逆轉二氧化碳排放的裝置

（圖片／取自免費圖庫 Pakutaso）

採用工業規模，將空氣中多餘的二氧化碳過濾掉，來冷卻地球，需要一個新的、龐大的全球工業——那它需要什麼來運作？時間是2050年。走出美國德州米德蘭的二疊紀盆地石油博物館，向北行駛，穿過幾台在炎熱中懶洋洋地點頭的抽油機與陽光炙烤的灌木叢，然後你就會看到它，一座從如薄餅般平坦的地面所升起的閃閃發光的宮殿。這裡的土地是鏡像的，一個個巨大的太陽能電池陣列在波濤洶湧的銀藍色波浪中，向四面八方延伸。在遠處，它們輕輕拍打著一堵五層樓高、近一公里長的巨大灰色高牆。在牆後，您可以瞥見化工廠蜿蜒曲折的管道和龍門。

當你走近時，你會看到牆壁在移動，閃閃發光，因為它完全是巨大的風扇在鋼盒中呼呼的轉動。你自己會認為它看起來像是一個巨大的空調機組，被放大到令人難以置信的比例，從某種意義上來說，這也的確是它的樣子。您看到的正是一個直接空氣捕集(DAC)工廠，它是全球數以萬計的類似工廠之一，它們一起試圖透過從空氣中吸入二氧化碳來冷卻地球。德州的地貌因20世紀從其深處所開采出的數十億桶石油而聞名，但現在，這些石化燃料的遺留物，我們空氣中的二氧化碳，正在被抽回地底的深處。

如果世界要實現到2100年將全球暖化限制在1.5度C的《巴黎協定》目標，那麼到本世紀中，可能還會需要更多這樣的設施。但是讓我們回到2021年，來到加拿大不列顛哥倫比亞省的Squamish，在那裡，在雪山田園風光的映襯下，一個覆蓋著藍色防水油布，穀倉大小的設備正在收尾。當它在9月份投入運營時，Carbon Engineering的原型直接空氣捕集廠，將開始每年從空氣中清除一噸的二氧化碳。雖然德州一個更大的工廠正在建設中，但這是一個小的開始，也是當今所有DAC工廠的典型規模。

“我們有一個氣候變遷的問題，而它是由過量的二氧化碳所引起的，”Carbon Engineering執行長Steve Oldham說。“使用DAC，您可以隨時隨地的消除任何排放。它是一個非常強大的工具。”大多數的碳捕獲都側重於從源頭清理排放物，像在煙囪上的安裝洗滌器和過濾器，防止有害氣體進入大氣層。但這對於地球上十億輛左右的汽車，這樣數量眾多的小型點源來說是不切實際的，它也不能解決空氣中已經存在的CO2，而這就是為什麼我們要採用直接空氣捕獲。

如果世界想要避免災難性的氣候變遷，光轉向碳中和社會是不夠的。政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)警告說，到2100年將全球暖化限制在1.5度C，將需要諸如DAC之類的技術來“大規模的部署二氧化碳去除措施”，而大規模的定義則是數十億噸，或兆噸。伊隆馬斯克最近承諾投資1億美元，用於開發碳捕獲技術，而微軟、聯合航空公司、和埃克森美孚等公司也正在該領域進行數十億美元的投資。

“目前軌跡顯示，到2050年，我們需要每年去除10兆噸的二氧化碳，到本世紀末，這個數字還需要翻倍，達到每年20兆噸，” 懷俄明大學的氣候科學家Jane Zelikova說。“我們現在幾乎沒有移除任何CO2，我們必須從零起步。”

Carbon Engineering位於Squamish的工廠被設定為一個不同技術的試驗場。該公司正在為德州西部油田建造一座更大的工廠製定藍圖，該工廠每年將移除100萬噸的二氧化碳。“一旦完成，它就可以被批量複製、建構，”Oldham說。然而，他也承認未來的任務規模令人眼花繚亂，“我們需要從大氣層中提取800兆噸，而這不會在一夜之間發生。”

∥ 藍天思維

直接空氣捕獲的科學很簡單，有幾種方法都可以做到。Carbon Engineering的系統使用風扇將含有 0.04% CO2（目前的大氣水平）的空氣吸入浸透在氫氧化鉀溶液中，一種稱為鉀鹼的腐蝕性化學物質，用於製皂和其他各種應用，的過濾器。鉀鹼從空氣中吸收二氧化碳，然後將液體透過管道輸送到第二個倉室並與氫氧化鈣（建築石灰）混合。石灰抓住溶解的二氧化碳，產生小片石灰石。這些石灰石薄片經過篩分並在煅燒爐的第三個室中加熱，直到它們分解，釋放出純二氧化碳，然後被捕獲和儲存。在每個階段，剩餘的化學殘留物都會在過程中被回收，形成一個封閉的反應，無止盡地重複，而不產生廢料。隨著全球碳排放量持續上升，如果沒有這樣的干預措施，1.5度C的氣候目標看起來越來越不可能實現。

英國帝國理工學院格蘭瑟氣候變遷研究所高級研究員，同時也是2019年關於DAC在氣候減緩中的作用的論文作者Ajay Gambhir說，“如果沒有直接空氣捕獲，必須發生的事情的數量將會非常之多，如果沒有它，我們極可能無法滿足《巴黎協定》的要求。”。IPCC雖也提出了一些不依賴於直接空氣捕獲的維持氣候穩定方案，但Gambhir表示，這些方案在它們關於能源效率的進步和人們改變行為意願的假設中，“非常雄心勃勃”。“我們已經過了需要減少排放的地步，”Zelikova說。“我們將會越來越依賴DAC。”

DAC絕對不是將碳從大氣層中取出的唯一途徑。碳可以透過土地的利用變化自然地去除，例如恢復泥炭地，或者最常見的種植森林。但這是緩慢的，並且需要大片寶貴的土地，據估計，所需的森林面積要相當於全美國的面積，並在此過程中將食品價格推高五倍。就樹木而言，碳去除的效果也是有限的，因為它們最終會死亡並釋放其儲存的碳，除非它們可以在封閉的系統中被砍伐和燃燒。

但使用DAC等技術，而非植物去除碳的挑戰規模也同樣巨大。Gambhir的論文計算出，僅僅跟上全球二氧化碳排放量（目前每年36兆噸），就意味著要在各區建造共30,000座的大型DAC工廠，並提供超過3座給世界上每個運行的燃煤電廠。每座工廠的建造成本高達5億美元，使總成本高達15兆美元。

這些設施都需要儲存溶劑以吸收二氧化碳，供應一個大到每年可以捕獲10兆噸二氧化碳的DAC工廠，需要大約400萬噸的氫氧化鉀，這是這種化學物品全球年度供應量的一倍半。一旦這數千個DAC工廠建成，它們也將需要電力來運行。“如果這個產業每年吸收10兆噸的二氧化碳，你將消耗 100 艾焦，約佔全球總能源的六分之一，”Gambhir說。這大部分的能量用於將煅燒爐加熱到800度C左右，而這對於單獨使用電力來說負荷太大了，因此每個DAC工廠都另需一個燃氣爐和穩定的燃氣供應。
 

∥ 地球付出的代價

預估從空氣中捕獲一噸二氧化碳的成本差異很大，從每噸100美元到1,000美元不等。Oldham說，大多數的數字都過於悲觀，他相信Carbon Engineering可以以低至 94 美元的價格移除一噸的碳，尤其是一旦當它成為一個廣泛的工業過程。另一個更大的問題是要弄清楚賬單將寄往何處。令人難以置信的是，從商業角度來看，拯救世界是非常難賣的。不過，直接空氣捕獲確實會產生一種有價值的商品，那就是數千噸的壓縮二氧化碳。這可以與氫氣結合，製作合成的碳中性燃料，然後可以在煅燒爐的煤氣爐中燃燒（收集排放物並再次循環）或出售。

令人訝異的是，壓縮二氧化碳的最大客戶之一竟是石化燃料產業。當油井乾涸時，透過提高石油採收法，使用蒸汽或氣體對油藏加壓，將剩餘的石油擠出地面的情況並不少見。二氧化碳是受歡迎的一種選擇，並且具有將碳鎖在地下的額外好處，完成碳捕獲和儲存的最後階段。 Occidental Petroleum與Carbon Engineering合作，在德州建立了一個全面的DAC工廠，每年提供5,000萬噸的二氧化碳供提高石油採收使用，而以這種方式使用的每噸二氧化碳，僅在抵稅方面就價值約225美元。

或許我們空氣中的二氧化碳最終返回到地下的油田是合適的，但諷刺的是，DAC唯一的融資方式竟是追求更多的石油。盡管西方石油公司和其他公司希望透過將二氧化碳泵入地下，他們可以大幅的減少石油對碳的影響，典型的提高石油採收作業會將新鮮石油所釋放的每1.5噸二氧化碳，封存一噸，因此，雖然該過程減少了與石油相關的排放，但它並不能達成一個平衡。

但還有其他的用途可以使其變得更具商業可行性。另一家直接空氣捕集公司， Climeworks有14個較小規模的裝置在運行，每年可封存900噸二氧化碳，並將其出售給溫室以促進酸黃瓜的生長。該公司現在正在研究一個更長期的解決方案，冰島正在建設的工廠將捕獲的二氧化碳與水混合，並將其泵入地下500-600公尺，在那裡氣體將與周圍的玄武岩發生反應並變成石頭。為了為此提供資金，它為企業和市民提供了購買碳補償的能力，起價僅為每月 7 歐元。世界其他地方能被說服購買嗎？

“DAC總是要花錢的，除非有人付你錢去做，否則它並沒有實質的經濟激勵，”我們現在需要做什麼：為了零碳未來的作者Chris Goodall說。“Climeworks可以向有道德的人出售碳信用，與微軟和 Stripe 簽訂合同，每年從大氣中提取數百噸，但這個數字還需要擴大一百萬倍，而這需要有人為它出資金。

“電動汽車有補貼，太陽能發電廠有廉價融資，但你看不到DAC有任何這些，”Oldham說。“人們非常關注減排，但對其他問題的關注程度卻不同，像是大氣層中的二氧化碳量。DAC 的最大障礙就是思惟不在政策中。”

Zelikova認為DAC將遵循與其他氣候技術類似的路徑，也會變得更加實惠。“我們有完善的成本曲線，顯示了技術是如何快速的降低成本，”Zelikova說。 “就像我們在風力和太陽能方面克服了類似的障礙。最重要的是盡可能地多部署它們，政府支持商業化也很重要，它扮演著第一個客戶的角色，也是一個財力雄厚的客戶。”

Goodall主張征收全球碳稅，除非購買補償，否則碳排放將變得昂貴，但他也承認這在政治上仍然是一個令人難以接受的選擇。沒有人願意繳納更高的稅，特別是如果我們高能耗生活方式的外部性，如不斷增加的野火、乾旱、洪水、海平面上升，都被認為是該由其他人承擔的。Zelikova補充說，我們還需要在社會上進行更廣泛的對話，使人理解這些努力應該花費多少。“氣候變遷誘發或加劇的自然災害，將會使我們付出巨大的代價，我們需要摒棄DAC應該要便宜的想法。”

∥ 風險與回報

即使我們同意建造30,000個工業級的DAC工廠，找到運行它們的化學材料，以及支付所有費用的資金，我們也還不會走出這個困境。事實上，由於一種稱為緩解威懾的現象，我們最終可能還會處於比以前更糟糕的境地。“如果您認為DAC將會中長期的存在，那麼您將不會在近期內減少排放量，”Gambhir 解釋說。“如果擴大出現問題，如果結果證明吸附劑難以生產，或者它退化得更快，如果技術上更棘手，如果結果比預期的更昂貴，那麼從某種意義上來說，不再短期內採取行動，你事實上已經將自己鎖在更高的溫度路徑中。”

DAC的批評者指出，它大部分的吸引力在於一種假設性技術的承諾，而該技術讓我們能夠繼續在富含碳的生活方式中生活。然而，Oldham認為，對於一些難以脫碳的行業，例如航空，為DAC提供資金的碳抵消可能才是最可行的選擇。“如果從空氣中提取碳比停止讓它上升到空氣中更便宜、更容易，也許這就是DAC在排放控制中的作用。”

Gambhir認為這不是一個“非此即彼”的情況。“我們需要在短期內迅速減少排放，但同時，堅決開發DAC，以確定它是否會在未來為我們服務。”Zelikova表示同意，“這是一個‘是，並且’的情況，”她說。“DAC 是平衡碳預算的關鍵工具，所以我們今天無法消除的東西可以在以後被消除。”當Oldham尋求擴大Carbon Engineering規模時，最大的基本原因是要證明大規模的DAC是可行的、負擔得起的、和可被使用的。如果他成功了，我們星球氣候的未來可能會再次由德州的油田來決定。

原著出處：Frank Swain, March 12, 2021