[導讀]穿越阿曼和阿拉伯聯(lián)合酋長國北部的海岸，哈迦山脈起伏的巨大山峰若隱若現(xiàn)。這些陡峭的山峰主要由橄欖巖組成，這種巖石能夠吸收空氣中的二氧化碳并將其轉化為固體礦物。這些山脈能夠存儲數(shù)萬億噸人為造二氧化碳排放，但天然的碳礦化過程非常緩慢。
贏得二氧化碳清除競賽可獲得1億美元獎金。
穿越阿曼和阿拉伯聯(lián)合酋長國北部的海岸，哈迦山脈起伏的巨大山峰若隱若現(xiàn)。這些陡峭的山峰主要由橄欖巖組成，這種巖石能夠吸收空氣中的二氧化碳并將其轉化為固體礦物。這些山脈能夠存儲數(shù)萬億噸人為造二氧化碳排放，但天然的碳礦化過程非常緩慢。
倫敦創(chuàng)業(yè)公司44.01找到了加速這種過程的方法。為此，44.01公司正在與另一家倫敦創(chuàng)業(yè)公司零排放技術公司（Mission Zero Technologies）合作，該公司已經(jīng)開發(fā)了一種可從空氣中捕獲二氧化碳的節(jié)能方法，其通過哈迦（Hajar）的項目計劃在阿曼建立了一個示范設施，每年從空氣中提取1000噸二氧化碳，每天向橄欖巖中注入約3到4噸二氧化碳。一座120噸容量的試驗工場計劃于2023年上半年上線。
這一目標明確、雄心勃勃的愿景，使哈迦計劃成為XPrize碳移除大獎賽的100萬美元里程碑獎的15名獲勝者之一，該賽事于今年4月底啟動。XPrize基金由伊隆?馬斯克建立，主要資助從空氣中提取二氧化碳并將其封鎖的方法，在該領域是迄今為止最雄厚的財源（1億美元）。從1100多個參賽團隊中獲勝的15個團隊必須證明其擁有切實可行的方法、規(guī)?？蓴U展的計劃和成本估算。碳移除與直接通過煙囪進行的碳捕獲不能混為一談。空氣中的二氧化碳濃度非常低，從中提取二氧化碳的復雜性和成本要高得多。但聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會在2022年4月的一份報告中表示，為了防止全球變暖相對于前工業(yè)化水平的溫升超過1.5℃這一威脅生命的閾值，碳移除已“不可避免”。脫碳方法越來越受歡迎，包括馬斯克、比爾?蓋茨和谷歌母公司Alphabet在內的知名投資者和投資方已向有潛力的解決方案投入了數(shù)百萬資金。最近，拜登政府也宣布了一項35億美元的計劃，用于大規(guī)模碳移除。
15個獲獎方法包括使用化學品直接進行空氣捕獲（DAC）、將農(nóng)田廢棄物轉化為木炭并掩埋、種植水藻或海藻，以及調整海洋的pH值進而提升其吸收二氧化碳的自然能力。團隊只要能證明自己的技術能夠以每年至少1000噸的規(guī)模運行，就能參與角逐2025年頒發(fā)的5000萬美元大獎。加州大學洛杉磯分校碳管理研究所的負責人高拉夫?桑特（Gaurav Sant）說，巨大的規(guī)模和二氧化碳的轉化方式將決定一種方法能否對全球年均近360億噸的碳排放產(chǎn)生一點點影響。該研究所有兩個項目（SeaChange和BeyonDAC）都已參賽，但均不在15個里程碑獎獲勝者之列。任何有意義的方法都需要將二氧化碳氣體轉化為穩(wěn)定的物質，而不是僅將其掩埋在可能會泄露的地下。“獎金之所以重要，是因為它們能激發(fā)樂觀的情緒?！鄙Ｌ卣f，“我們需要開發(fā)一整套組合解決方案，采用多種方法實現(xiàn)目標。同時，我們既要穩(wěn)健又要周全，不僅技術開發(fā)如此，二氧化碳的最終歸宿也應如此?！?/span>并非15個獲勝者在有意義地減少碳排放方面都具有相同的潛力。喬治亞理工大學研究碳捕獲的化學和生物分子工程師克里斯托弗?瓊斯（Christopher Jones）說，例如，有5個項目依靠的是以陸地為基礎的技術，類似生物發(fā)電、種植藻類、種植樹木或添加廢棄物制成的木炭以改變土壤成分等。這些方法的成本較低，捕獲每噸二氧化碳的成本不到100美元，“但要想捕獲大量的二氧化碳，就必須改變大量的土壤?！彼f，“到2060年，我們需要每年捕獲100億噸二氧化碳進而實現(xiàn)負排放，而陸地和生物方法的規(guī)模只能擴大到幾十億噸?！?/span>瓊斯引用美國國家科學院最近的一份報告說，在已知的碳移除技術中，有兩種技術最有前途。其中一種是直接空氣捕獲，另一種是碳礦化?！耙獙⑦@些項目的規(guī)模擴大到所需的每年100億噸，我們面臨的最大障礙是投入、協(xié)調和合作?！?/span>直接空氣捕獲已經(jīng)開始了，全球約有20個項目正在進行中。大多數(shù)項目都依靠大型風扇，通過價格并不便宜的液體或固體材料從空氣中吸入二氧化碳，然后燃燒天然氣來加熱混合物，去除二氧化碳和再生成吸收材料。直接空氣捕獲的缺點是化石燃料能源的使用量大，且成本高昂。北卡羅來納州卡里的Sustaera公司是6個采用直接空氣捕獲的獲勝者之一，該公司找到了解決這個碳移除難題的方法。該公司的首席技術官拉格胡比爾?古普塔（Raghubir Gupta）在發(fā)電廠和工業(yè)廠房從事了20年的碳捕獲工作。“我們有一項其他人沒有的優(yōu)勢，那就是實際經(jīng)驗，可以將這項技術的規(guī)模提高到每天捕獲1000噸二氧化碳。”他說，“在這種背景下研究直接空氣捕獲，我們認為，真正起作用的兩項最重要因素是成本和規(guī)模，而不是過程的效率。”Sustaera公司使用了價格低廉的碳酸鈉來吸收二氧化碳，將材料涂在催化轉化器中使用的高比表面積陶瓷支架上。古普塔說，高比表面積會增加吸附劑的接觸，并大大提高二氧化碳的吸收率。Sustaera公司沒有燃燒化石燃料來進行加熱，而是采用焦耳加熱方式，讓電流通過導體來產(chǎn)生熱量，從而分離二氧化碳并再生成吸附劑。涂有碳酸鈉的陶瓷支架包含導電材料，例如碳納米管。可再生的電力能夠局部加熱吸附劑并引發(fā)二氧化碳釋放。在全工況情況下，Sustaera的系統(tǒng)每天將能夠捕獲超過3000噸二氧化碳，每噸成本不到100美元。古普塔說，目前該公司正在其北卡羅來納州三角研究園區(qū)的研發(fā)場地建設一個產(chǎn)量為每天1噸的設施，預計將于2023年底完工。在Sustaera公司專注于降低直接空氣捕獲成本的同時，哈迦計劃希望通過礦化將直接空氣捕獲與永久性碳存儲結合起來。首先，項目合作伙伴零排放技術公司使用了溶劑捕獲高塔上排放氣體中的二氧化碳。然后，用電化學電池分離二氧化碳。該工藝使用的能源僅是常規(guī)熱分離方法的1/3?！八耆揽楷F(xiàn)有材料、化學品和現(xiàn)成設備實現(xiàn)?！绷闩欧偶夹g公司的聯(lián)合創(chuàng)始人希拉迪亞?高希（Shiladitya Ghosh）說。冷卻塔和電化學電池技術在全球無所不在，“因此，制造系統(tǒng)是已建成并可用的?！?/span>創(chuàng)業(yè)公司44.01則將二氧化碳與水混合，然后通過工程鉆孔將其注入橄欖巖，能在不到一年的時間內形成碳酸鹽礦物。“通過在地下建立催化物理和化學特性，例如壓力、溫度和堿性平衡等，我們加速了反應?！痹摴镜穆?lián)合創(chuàng)始人卡蘭?希姆基（Karan Khimji）說。44.01公司與其合作伙伴一樣，使用現(xiàn)有石油和天然氣行業(yè)中的設備。希姆基說：“我發(fā)現(xiàn)這很好。我們利用石油和天然氣行業(yè)中的資源來解決它們造成的問題。”在未來的阿曼示范設施中，現(xiàn)場的可再生電力可為碳移除和礦化供電。另一項競爭優(yōu)勢是持久性：“這可以消除二氧化碳的存在；它在地下也不會以氣態(tài)形式存在?！彼f。加州大學洛杉磯分校的桑特說，在大規(guī)模碳吸收方面，海洋的能力是無可匹敵的。3個XPrize里程碑獎獲得者擁有以海洋為基礎的碳移除平臺。他說，不過要解釋一下，這種方式的大規(guī)模影響在于將二氧化碳穩(wěn)定在海水中，而非地質構造中。實現(xiàn)該目標的方法是提高海洋對二氧化碳的自然吸收率。加拿大新斯科舍的Planetary Technolo-gies公司的方法可能是最有趣的。提高碳含量會導致全球海洋變酸。該公司用凈化礦山廢棄物來制造溫和的抗酸劑從而恢復海水的pH值，這將有利于從空氣中提取更多二氧化碳，同時還能降低酸化帶來的損害。該公司表示，其礦山廢棄物凈化技術還能生產(chǎn)用于能源的氫和用于電池的金屬。通過這種方式，該公司可一次解決幾個不同的問題：碳移除、氫的綠色生產(chǎn)、礦山廢棄物清理和海洋修復。2025年的世界地球日將宣布XPrize碳移除大獎的最大贏家。不過當然，瓊斯說，沒有一個全贏的方案。所有碳移除技術都各有利弊，而且也要承擔意外后果的風險?！斑@個問題太大了，需要十幾種不同的技術共同做出一點貢獻。”他說。
作者：Prachi Patel
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