海洋科普 | 固碳的方式有哪些？

全球气候变化是人类当前面临的最重大的环境问题，也是人类必须做出回应的最复杂的挑战之一。如今，全球的气候在逐渐变暖，而导致这一现象的主要原因是温室气体，温室气体的浓度增高，能够吸收地球的长波辐射，阻碍地球向外空散发热量，就像在地球周围形成一个温室一样，温室气体吸收地球的长波辐射再反射回地球，从而减少地球向外层空间的能量净排放，大气层和地球表面将变热，这就导致了温室效应，使气候变暖。

阻止全球进一步变暖，避免造成更严重的后果已经成为了全人类的共同使命，而“碳中和”则是达成这一使命的必须手段，实现人类社会长期可持续发展的重要支撑。

从经济社会可持续发展的角度来看，“碳中和”也意味着人们的生产生活方式从粗放进一步走向精细；经济发展从根本上改变高碳发展模式，走向“低碳绿色”，由资源驱动转变为由科技驱动，社会也将进一步向资源节约型和环境友好型社会的转变。

固碳，是指增加除大气之外的碳库碳含量的措施。包括物理固碳和生物固碳。物理固碳是将二氧化碳长期储存在开采过的油气井、煤层和深海里。生物固碳是将无机碳即大气中的二氧化碳转化为有机碳即碳水化合物，固定在植物体内或土壤中。

在众多碳中和技术中，碳捕捉可高效降低大气二氧化碳浓度。那么，排出去的二氧化碳，怎么能捕捉回来呢？

减少大气中的二氧化碳有两个方向

1. 减少输入，即在最短时间内转变我们的能源获取方式，不再使用石油、煤炭、天然气等富碳燃料，减少人类活动产生的二氧化碳；

2.增加去路，即尽最大可能提高环境和人工二氧化碳的固定能力，直接降低大气中的二氧化碳浓度。

第1条路径，目前可谓困难重重。 因此，第2条路径——提高环境和人工二氧化碳的固定能力，成为技术研发的焦点。

除了种树，固碳还要用高科技干预。花草树木，不单单是美丽的人间风景，也是勤勉的固碳小能手。植物始于本能的光合作用，仿佛是它们给予地球的美妙祝福：吸收二氧化碳和水，合成构建植物躯干的有机物质，并释放氧气。森林作为陆地生态系统的主体，就是陆地上最大的“固碳仓库”。然而，植物虽然能固碳，但时效性慢，难以在短时间内遏制强劲的二氧化碳增加趋势。通过工程干预进行碳捕捉，这一思路便应运而生。

当前碳捕捉技术的核心目的，是将人类活动产生的二氧化碳收集起来，加以储存甚至利用，避免其排放到大气中。主要技术方向有三个，分别是：碳捕捉与储存、碳捕捉与能源化利用、碳捕捉与资源化利用。

碳捕捉与储存——把二氧化碳封存在地下

碳捕捉与储存，即从人类工业生产或单纯的化石燃料燃烧的尾气中分离出二氧化碳，储存起来使其不进入大气。该过程通过燃烧后技术，或采用低碳的燃烧前技术，直接从烟道气流中去除二氧化碳。完成二氧化碳捕捉后，再通过管道将其注入一定深度的地下岩层中封存起来。

通常的封存地点是废弃油田、气田等。虽然有研究表明，采用高压注水等途径，可以加速使二氧化碳以碳酸盐的形式和地壳岩块结合，实现稳定储存。但这些碳，终究只是以“打盹”的形式，维持着微妙的平衡存在于地壳之中。一些科学家担心，频繁的地壳活动，终有一天会将这些气体送回地面，其技术安全性还有待加强。

碳捕捉与能源化利用——二氧化碳也能做燃料

这是将二氧化碳捕捉之后，再次用来获取能量的一项技术路径。简单说，就是把二氧化碳变成燃料。二氧化碳一直是燃料燃烧后的尾气成分，甚至被用来灭火，“二氧化碳燃料”这个名词组合，难免让人感觉有些怪异。但科学家真的让这种奇思妙想变成了现实。碳捕捉后进行能量开发，最先人们考虑的是，采用太阳能模拟植物光合作用，将二氧化碳固定成燃料。结果发现，即便实现了这个反应，也只能算是对高品位能源的储能再释放，有点得不偿失。

直到热机工作原理的新认识出现，相关技术才开始突飞猛进。以往热机工作都是通过燃料燃烧，加热腔室，获取密闭空间的气体膨胀，从而驱动热机运转。容易想到，加热不是热机工作的目的，而只是手段。如果我们的燃料原本就是极低温的，恢复到正常温度，也会产生巨大膨压，即便不燃烧，也能驱动热机运转。

二氧化碳恰是这样一种神奇物质。常压下，它以零下78.5℃超低温、固态干冰的形式存在；到了约10个大气压的环境中，又会变成液体流动，便于输送。如果用干冰作为工作介质，就可以吸收环境中的热量，从而受热气化。如果这一过程被限制在一个封闭容器中，就可以得到数十个大气压的常温二氧化碳气体。理论上，这种高压、常温气体，完全可以推动气动机械做功。

根据这一理念，低温热机迅速诞生。这几乎是蒸汽机革命之后，人类对驱动能源做的最有意思的一次尝试。碳捕捉完成后形成的干冰物质，作为驱动热机运转的燃料，气化后释放到空气中，之后再次被捕捉回来，从而保持一种人类活动与大气状态之间的奇妙平衡。

碳捕捉与资源化利用——二氧化碳代替石油做化工原料

每到大暑时节，由于气温偏高又有雨水，细菌容易滋生，许多枯死的植物潮湿腐化，到了夜晚，经常可以看到萤火虫在腐草败叶上飞来飞去寻找食物。

这是另一个绝妙的固碳方案，即把二氧化碳作为工业生产的原料使用。我们当前绝大多数的人造材料、合成制品，都是石油化工的产物。换句话说，就是都源自地球上的动植物数亿年前收集的二氧化碳。理论上，以今天人类对物质的认识和改造水平，完全可以将捕捉到的二氧化碳，用于制备当前从石油中衍生得到的化学品和材料。其关键在于，在这天马行空的改造中，怎样有效控制成本。

二氧化碳是一种极其稳定的分子，作为原料参与化工合成，需要吸收大量能量。这也意味着其转化成本非常高昂。科学家们必须先找到一条低耗能的转化路径。事实上，截至当前，基于二氧化碳的产品开发技术，已经衍生出诸如建筑材料、化学品、塑料聚合物、碳纤维和碳材料等极具潜力的分支。

人为固碳的方式

生态建设：主要是对受人为活动干扰和破坏的生态系统进行生态恢复和重建。

土壤固碳：通过采用相应管理措施来提高土壤中的有机和无机碳含量，将大气中的二氧化碳固持在土壤碳库中。

减碳：减少二氧化碳的排放，二氧化碳是属于温室气体，会在地面地上方形成一个罩，使地面散发出来的热量不能扩散，造成温度的上升。

加大绿色碳汇：通过光合作用吸收二氧化碳，放出氧气，把大气中的二氧化碳以生物量的形式固定下来，这个过程称为“汇，即森林具有碳汇功能，在一定时期内对稳定乃至降低大气中温室气体浓度起到重要作用。

加大森林城市：森林城市作为一种生态系统，以各种林地为主体，可直接吸收城市中释放的碳，同时森林城市通过减缓热岛效应，间接减少碳的排放。

文章来源：原刊于“绍兴市生态文明促进会”，转载请注明原出处及由中国海洋发展研究中心编排

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