱性液体中。这些接触器类似于工业冷却塔:它们有巨大的风扇来吸入外部的空气,而且还衬有波纹状的塑料结构,以使得尽可能多的空气与液体接触。在冷却塔里,空气是用来冷却液体的;但是在这个设计中,液体却是用来吸收气体的。“二氧化碳是一种弱酸,所以会被碱液吸收”,Keith说。

其次,含有二氧化碳的液体被引入工厂,经过一系列碱酸分离的化学反应,液体被冷冻成固体颗粒,慢慢加热,转化成泥浆。同样,这些技术也借鉴了化学工业的其他领域——“从碳酸盐溶液中提取二氧化碳,世界上几乎所有造纸厂都会这么做”, Keith告诉我。

最后,二氧化碳与氢结合,转化为液体燃料,包括汽油、柴油和航空燃料。在某种程度上,这一步算是了无新意:石油公司每天都会使用这种名为Fischer-Tropsch的反应,将碳氢气体转化为液体燃料。但这是Carbon Engineering公司业务的关键,这意味着该公司可以生产碳氢化合物。

举个例子来说,如果你的车烧的是Carbon Engineering公司的气,虽然还会排放二氧化碳的尾气,但是这些二氧化碳最初就来自于空气,所以不会向大气中排放任何新的二氧化碳,也更不需要开采新的石油来为汽车提供动力。

类似的过程还可以用来隔离温室气体。Carbon Engineering公司可以将二氧化碳置于地下来减少大气中的温室气体,而不是转化为液体燃料。不过这样的技术不会给公司带来任何可销售产品。

“近期市场主要需要的是碳氢燃料”,Keith告诉我,“我们将其视为一种脱碳运输技术。”

Keith星期三的时候表示自己对气候变化问题“相当乐观”。“原因是这些低碳燃料的市场比几年前好多了。与此同时,由太阳能和风能提供的电力也在变得便宜。”

载誉纷纷,前景乐观

外部专家表示,他们深受Keith和他同事的成果鼓舞,但也提醒说,要审查论文中的每项成本估算和工程进展都需要时间。大家的反应基本都是:希望这办法奏效!

 “我毫不怀疑他们的成本范围是否合理。我认为通过他们的方法,在五年内把每吨二氧化碳的成本控制在最高250美元最低100美元是可行的”, Colorado School of Mines的副教授Jennifer Wilcox表示。

“Carbon Engineering公司带来的改进似乎都是非常合理的,我很高兴他们的估计成本与我对这些改进的预期相符”,National Laboratory能源项目资深科学家Roger Aines表示。

“在我看来,这篇论文最重要的部分,就是他们在工厂里把这项技术测试了好几年。这是一件大事,它提供了比简单计算或模型计算更有力的证明”, Olin College化学工程系副教授Scott Hersey表示。

Caldeira说,该项研究为经济中最难实现去碳化的行业提供了希望,他告诉我说,“这表明,经济中最难去碳化的部分(如钢铁、水泥制造、航空等)能够继续存在下去,只需要支付去除二氧化碳的费用就行了。”

他接着说:“全球GDP总额大约在75到110万亿美元之间,这取决于你如何计算。因此,去除所有这些二氧化碳的费用相当于全球GDP的3%到5%(如果每吨的去除成本是100美元的话)。这为解决气候问题的成本设定了上限,因为还有很多方法可以把成本控制在100美元以下。”

Keith说,二氧化碳能不排放最好别排放。“我的观点是,我们应该坚持先尝试减排。作为一名选民,我认为一吨二氧化碳不排放的成本比排放然后回收它的成本要低。”

“但是一旦排放量开始下降,最终降低到零排放水平——或许10年或15年后——我会很高兴能看到二氧化碳去除实现规模化。”

编译组出品,编辑:郝鹏程

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