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我们有技术可以从空气中吸收二氧化碳,但是它可以吸收足以有所作为吗?

碳捕获技术(通过清除已经在空气中的排放量)来抵抗气候变化的技术可能是气候解决方案的关键部分,如果它的生长足够快,并且不仅仅是发出更多的借口。

我们有技术可以从空气中吸收二氧化碳,但是它可以吸收足以有所作为吗?
[照片:Julia Dunlop/礼貌的ClimeWorks]

在阿拉巴马州亨茨维尔郊区的一个田野中,巨大的球迷栖息在运输集装箱顶部,将外部空气拉入将二氧化碳吸收的房间。一年多来,设备可以捕获4,000吨二氧化碳,大约与870辆汽车发出的污染一样多。由一个名为的启动运营全球恒温器,该设施目前是世界上最大的商业“直接空气捕获”植物,这是一项技术证明,该技术可以帮助避免,如果使用被捕获的气体制造碳中性产品或永久存储在地下地下,则可以帮助避免气候变化的最严重影响。为了取得成功,一个很小的新产业将不得不从根本上发展。

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全球恒温器在阿拉巴马州亨茨维尔的商业植物。[照片:全球恒温器]
尖端的技术可能是气候危机更大的解决方案的关键部分,并且在某种程度上有可能吸引投资以实现这一目标。一些气候研究人员批评了这项技术,认为它的大规模未经证实,如果污染公司和国家依靠它作为避免直接减少排放的借口,它甚至可能构成道德上的危险。非营利性邮政研究所的作家称其为“魔术表演”这使我们分心,例如限制增长,例如限制增长。但是联合国气候变化的政府间小组表明,使用某种类型的技术手段进行“负排放”是必要的。即使我们竭尽所能削减和捕获排放,如果没有它,数学也不会加起来。

全球恒温器在阿拉巴马州亨茨维尔的商业植物。[照片:全球恒温器]
紧迫性从未更清楚。今年4月,大气中二氧化碳的浓度首次达到每百万分之415。这是人类历史上的最高水平;三百万年前,当阈值可能最后升至百万分之400,海平面高80英尺。即使人类立即停止通过发电厂,汽车和农业以及其他所有温室气体排放来污染空气,我们仍然有问题。在数千年的稳定性之后,全球平均温度已经上升了1度摄氏度。我们已经看到灾难性的飓风,干旱和洪水。

“如果从气候变化的角度来看,如果您查看安全级别的二氧化碳数量,那么其中95%的二氧化碳已经在空中。”碳工程这是一家由比尔·盖茨(Bill Gates)支持的初创公司,是少数几家从事直接空气捕获的公司之一。“每年,我们都会增加约5%。当然,我们需要停止这些排放。但是,在大气中已经存在的安全水平上的[CO2]呢?这就是为什么我们必须去除二氧化碳。”

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[Photo: Carbon Engineering]
To keep the average global temperature from heating up more than 1.5 degrees– something that could挽救数百万的生命and avoid trillions in economic costs compared to half a degree more–we need to reach net zero emissions (or carbon neutrality, meaning that for every ton of CO2 that humans emit, it’s matched by a ton that’s taken out of the atmosphere) sometime between 2045 and 2055. A最近的报告from Rhodium Group, an independent research group, calculated that in order to reach net zero emissions in 2045, we’ll need to suck between 560 and 1,850 million metric tons of CO2 from the air with direct air capture technology every year, because a “breakneck” transition to clean energy and increasing natural solutions like planting trees isn’t enough on its own.

“We found that you need everything,” says John Larsen, a director at Rhodium Group who leads the firm’s U.S. energy systems research. “You need to be doing as much as you can on the emission reduction side and you need to be pursuing carbon dioxide removal on all fronts.” That involves replanting forests, managing farms in ways that soil can absorb as much carbon as possible, and technological approaches like injecting CO2 underground where it can变成岩石。直接的空气捕获是从大气中拉出二氧化碳,而不仅仅是像发电厂这样的来源捕获污染,并且可以与地下存储相结合,是另一种所谓负面排放的方法。它不是替代树木,但它具有一些优势,包括它几乎没有土地并避免森林大火的风险。在同一时间段内,单个碳工程工厂可以去除与4000万棵树一样多的二氧化碳。

Climework的冰岛设施中含有碳酸盐的玄武岩核心。[照片:Sandra O Snaebjornsdottir/礼貌的ClimeWorks]
基本过程并不新。在潜艇上,洗涤器使用化学药品捕获二氧化碳以使空气安全呼吸。航天飞机做同样的事情。在1990年代,一位名叫克劳斯·拉克纳(Klaus Lackner)的物理学家开始思考如何将这个想法应用于大气中过量的二氧化碳问题。现在,几个将直接空气捕获的初创公司带入了他的想法。总部位于爱尔兰的最新硅王国控股公司正在与亚利桑那州立大学合作,Lackner是一名教授,以部署自己技术的最新迭代。

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Climework在苏黎世的设施。[照片:Julia Dunlop/礼貌的ClimeWorks]
每个公司采用略有不同的方法。Climeworks,打开了2016年将二氧化碳从空中吸收的第一家小型商业植物, uses modular shipping container-sized devices with fans that pull air into sponge-like filters that capture CO2 through a chemical reaction, and can then be heated to release a pure stream of the gas into pipes or tanks. Each collector captures 50 tons of CO2; six collectors fit in a shipping container, and the containers can be added together to create a larger plant. Global Thermostat, which opened its plant in Alabama in 2018, designed a variation on the process that makes it possible to release the CO2 with far less heat, saving energy. “The key advantage is that our technology is radically less expensive,” says Graciela Chichilnisky, the company’s CEO and cofounder. “That’s very important, because it makes the technology commercial.”

Climate Engineering’s direct air capture pilot plant in Squamish, B.C. [Photo: Carbon Engineering]

碳工程在不列颠哥伦比亚省的一个前有毒废物现场上设有一个飞行员植物,它使用风扇将空气拉入设备,在该设备中与液体反应以拉出二氧化碳,然后流入另一个船只,另一个反应会产生微小的白色。碳酸钙颗粒。当颗粒加热时,它会产生纯二氧化碳,可以将其出售给行业,以便在苏打水到制造燃料或埋在地下的所有物业中使用。(如果它用于燃料之类的东西,则该产品是碳中性的,而不是帮助解决过量CO2的问题。)与其他产品相比,该过程不使用必须更换的过滤器。它还使用在冷却塔等其他设备中已经存在的零件。奥尔德姆说:“我们使用的每件设备在当今的另一个行业中都大规模使用。”他说,这很容易让公司快速建造新的工厂。全尺度工厂每年将能够从空中捕获100万吨二氧化碳;这种尺寸的植物将占用多达300英亩的土地,约占中央公园规模的三分之一。

Lackner的技术通过硅王国控股商业化,使用了不使用风扇的柱状“机械树”,而是依靠风将空气吸入系统。节省了能源和成本。硅王国控股公司首席执行官Pólólólóráin说:“我们采取了一种被动的方法,因此一开始就捕获了碳的任何事情。”该公司现在开始设计其试点工厂,估计捕获大量CO2的成本将小于100美元。一组12种“树”每天捕获大量的二氧化碳。(直到最近,该行业的每吨成本为600美元; 2018年,Carbon Engineering发表了一篇论文,称其已将成本降至每吨94美元至232美元左右。GlobalThermostat认为它可以达到每吨50美元。)CO2 CAN CANbe sold for as much as $350 a ton in niche applications, like remote soda bottling plants that can’t easily access it otherwise. To be more broadly competitive, Larsen says that carbon removal costs need to be around $150 a ton.

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[照片:Julia Dunlop/礼貌的ClimeWorks]

All of the technology works. The challenge, now, is how to scale it up. If the world had enough direct air capture to tackle current emissions of around 40 gigatons a year, it would take 40,000 of Carbon Engineering’s large plants. Those tens of thousands of plants shouldn’t be necessary, because emissions need to fall. But the Rhodium Group estimates that we’ll need 9 million metric tons of capacity by 2030, and perhaps as much as 136 million tons of capacity by 2040.

为此,有人需要为二氧化碳付费。可以从具体的运动鞋鱼类食品从捕获的二氧化碳中出来。但是,在大多数情况下,成本仍然高于替代方案,而且行业还没有为此做好准备。石油行业的一个起点是一个起点:石油公司已经使用CO2进行称为“增强石油回收”的过程,将CO2泵入地面以促进石油生产。石油公司可以为该流程获得35美元的税收抵免,最近增加的税收抵免还可以为地下存储的二氧化碳提供每吨50美元。这些公司还可以选择地下二氧化碳要比其产品发射更多的二氧化碳,从而发行碳中性原油。

3月,碳工程在一轮投资回合中筹集了6800万美元,其中包括西方的子公司Chevron Technology Ventures和Oxy Low Carbon Ventures。现在,Oxy Low Carbon Ventures正在与碳工程合作,设计了西得克萨斯州新的直接空气捕获工厂的设计,该工厂将是世界上最大的,每年从空中撤出500,000吨CO2。该工厂可以位于油井旁边,避免运输成本。

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[Photo: Carbon Engineering]

为了应对气候变化,生产石油和其他产品(例如塑料)并不是长期解决方案。一些初创公司也从将二氧化碳卖给苏打水公司开始,在那里它迅速将其释放到空中。有些正在生产合成燃料,这也是如此。A最近的研究《国际环境法中心》认为,这种技术可以使石油公司继续污染更长的时间 - 通过增强石油回收,然后授予行业许可以保持销售燃料,从而更容易提取石油。报告说,碳捕获,存储和利用技术“进一步巩固了整体化石燃料经济性”。

但是,现在最大的挑战是找到能够让刚起步的行业生存的任何市场,这就是石油行业现在的作用。拉尔森说:“我们只需要钱进入这个空间。”“如果这笔钱没有进入这个空间,那么这项技术将永远不会起飞,而您将永远不会为我们需要的所有其他东西提供它。”如果美国实施了雄心勃勃的气候政策,那么无论直接捕获空气捕获发生了什么,石油行业都必须过渡。为了真正发展直接捕获行业,它将需要扩大碳信用额的销售,以永久存储CO2地下。(Larsen指出,仅美国就有地质地层的空间来存储400多年的排放,或者超过2万亿吨。)

冰岛去除二氧化碳。[照片:Arni Saeberg/礼貌的ClimeWorks]
The direct air capture industry, he says, is at a similar place now as solar technology once was–and like solar power, it can grow with government support. The U.S. spent billions on solar R&D, and then put in place an investment tax credit in the 2000s. Now solar power is比煤炭便宜。在2018年,二氧化碳捕获和存放的联邦税收抵免获得了两党的支持。如果该信贷扩大了,如果政府通过采购等计划提供了其他支持,则可以使行业的生存有所不同,从而帮助植物证明自己,因此更多的私人投资者会加入。

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“目前,对想要购买碳删除服务的人们的市场需求没有强大的市场需求,”碳180,专注于去除碳的非营利组织。“So if the government or companies can commit to procuring some fraction of the materials that they use in their buildings, for the fuels that they use for transportation, in such a way that it’s using atmospheric CO2, that will be a huge signal for the companies and a way to really unlock a lot of the private sector financial interest that we’re seeing.”

增长需要迅速发生。奇奇尼斯基说:“挑战不是可以做到。”“但是时间挑战,因为您必须在很短的时间内以衡量的方式进行扩展。我很乐观 - 技术在那里。有一个万亿美元的行业可以出售二氧化碳,市场就在那里。因此,您可以在商业上进行此操作。但是问题是,您能尽快做到这一点,以避免已经表现出来的气候变化的最坏,灾难性的风险吗?”

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关于作者

阿黛尔·彼得斯(Adele Peters)是Fast Company德赢提款的参谋作家,他专注于从气候变化到无家可归的世界上一些最大问题的解决方案。以前,她与加州大学伯克利分校的Good,Biolite和可持续产品和解决方案计划一起工作

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