◎特約撰稿 卓異
【空氣中常見的二氧化碳，可以直接製成汽油、柴油嗎？加拿大“碳工程”公司給出了肯定的答案。該公司近日宣佈，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”的技術成本，只是市面上同類技術的1/6左右，同時他們還把這些萃取的二氧化碳轉化為供汽車、飛機使用的燃料，且無需改變汽車動力系統或加油站設施，就讓汽車排放出的二氧化碳回到燃料箱裡。該公司認為，若這些技術能進一步商業化推廣，將為人們“對抗全球變暖增加新的利器”。這是怎麼做到的呢？】
利用萃取的二氧化碳，結合清潔電力與水製成的合成燃料，與交通工具兼容，甚至能和傳統化石燃料混合使用
碳捕捉新技術成本銳減
自從知道了二氧化碳排放對環境的影響，人類便開始了相關的研究。聯合國195個成員國於2015年通過的《巴黎協定》，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。要達到《巴黎協定》的目標，僅靠減少碳排放並不夠。聯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”將增加實現氣候目標的成功率。
CCS是把工業過程產生的二氧化碳，以各種方法“捕集”起來，再壓縮、運送並灌注到地底適合的岩層中，進行封存，這麼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。國際能源署預期，利用CCS技術在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步推進，但整體發展情況落後於預期，面臨不少障礙，如經濟成本高、額外能耗高、利益相關方難以協調、缺乏明確政策導向、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），以特製的大型風扇抽入空氣，經過濾後吸收二氧化碳，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實用化之路。
為了解決成本問題，哈佛大學應用物理學教授大衛·凱斯創辦“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DAC技術，終於迎來曙光：在該公司的新技術條件下，去除相同重量的二氧化碳最少只要94美元，相當於市面上相應技術成本的1/6，最高不超過232美元。
CE公司的實驗廠房，這是從空氣中分離二氧化碳的關鍵區域。
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”技術實驗工廠，運用“三大神器”——“空氣接觸器”“顆粒反應器”和“循環流化床煅燒爐”進行碳捕捉，力求實現項目在商業運行方面可複製。
運作方式是：空氣被特製的巨型風扇吸入後，打入具有“溼法洗滌”功能的“空氣接觸器”管道，管道里有蜂窩狀PVC架構，氫氧化鉀溶液（鹼性）從上而下淋在PVC架構中，和空氣充分接觸後，與二氧化碳（弱酸）發生化學反應，形成碳酸鹽溶液。在此過程中，二氧化碳被捕捉，之後將空氣排出。
CE公司的碳捕捉方法，先讓特製的巨型風扇吸入空氣，後將其打入具有“溼法洗滌”功能的“空氣接觸器”管道
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，經過“顆粒反應器”，發生一系列酸鹼分離的化學反應，之後被幹燥成碳酸鈣固體顆粒。
這些顆粒會被放入“循環流化床煅燒爐”進行加工。“循環流化床煅燒爐”利用天然氣的富氧燃燒來加熱捕捉到的二氧化碳，通過淨化、壓縮、脫水，以產生純淨的二氧化碳氣流。二氧化碳氣流可以封存到地下，亦可用於製作合成燃料。傳統二氧化碳的捕捉技術必須在工廠的排煙口才能使用，而該技術可以直接捕捉空氣中的二氧化碳。
CE公司的實驗廠房
二氧化碳+水+陽光=燃油！
鑑於二氧化碳含有碳元素和氧元素的結構，所以把它變成燃料一直是科學家們苦苦追求的方向。若這種設想能實現，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。2017年，CE公司將其特有的燃料合成技術——空氣制油（Air-to-Fuels，簡稱A2F）融入到DAC實驗工廠中。它藉助清潔電力（比如太陽能發電）將水電解，產生的氫氣與被萃取的二氧化碳通過熱催化作用產生合成氣，再發生反應變成液體燃料。這種實驗性做法目前每天可生產約1桶（約159升）合成燃料。
利用CE公司的A2F技術，每噸二氧化碳可生產相當於兩桶（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，甚至能和傳統化石燃料混合使用，可直接應用於汽車、巴士、飛機等，無需改變汽車動力系統或加油站設施。
原則上，二氧化碳與氫氣反應，會產生各種各樣的“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這些燃料，讓人們對氫燃料電池的依賴減弱，並避免了生產生物燃料而帶來的佔用土地和耗費糧食問題。
CE公司具有“溼法洗滌”功能的“空氣接觸器”
“碳中和”燃料更清潔
將二氧化碳轉化為燃料，逐漸替代常規燃油，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，這意味著它們還能減少空氣汙染。
值得注意的是，採用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，也不需要開採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的二氧化碳排放。
CE公司的實驗廠房全景
給鋼鐵水泥行業減了負
根據CE公司官網的信息，其單個DAC設備每年可捕捉100萬噸二氧化碳，這相當於平均每年25萬輛小汽車的碳排放量。眼下，CE公司正對DAC和A2F技術進行更大規模的試驗，並嘗試將合成燃料賣給商業客戶。“我們的實驗條件和技術水平，全球普遍可以達到，”凱斯說，“所以我們認為研究結果有可能推廣。”目前，CE公司正在尋求更多資金建設更大規模的工廠。該公司預見，到2021年，將建成日產量達2000桶合成燃料的設施，生產出的燃料會首先應用於不列顛哥倫比亞省和加州（存在《碳燃料標準》）兩地。A2F技術所生產的燃料一旦擴大規模，可使燃料生產成本達到1美元/升。
“如果真的只需花這麼少的錢，那這項研究成果確實相當重要，”美國卡內基科學研究所科學家肯·卡爾德一拉說，“這為穩定氣候變化提供了可能，我們可以在不改變整個能源系統或個人行為的情況下，花較少的錢使氣候保持穩定。”卡爾德一拉還說，該項研究為工業中最難實現“去碳化”的行業提供了希望，如鋼鐵、水泥製造、航空等行業能繼續存在，只需支付去除二氧化碳的費用即可。”
美國富蘭克林歐林工程學院化學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“在工廠裡對碳捕捉這項技術測試了好幾年，提供了比簡單計算或模型計算更有力的實用性證明”。
CE公司的實驗工廠
減排仍是第一位
直接從空氣中捕捉二氧化碳還有一個優點，就是在地理設置上很靈活，“無所謂在哪裡捕捉二氧化碳，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，應該堅持先減排，一噸二氧化碳不排放的成本，比排放後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新清潔能源基金、加拿大可持續發展技術部、加拿大自然資源部、“工業研究援助項目”“西部創新倡議組織”和美國能源部等的支持。
（蕭野對本文亦有貢獻）
網編：吳燕芳
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