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技术|陈曦：逆向思维从空气中捕捉二氧化碳，能实现碳中和吗？

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技术|陈曦：逆向思维从空气中捕捉二氧化碳，能实现碳中和吗？
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哥伦比亚大学终身教授、地球工程中心主任接受观察者网专访
【采访/观察者网 刘惠 整理/邢晓楠】
观察者网：您讲过要实现碳中和的?标 ， 可以从天平右端入手 ， 从空?中?规模捕集?氧化碳是必不可少的?段之? 。 如何理解？我们可以怎么做？
陈曦：如果把碳中和看作天平 ， 可以这样理解：天平左端是现在排放二氧化碳的企业和产业 ， 需要减排 。 左端的砝码要降下来 ， 用的技术包括清洁能源、能效提升、节能减排、电能替代、能源互联网等方式 。
天平右端是现在碳汇能力（carbon sink ， 指通过植树造林、植被恢复等措施 ， 吸收大气中的二氧化碳 ， 从而减少温室气体浓度地过程） ， 我们到底能够吸收多少碳？这里面包括碳的捕集、利用和封存以及负排放 。
左端的很多技术目前不太成熟 ， 太阳能、风能要进一步大规模利用 ， 真正取代化石能源的话 ， 必须解决储能问题 。 全世界科学家几十年来投入上千亿美元 ， 目前除锂电池之外没有看到下一个储能的曙光 。
同时 ， 我们看一下天平右端 。 如果一味依赖生态系统 ， 靠植树造林的话 ， 自然界吸收空气中二氧化碳的能力是以数万年为单位 ， 想短时间靠大规模种树来吸收二氧化碳 ， 一定程度上不符合自然界规律和生态平衡 。
解铃仍须系铃人 。 碳是工程化手段排放 ， 如果天平右端能用工程化手段增加碳的吸收能力 ， 能极大减轻左端天平压力 ， 也就是现在很多企业面临的能源结构转型的迫切压力 。
国际能源署明确指出如果没有CCUS碳捕捉利用封装技术 ， 每个国家排放目标都无法实现 ， 这也是对天平右端定义 。 我们现在要聚焦的就是天平的右端 ， 事实上 ， 红杉资本提出十大领域当中 ， 三个跟天平右端直接挂钩 ， 过去考虑光伏风电等 ， 现在考虑的是工业化减碳 。
我们应该发展两个全新产业链 ， 目前不存在 ， 但相信以中国的能力、中国全产业链体系可以短时间打造两个产业链 ， 一个是碳捕集、另一个是碳利用 。 碳捕集可以用空气方式捕集二氧化碳 ， 碳利用可以用多种方法 ， 比如用化工方法把二氧化碳变成燃料和原料 ， 用生态方法提升富碳农业等等 ， 最后助力达成碳交易、碳经济 ， 从此碳交易以实实在在的数量衡量 。
我们提议以碳捕集和碳利用为核心形成工业互联网图 。 在这三个板块当中捕集是核心 ， 有捕集才有后续 ， 捕集要集中排放源又要面向空气捕集 ， 其他比如说交通业排放都到空气当中 。
【技术|陈曦：逆向思维从空气中捕捉二氧化碳，能实现碳中和吗？】
技术|陈曦：逆向思维从空气中捕捉二氧化碳，能实现碳中和吗？
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碳捕集和碳利用为核心的工业互联网图 。 图片来源：观学院
接下来是利用 ， 各个行业需要的二氧化碳等级不一样 ， 富碳农业需要二氧化碳浓度非常低 ， 植物已经足够进行光合作用 。 所以说 ， 下游需要什么上游捕集就提供什么 ， 这样形成一个最优化碳足迹 。 最后多余的进行碳封存 ， 这三个板块形成一个工业互联网体系 。
从全球来看 ， 因为二氧化碳问题是全球问题 ， 像印度、非洲等地 ， 还没有开始大规模排放 。 他们一旦开始大规模排放 ， 碳问题将会面对集中考验 。 一般来说 ， 二氧化碳的集中排放和移动排放各占一半 ， 我们特别关注移动排放 ， 因为移动排放意味着能够把碳捕集利用做成分布式 ， 这样的市场让第三方资本非常容易进入 ， 能更好地推动普及和商业化 。
不同的排放源有不同的排放特性 ， 比如像化工行业排放的二氧化碳浓度比较高 ， 交通、农业排放二氧化碳浓度比较低 ， 用的捕集手段也相应地不一样 。 目前 ， 集中捕集还有很长一段路要走 ， 当前中国所建成的电厂 ， 最大的刚刚才进入调试阶段 ， 集中捕集设施年捕集15万吨 ， 我们每年碳排放量100亿吨 ， 中间差十万个数量级 。

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能源革命战略下中国碳排放轨迹（2000-2030） 。 图片来源：广州交易所集团
分布式捕集从空气当中捕集 ， 优点在于可以遍地开花 ， 以少胜多 ， 最终达到很大规模体量 。 空气捕集可以非常完美衔接下游的利用 ， 因此减少了运输成本 ， 而这对集中捕集运输是一个非常大的考验 。
空气捕集也是唯一能够使大气中二氧化碳含量下降的技术 ， 是唯一的工程化负排放技术 ， 也是唯一能够最终实现人类负排放的目标技术 。
我并不是第一个提出空气捕集的人 ， 但是为什么世界很多人没有把空气捕集这个事儿做成？因为空气捕集线性思维还是用集中捕集思维 。
无非就是二氧化碳酸性气体 ， 用碱水进行酸碱中和反应可以捕集二氧化碳 ， 这里面最大问题是捕集完总得把二氧化碳分离出来拿去交易或者制造成产品 ， 一旦二氧化碳吸附脱离出来 ， 酸碱蒸发反应倒过来一定要加热加压 ， 这就意味着有更多能耗输入 ， 造成更多排放 ， 事实上在很多集中捕集中 ， 为还原吸附剂加热代表的化石能源造成的排放会多于捕集碳 。 有人说废热行不行？理论可行 ， 但丧失空气捕集移动性的优点 。
我们首先从科学原理颠覆它 ， 二氧化碳只溶于水才能变成碳酸进行酸碱中和反应 ， 很多人忽略了水分子化学反应式 。

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温度控制下可逆化学反应 。 图片来源：观学院
我们十年前在世界上首次提出 ， 在纳米约束环境下 ， 相当部分的水合反应可逆 ， 只要控制湿度可以让某些化学反应正向和逆向进行 ， 二氧化碳吸附和脱附只要控制空气湿度就可以 ， 我们用石墨烯做这个实验 ， 二氧化碳浓度很快变化 ， 可以吸附和脱放二氧化碳 ， 浓度都是几百个PPM对应空气当中浓度 。
任何多孔材料都可以做这个事情 ， 吸附二氧化碳离子之后颜色变化 ， 二氧化碳浓度也变化 ， 只需要最后把响应材料吹干 。
过去几年 ， 我们一直深化完善这个技术 ， 到今天我们已经成功发展出十个系列 ， 包括能够直接面向空气捕集 ， 也能够直接面向集中排放源捕集 ， 也能够面向天然气脱碳一系列材料 ， 制造工艺、量产等已经很成熟 ， 且成本极低 ， 一吨这样的材料造价在一万人民币左右 ， 材料可以每天处理一亩左右的二氧化碳 ， 几分钟可以实现一个循环 。

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