作者：亚历克·卢恩

　　1997岁终的一个晚上，13岁的克莱尔·拉克纳因为科学课要选择一个实验主题便找父亲寻求建议。她的父亲叫作克劳斯·拉克纳，正好是一位物理学家，在美国洛斯阿拉莫斯国度实验室从事核聚变研究。那时，他已经开端困惑核聚变可否代替高污染燃料，并转而思虑若何去除大年夜气中的温室气体。是以，他建议克莱尔测验测验从空气中捕集二氧化碳。于是，克莱尔买了一个水族箱泵。在实验中，她将空气泵入装满强碱性溶液的试管中，这些碱液会与气流中的酸性二氧化碳结合，从而在一夜之间去除大年夜约一半的二氧化碳。克莱尔是以在县科学博览会上获得了二等奖，她的父亲也撰写了一篇论文称，从空气中移除二氧化碳“很有可能可以在必定程度上”缓解全球变暖。

　　1·直接空气碳捕集

　　自20世纪50年代，科学家就已经知道若何从潜艇和宇宙飞船内的空气中去除二氧化碳，以防止船员梗塞。但克劳斯·拉克纳的论文初次提出，我们可以将二氧化碳从大年夜气平分别出来，以确保地球的宜居性。几年后，克劳斯·拉克纳与他人合营创建了一家名为“全球研究技巧”的公司，并于2007年初次展示了从情况空气中移除二氧化碳的技巧，如今这种办法被称作“直接空气碳捕集”（DAC）。“直接空气碳捕集”装配平日是一个由有机玻璃制成的长方形盒子，里面装着塑料片，塑料片上涂有干燥的二氧化碳吸附树脂。盒子的门会像衣柜门一样打开，以便空气流过塑料片。接着，在门封闭后，这些塑料片会被水浸湿而释放出二氧化碳，而后这些二氧化碳会被收集到储存罐中，以便用于工业范畴或封存在地下。同年，英国维珍大年夜西洋航空公司的所有者理查德·布兰森宣布设立一项2500万美元的大年夜奖，嘉奖“具有贸易可行性”的空气除碳技巧。

　　图为用于直接碳捕集的石灰石。 

　　固然相干的化学反响可能并不难，但装配须要大年夜量的设备与能源，是以须要大年夜量的资金。2008年金融危机爆发后，全球研究技巧公司耗尽了资金。布兰森则从未揭橥奖金——一位谈话人在2010年指出，2500个参评提案中没有一个可以或许有效接收二氧化碳，并表示跟着碳捕集技巧的成长，平易近众的担心程度越来越高。尽管那时有几家始创公司一向在自立研发技巧，且有多个小型举措措施落地，特别是瑞士名为“克莱姆工业”的公司，以及加拿大年夜名为“碳工程”的公司，但DAC却逐渐淡出了人们的视线。

　　然而，自21世纪初以来，全球二氧化碳排放量持续攀升，地球也变得越来越热。科学家逐渐熟悉到，想要实现《巴黎协定》的目标，不仅须要大年夜幅削减碳排放，还要在本世纪从大年夜气中移除数千亿吨的二氧化碳。植树是最显而易见的办法，但即就是栽种一万亿棵树也远远不敷，并且树木还可能会烧毁或逝世于病害，由此释放出它们储存的碳。克劳斯·拉克纳表示，在21世纪初，世界还没预备好接收DAC技巧。“然而如今，我认为已经到了刻不容缓的地步。”

　　在科珀斯克里斯蒂以南15千米处，经由一座大年夜教堂、一家烟花店和一些半圆拱形小屋后，碎石路上出现了一个“禁止入内”的标记。十几台风力涡轮机在海风中隆隆作响。超出一排低矮的豆科灌木，就是国王牧场。这里比罗得岛还要大年夜，是詹姆斯·迪恩主演的关于石油高潮的片子《巨人传》的灵感来源。最快来岁，西方石油公司位于得克萨斯州南部的DAC中间就将在这片黄褐色的地盘上拔地而起。西方石油公司拒绝对此揭橥评论，也不许可我进去参不雅，但从网上的后果图来看，这座工厂将拥有一栋栋长长的建筑，外墙采取多孔黑色材料，金属屋顶上有一排巨大年夜的圆形电扇。电扇可以使空气经由墙体，接着流过蜂窝状塑料片的氢氧化钾会与空气中的二氧化碳结合，形成碳酸钾，一种白色的盐。

　　为了到2050年实现净零排放的目标，人们正试图经由过程多项办法大年夜幅削减碳污染，包含扶植可再生能源，实现从汽车到地下室熔炉等的周全电气化，以及鼓励发电厂进行碳捕集与封存。但有些来源的碳排放难以清除，比如长途飞翔、航运、农业、水泥和钢铁临盆。事实是人类制造的机械导致了全球变暖，然而如今我们又要建造更多的机械来移除碳排放。假如全世界从空气中移除的二氧化碳量开端跨越碳排放量，即所谓的负排放，那么碳移除技巧甚至可能使全球气温开端略有降低。

　　美国筹划，到2050年每年移除和储存的二氧化碳量至少达10亿吨，比今朝碳排放量的五分之一还多。为了实现这一目标，碳移除行业必须每年扩大40%以上，在短短几十年内成长成为世界上最大年夜的家当之一，如许的成长速度跨越了如今的绝大年夜多半技巧。2021年和2022年提出的关键气候法案包含对DAC的重大年夜税收减免，以及投入35亿美元来扶植几个区域性DAC中间。与此同时，大年夜公司开端试图购买碳信用额来抵消其碳萍踪。事实上，DAC公司每从空气中移除一吨二氧化碳就会获得一单位的碳信用额。然后其他公司便能从DAC公司购买碳信用额，而无需削减相当于此信用额的二氧化碳排放量。为此，美国已有130多个商用DAC工厂立项。然而，几乎所有这些工厂都是由一家石油公司筹划，这家石油公司平日会将二氧化碳注入地下，以便从旧油田中“挤”出更多的原油。美国能源部部长詹妮弗·格兰霍姆将DAC描述为“可以从空中直接吸走数十年来累积的碳污染的巨大年夜真空吸尘器”。但如今的问题是，最终DAC是否也会向情况中排放新的碳污染？

　　2·第一家工厂

　　美国第一家商用DAC工厂由名为“海卢姆”的始创公司开设，位于美国加利福尼亚州圣华金县部属的一座城市——特雷西。沙山克·萨马拉是海卢姆公司的首席履行官，他带我来到白色网围起的工厂核心区域。在这个区域内，工厂操作间就像一个巨大年夜的工业厨房。数百个不锈钢托盘装着看似白面粉的物质，堆叠成12米高的塔。矩形机械人沿着塔楼之间的垂直大年夜梁高低移动，检查那些形如面粉的石灰粉。这些石灰能从经由托盘的空气中接收二氧化碳，在大年夜约三天的时光里转化为碳酸钙，即石灰石粉。接着，形似机械人“鲁姆巴”但体型更大年夜、配有叉车的轮式机械人会从托盘堆的底部拉出托盘，将粉末倒入通向外面900摄氏度高温炉的管道中。经由煅烧，石灰石释放出二氧化碳，并从新转化为石灰。捕集到的二氧化碳会被紧缩并泵入一个大年夜型储罐中，之后再被注入地下或混入湿混凝土中封存几个世纪。石灰则放回托盘中，持续接收更多的二氧化碳。

　　萨马拉在印度海得拉巴一间18平方米的房子里长大年夜。热浪来袭时，为了让家人凉快一些，他的母亲会将一条湿毛巾盖在电扇上。他的父亲先后在美国一家冰淇淋摊和一家药店工作。在萨马拉12岁时，他的父亲带着全家来到了美国缅因州。后来，萨马拉在美国康奈尔大年夜学攻读经济学和机械人学，并在美国移动付出公司工作过。2013年，萨马拉与他人在旧金山合股创办了一家公司，可以或许在几天内制造并交付定制电路板。

　　但萨马拉越来越担心包含印度在内的全球气候灾害。当局间气候变更专门委员会（IPCC）2018年的申报初次指出，要将全球升温控制在1.5摄氏度以内，碳移除技巧可能很关键。两年后，他与当时照样化学工程博士生的诺亚·麦昆合营创建了海卢姆公司。他们开端开辟一种可实现范围化应用的办法，摒弃了其他DAC始创公司经常应用的化学溶剂、复杂的过滤器和大年夜功率电扇，转而应用便宜的石灰石和流速较缓的气流。

　　美国能源部和科技公司的目标是经由过程进步产能来降低DAC的价格，个中有几家公司在碳移除技巧上已投资10亿美元。今朝，经由过程DAC去除一吨二氧化碳换取的一单位碳信用额要花费约1000美元，比一致的植树成本赶过很多倍。但萨马拉认为，范围化应用可以降低成本。“这可以让成本曲线以异常快的速度降低，”他在紧缩机的轰鸣声和真空泵如铙钹般的撞击声中说道，“你只须要把石灰放在一个个托盘上。”

　　3·“赛普拉斯”

　　分开加利福尼亚州后，我去了赛普拉斯项目标筹划地——格雷牧场，那边是路易斯安那州沿岸400平方千米的池沼区，邻接得克萨斯州。从休斯顿开车到路易斯安那州的莱克查尔斯，我经由了斯宾德托普山，1901年石油从这里的地下喷涌而出，飞升至约60米的空中，此后便拉开了得克萨斯州石油繁华的帷幕。这个家族的后裔格雷·斯特里姆说，今朝格雷牧场约一半的收入仍然来自木材和石油开采的地盘租赁，另一半来自肉牛豢养。不过，他欲望从赛普拉斯项目开端，碳封存可以成为本地的下一个重要家当。

　　西方石油公司的霍卢布毕竟是恶人照样前驱，取决于你问的人是谁。她出身于美国亚拉巴马州，从石油钻井平台工程师做起，一路晋升，于2016年成为美国大年夜型石油公司首位女性首席履行官。在美国进步45Q税收抵免两年后，她开端预备斯特拉托斯的扶植。部分原因是西方石油公司已经成为得克萨斯州最大年夜的EOR（强化石油采集）临盆商。在进步原油采收率的过程中，紧缩的二氧化碳会置换出滞留在岩石孔隙中的原油，从而将产量进步25%。尽管大年夜部分二氧化碳会被封存在矿床中，但跟着那些产出的石油出售，它们燃烧后会产生更多的碳排放。

　　我和斯特里姆以及4名员工一路驱车前去50千米外的格雷牧场。我们在一条碎石路边停下车，不出三年，这个处所将看起来更像科幻片子里的场景，而不再是奶牛牧场。克莱姆工业公司的最新技巧是一个边长为23米的圆角立方体设备，侧面呈网状，顶部伸出16个电扇喷嘴，底座为巨大年夜的混凝土构造。将来将有大年夜约60个如许的立方体排成一行，由紧缩机和管道相连。在每个立方体内部，有16个通风设备，里面装有涂覆氨衍生吸附剂的过滤器。跟着气流畅过电扇、经由网状构造进入过滤器内，吸附剂便会捕集气流中的二氧化碳。然后，封闭通风设备，向里面充斥100摄氏度的蒸汽，如许二氧化碳就会释放出来并经由过程管道传入封存地。克莱姆工业公司会把捕集的二氧化碳从牧场的一侧传输到12千米外的另一侧，在那边，斯特里姆的团队将把二氧化碳注入到地下深处。海卢姆公司本来计算在克莱姆工业公司邻近建一座工厂，但在我参不雅后，海卢姆公司将赛普拉斯项目标一部分北迁，搬到了该公司在路易斯安那州什里夫波特建立的另一家工厂邻近，以便把二氧化碳封存在路易斯安那州中部一片人工用材林地下。

　　大年夜约在同一时光，大年夜型科技公司开端投资碳移除行业，有时是为了抵消自家公司产生的大年夜量碳排放。海卢姆公司只是以书面情势宣布了他们的碳去除技巧，几个月里便有两家在线零售办事公司为获得将来的碳信用额，向海卢姆公司付出了数十万美元，这赞助打开了碳移除技巧的市场需求。第二年，海卢姆公司就从包含比尔·盖茨在内的多位投资者那边筹集到了5300万美元，并在马斯克赞助的1亿美元XPRIZE碳移除大年夜赛中博得了100万美元的启动奖金，该比赛旨在嘉奖可以或许每年从空气中移除1000吨二氧化碳，并有可能进一步扩大年夜范围至数十亿吨的技巧。此后，这家始创公司便开端在特雷西建造DAC工厂。2023年8月，美国能源部给海卢姆公司和克莱姆工业公司拨款6亿美元，用于在美国路易斯安那州西部建造一个DAC中间。（除海卢姆公司特雷西工厂外，世界上还有一套用于捕集二氧化碳的商用DAC举措措施，由克莱姆工业公司运作，位于冰岛高原上。）这个结合中间被称作“赛普拉斯项目”，重要用于每年捕集100万吨二氧化碳并将其注入地下。

　　我们回到车上前去碳封存地点，同时留心是否有鳄鱼出没。20分钟后，我们到了另一片草地，它位于一条驳船运河与一架放弃风车之间。2018年，来自美国的非当局组织、能源公司和依附化石燃料的州的参议员结合起来，将一项名为45Q的税收抵免政策中的抵免额增长了一倍多，斯特里姆就此萌生了可以将碳注入此处的设法主意。根据这项政策，墨西哥湾沿岸的天然气和石油化工临盆商等公司，可以经由过程烟囱上的洗涤器捕集二氧化碳并封存在地下，即碳捕集与封存（CCS），从而抵免一些税额，具体来说是每移除一吨二氧化碳可获得50美元的税收抵免。西弗吉尼亚州的参议员乔·曼钦是参议院内从石油和天然气行业获得献金最多的人。2022年，在曼钦等人的推动下，45Q政策中的税收抵免再次增长：从烟囱内捕集一吨二氧化碳为85美元，直接从空气中捕集一吨二氧化碳为180美元。对于在赛普拉斯项目中移除的二氧化碳，克莱姆工业公司和海卢姆公司都可以申请税收抵免，同时可以向想要抵消碳排放的客户出售碳信用额。重要的是，美国能源部还为这一项目供给了高达6亿美元的投资。此外，斯特里姆所拥有的牧场坐落在一个如同“诞辰蛋糕”的岩层之上，很合实用来封存二氧化碳。是以，为了将二氧化碳封存在这里的地下深处，克莱姆工业公司将向斯特里姆付出必定的费用。斯特里姆说，“这里的地质前提真是太神奇了。”

　　这种地质构造开端形成于6500万年前，当时落基山脉向上隆起，密西西比河等河道开端携带碎沙粒向下贱入墨西哥湾。经由漫长的岁月，新的沉积层赓续聚积，在它们的重压下，下方较古老的沉积层被紧缩成多孔的砂岩。时不时地，海平面上升，在其上覆盖了一层泥质层，进而形成页岩。在格雷牧场如许的处所，页岩层形成了一顶弗成渗入渗出的“盖岩”，可以封存经由过程油井注入到下方砂岩孔隙中的二氧化碳。斯特里姆表示，这种分层构造使墨西哥湾沿岸成了“孔隙之地”，就像沙特阿拉伯是“石油之国”一样，估计可封存1000亿吨二氧化碳。

　　假如路易斯安那州赞成了斯特里姆的钻井许可，他的团队将向下钻探2750米穿过页岩层，然后将紧缩后的二氧化碳注入下方的砂岩。地质学家将经由过程仪器不雅察超高密度二氧化碳羽流若何挤走孔隙中的盐水，并向上迁徙到页岩穹窿，同时密切监测二氧化碳的封存情况。他们筹划在30年内将1亿吨二氧化碳注入到三个地点内。但模仿地下情况并不轻易。在北海的一个碳封存项目中，羽流打破了8层薄薄的页岩层，然后被困在了先前未被发明的第9层页岩层下。此外，路易斯安那州内有12万口放弃油井，二氧化碳很可能经由过程这些油井逸出，尽管斯特里姆表示，他所拥有的碳封存地点邻近的6口油井已被妥当封堵。

　　然而，以黑工资主的莱克查尔斯地区的居平易近担心，输送二氧化碳到封存地点的管道可能会决裂。2020年，一个跨州二氧化碳管道收集产生泄漏，导致邻近的密西西比州45人住院。本年4月，莱克查尔斯郊区产生的另一路泄漏变乱迫使警方宣布了当场流亡令。更广泛地说，他们担心赛普拉斯项目会助长情况种族主义。

　　DAC行业还须要答复谁来买单的问题。美国能源部估计，到该行业每年能从大年夜气中移除10亿吨二氧化碳时，捕集一吨二氧化碳的成本将降至100美元以下，仅凭45Q税收抵免就能实现盈利。但瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员于本年4月揭橥的研究猜测，DAC的成本仍将保持在每吨360美元阁下。按此计算，接收10亿吨二氧化碳的成本可能跨越美国国内临盆总值的1%。即就是资金充裕的科技公司，也很难想象他们每年会自愿花费数千亿美元来购买碳信用额。内梅特说，美国当局或者至少是多半州当局，可能不得不以某种方法限制公司的碳排放，并强迫污染者付出移除二氧化碳的费用。加利福尼亚州已经开端如许做：想要在该州发卖汽油和柴油的公司必须要么削减碳排放，要么购买碳信用额。假如获得赞成，克莱姆工业公司和海卢姆公司可以向其他公司出售部分碳信用额。

　　除设备外，能量需求也是重要成本。百万吨级赛普拉斯项目所需能量相当于25万个通俗美国度庭的用电量。移除10亿吨二氧化碳所需的电量将是美国2023年可再生能源发电量的两倍。即使没有这一需求，美国今朝也仍难以实现其可再生能源目标。批驳家认为，对DAC的投资最好用于成长可再生能源，以代替天然气和煤炭发电，今朝这两种发电方法仍然是美国电力的重要来源。美国斯坦福大年夜学土木与情况工程学传授马克·雅各布森于2019年揭橥的研究注解，在20年的时光里，与用风力发电代替燃煤发电比拟，应用同样多的风能运行DAC工厂将向大年夜气中多排放40%的二氧化碳。并且DAC也不会削减其他燃煤污染物的排放，如二氧化硫。“除非所有的化石燃料工厂和生物能源工厂都消掉了，不然DAC不会带来任何好处。”雅各布森说，“因为那些工厂始终会增长空气污染、（燃料）开采以及化石燃料基本举措措施。”

　　今朝，绝大年夜多半科学家认为有须要大年夜幅削减化石燃料的应用。但有人担心，DAC的成长会让一些人认为困惑：既然之后可以移除大年夜气中的二氧化碳，那为什么要停止燃烧炭？全球还远远无法实现将全球升温限制在1.5摄氏度的目标，但包含美国在内的重要石油和天然气临盆国依然计算在2050年前持续增产。国际情况法中间的分析师莉莉·富尔表示：“对这些将来投契性技巧解决筹划的依附，推迟了当下真正的气候保护行动。”事实上，DAC技巧最大年夜的私家投资者是美国大年夜型石油公司——西方石油公司，这家公司的首席履行官曾说过，“没有来由永远不临盆石油和天然气”。

　　从格雷牧场出来后，我沿着海岸向南驱车前去得克萨斯州科珀斯克里斯蒂。这是一座以拉丁裔为主的城市，曾经以海滩有名，如今已成为美国最大年夜的石油出口港。除了赛普拉斯项目，能源部还为西方石油公司在这里开辟DAC中间供给了高达6亿美元的资金。克莱姆工业公司和海卢姆公司表示，DAC不该该成为扩大年夜化石燃料临盆与应用的来由，但对西方石油公司来说，成长DAC的目标是发卖其“净零石油”。也就是说，石油燃烧产生的碳排放，将被西方石油公司的DAC工厂所捕集的二氧化碳抵消。西方石油公司已经在得克萨斯州西部建造了一座自力的、50万吨级的DAC工厂，它名为“斯特拉托斯”，会把捕集到的部分二氧化碳注入旧油井中，以采出更多的原油，这种办法叫作“强化采油技巧”。客岁，西方石油公司的首席履行官薇姬·霍卢布表示，DAC技巧“让我们这个行业得以持续成长60年、70年、80年，所以我认为这项技巧很重要”。

　　4·技巧的另一面

　　然后，“颗粒反响器”会把碳酸钾盐变成石灰石颗粒，并在高温炉中加热，将二氧化碳释放到建筑物后面的一排排储存罐中。

　　到今朝为止，这家DAC中间的开辟一向处于保密状况。为获取更多信息，我参加了得克萨斯州金斯维尔市以西40千米处的国王牧场汗青中间的小巴之旅，导游花了一个半小时的时光讲述这里有名的跑马和矮胖的橙色牛群。但当我问到DAC中间时，她把我的问题转给了治理部分，而治理部分从来没有答复过我的多次德律风和电子邮件。国王牧场博物馆的档案治理员说，未经许可，她不克不及谈论此事。本地商会会长也泄漏说，他已经签订了保密协定。为这个中间游说的县法官曾两次赞成接收我的采访，但都被撤消了。一位在牧场进口邻近清理灌木丛的工人说：“我不知道我们是否被许可谈论这件事。”

　　霍卢布意识到，经由过程DAC捕集二氧化碳，公司可以实现一举三得：获得税收抵免，出售碳信用额，以及临盆更多的石油。霍卢布曾成功游说国会，将DAC结合EOR的碳信用额晋升至130美元每吨。此后，她宣布西方石油公司将在2035年前开设130家DAC工厂。当美国能源部选定得克萨斯州南部的DAC中间时，西方石油公司以11亿美元的价格收购了加拿大年夜碳工程公司。今朝，这家DAC公司已经与多家公司杀青协定，包含为韩国一家炼油厂供给净零排放的石油，并向微软、空中客车和亚马逊等公司出售与EOR无关的碳信用额。

　　雪佛龙和壳牌石油公司正在投资石油钻探和DAC，并且获得了一小笔资金以成长本身的DAC中间。美国能源部表示，这笔资金可以赞助扩大年夜技巧范围，造福更多人，同时还能让公司削减化石燃料的开采。本年3月，珍妮弗·威尔科克斯在接收采访时表示：“这给了他们转型的机会。”当时，威尔科克斯照样美国能源部化石能源和碳治理办公室的副主任，后来她离职了。她认为，“这些公司拥有足够的资本和资产，可以或许真正实现这一目标”。

　　埃米莉·格鲁贝特是美国圣母大年夜学的情况社会学家，曾经在美国能源部DAC中间工作。格鲁贝特表示，“供给财务鼓励，让石油公司停止开采石油”的办法是徒劳的。她和其他一些人都认为，碳移除行业应当国有化，由当局对碳排放征税并为碳捕集付出费用，类似于为营造宜居城市情况而供给的垃圾收集办事，只不过对象是大年夜气。奥扎纳等活动家呼吁将这些DAC中间部分归社区所有。格鲁贝特说，不受监管的营利性DAC“将会被化石燃料行业所掌控”。

　　本疆土文由《全球科学》杂志社供稿

　　《光亮日报》（2024年11月28日 14版）

Tags： 空气碳捕集：硬币的反面