碳中和技术之碳封存和再利用.doc

碳中和技术之碳封存和再利用
碳中和技术之碳封存和再利用
第一次听说“碳中和〞这个词的时候，凭直觉认为，怎么把二氧化碳重新收集起来、从空气中固化出来才是碳中和的核心。但是，真实状况和这种直觉是相悖的——碳捕捉和碳封存其实只占将来30年全球碳中和计划中比较小的部分，关于中国来说，占比就更小了。
具体有多小，我们参照欧盟委员会对2050年之前碳排放的计划就能看出来。我把这张计划图放在上面了，方便的话你可以看看。图中从2035年之后才出现的一点点红色的部分，就是碳捕捉所占的量。等它发展到2050年的时候，捕捉的量也只有20xx年碳排放量的1/20。
但是，它却是全球减碳计划非常关键的一步。因为到了2050年的时候，全球排放的二氧化碳有1/5是要靠碳捕捉来封存的。
植树造林可能没用
气体是很难通过人工设施在百年这个尺度上长期、巨量的储存的，所以要封存。其实，封存的最好方法就是让它回到最初的形态，也就是成为各种生物与非生物的组成成分。
生物的方式非经常见，就是现在已经实现负碳排放的苏里南与不丹的做法——种植大片的森林。虽然树木也呼出二氧化碳，但更多的二氧化碳会在植物的生长过程中形成植物的根、茎、叶、花、果实、种子的一部分，于是碳就这样被固化到那里了。
但其实，这个方法在业内是有争议的，反对者的理由是——不确定植树造林对碳中和是不是有帮助。因为影响因素太多了，效果其实是未知的。
第一个理由是，从太空望下去，茂盛的森林是深色的，深色会让地表汲取更多的热。这反而会比农田和裸露的地表汲取更多阳光，导致地球升温。这种效应在地球的高纬度地区尤其显然，因为那里生长的树木颜色更深，所以那里的森林起到了给地球升温的效应。
虽然森林确实也汲取了更多的二氧化碳，而且还封存了它们，但是人类的最终目标并不是二氧化碳的多少，而是地球升温的多少，所以如果最后二氧化碳减下来了但地球温度却升了上去的话，这也是不能接受的。
而温度是不是真的会因为种树而上升，还要看赤道四周，也就是低纬度地区树木的多少。虽然它们的颜色也是偏暗的，但是这里空气潮湿，树木蒸腾的水蒸气更多，会在森林上空几百米处形成大片云层。而这时，再从宇宙望向森林，看到的并不是深色的森林，而是一片片白花花的云层，这对阳光的反射率可就高多了。所以，赤道四周的森林反而会让地球的温度下降，与此同时，二氧化碳也被汲取和封存在植物体内了。
此外，还有一个问题就是森林的附带效应。
只要去过森林，你就会有感受，那里有一股浓浓的树的味道。因为树木会释放挥发性气体，其中一种叫作“异戊二烯〞，它会和空气中的氮氧化物反应生成臭氧，而臭氧在底层大气中可以算是一种非常强的温室气体。而且，异戊二烯还能促进另外一种更强化烈的温室气体——甲烷，让它更久的停留在大气层中。所以，这是森林树木释放挥发性气体的一个副作用——让地球升温。
但是异戊二烯还有反作用，它有利于气溶胶的形成。于是在它浓度高的区域，就更容易产生雾霾和云层，而雾霾和云层都是既可以增加反射率，又可以给地球降温的。那么，异戊二烯的释放加和之后的效果到底是升温还是降温呢？其实两个方向的研究结论都有，谁也说服不了谁。
另外，森林里还会栖息比一般土壤多得多的微生物，而微生物会释放温室气体——甲烷。这几乎是一个规律，在森林和热带湿地上空检测到的甲烷显然高于其他区域。而刚刚说了，甲烷是一种激烈的温室气体，它会让地球升温。
你看，森林会让地球升温的因素有一大堆，而且有些还是在满足某些条件下才会有升温效果的。而同时，森林又有很多降温的因素。这就是为什么我一开头就说，植树造林的最终效果其实是未知的。
但我们也要知道，以上讨论的仅仅是"种树对地球升降温的影响是未知的"。但实际上，地球受到的威胁还有生物多样性的断崖式下跌，而这方面几乎只有保护森林才有用，而且还得是那种非速生林，也就是什么树种都有的森林才干有实质性的拯救。
以上都是生态学家、气候学家合计的事情。而更加实际的问题是，植树造林可不是我们说造就能造的，因为当前地球上没有任何地方的土地是闲置的、能让人直接拿过来改成森林的。有些地方的森林被砍了，是因为要发展畜牧业、农业，或者有矿藏，或者要开发房地产。所以，即便当前的结论是森林可以封存二氧化碳和降低温度，其实也很难大面积变更土地的使用类型。
所以，封存二氧化碳基本指望不上植树造林。
大规模封存二氧化碳的方法
那么，今天对收集来的二氧化碳做大规模封存时用的是什么方法呢？其实是把它们注入到油田和气田里去。
这个做法为什么可以呢？其实思路很简单——
我们想，石油和天然气都是气体和液体的混合，它们都在几十、几百万年里一直在油田和气田里沉积着，或者我们换个词，在那里“封存〞着。既然几百万年都没有泄漏，那么我们把二氧化碳存在那里，不也一样可以达到不泄漏的效果吗？
其实，那里就是天然的气体封存场所，不但严密稳妥，而且存储空间也足够大。而且在全球的分布还比较均匀，用来存储的坑都是现成的，不用地质学家勘探哪里合适存放气体，也不用动用大机械挖掘了。现在，碳捕捉才刚刚开始，那些油田气田足够用上几十年的。
而这个方法还有一个特点——它既是封存二氧化碳的主要途径，也是目前二氧化碳捕捉后再利用的主要方式。
这些二氧化碳又是怎么再利用的呢？这个技术就叫作“二氧化碳驱油〞。
我们可以思索一个问题：地底下的石油是怎么打上来的呢？其实，只有富得流油的中东可以钻一个很深的洞，然后往里面注水，油就会汩汩的涌出来。其他地区的油田，石油都镶嵌在岩层的缝隙里，必须要用一些方法把它们弄下来。这些方法包括使用烃类、化学驱动、热驱动，还有二氧化碳驱动，用高压把油赶出来。
其中，二氧化碳驱动的效果比较好，因为二氧化碳能溶于油中，而且溶入以后，石油的黏度会大幅下降、体积膨胀，于是就更容易流出来了。
既然开采石油要往油田里大量灌注二氧化碳，那这些二氧化碳从哪儿来不是来呢？干脆就用捕捉到的。所以在这个过程中，很多二氧化碳既帮助人们开采出石油，而后又被封存在石油流走后的那个大坑里了。
今天，规模在100-900万吨封存储量的二氧化碳封存项目，全球一共有43个。它们全部都是刚刚所说的地质封存，其中18个已经建成，5个正在建造，还有20个正在规划兴建中。已经建成的那18个大型封存项目中，最长的已经有十多年的历史了，还没有出现一次泄漏事件。
但是就像我们昨天说过的，碳捕捉技术其实是最成熟的，而封存技术还有待时间的验证。其实，封存的要求很苛刻，最好是永久封存，不能永久也要几千年不泄漏，但这样的验证是很难做的，只能边存边看。此外，有很多因素会干扰封存效果，比如地震，这可是没法防范的。
除了这个方法之外，封存量排第二的方法就是把二氧化碳封在海底的含水地层里。
这个地理位置要解释一下：海洋的平均深度是4000多米，而我们把二氧化碳封到的海底，并不是去那么深的地方，而是在大约海面以下800米的位置。我们知道，在离海边不太远的大陆架四周，那里的海水往往只有一二百米深，再往下就是大陆架了。
而大陆架因为一直被海水浸泡，所以海底再往下几百米的地层里就包涵了大量水分。有水分就能容纳二氧化碳，于是这个方法就是把二氧化碳打到浅海海底的地层中。
最初，一家挪威的石油公司因为政府要向它征收高额的碳税，于是他们就想要试试——如果注入海底的花销比碳税更低，那就注入到海底吧。结果发现，这样真的花销更低。所以到了今天，这件事对他们来说已经不是尝试了，而是公司盈利的保证。
今天，已经有超过2000万吨的二氧化碳被封存住了。不过，这样封存的二氧化碳是没法被再利用了。而这个方法到现在，也没有观测到泄漏。
二氧化碳的再利用
我们常常会在新闻里看到，回收的二氧化碳可以注入啤酒和碳酸饮料中。但实际上算算就知道，饮料中可以用掉的二氧化碳实在太少了。假设全球70亿人每人天天喝一升的碳酸饮料，这个量所必须要的二氧化碳，只必须要一个大型煤电厂的排放量就足够用了。
当然，生活中还有一些其他的应用，比如杀菌剂、灭火器、焊接剂、醋酸等。不过，这些也只能消化很小一部分碳排放。所有此类产品中二氧化碳的使用量加在一起大约是每年1亿吨，而全球二氧化碳的排放量大约是每年300多亿吨。
并且，这些商品中的二氧化碳实际上并没有封存，喝了可乐后打一个嗝，或者灭一次火后，灭火器里的二氧化碳就又回到大气层中了，所以这些应用并不影响大局。
但请你注意，这里有一个关键点——
碳捕捉技术，要不就是从煤电厂等排碳大户的排气管中捕捉，要不就是利用捕捉来的二氧化碳把石油压出来。说到底，等化石能源被风电、光电取代的时候，这些捕捉技术和再利用也就跟着歇业了，所以它们实际上都是过渡型技术，在目标达成之前就会自动消亡。再加上它们本身就很贵，所以并没有被投资界看好。
而真正能减少大气层本底二氧化碳浓度的技术，只能是从空气中直接捕捉。把这些二氧化碳捕捉了之后用于温室农业，固化在植物体内，甚至想办法变成燃料碳的来源。这些，才是让全球在2060年之后进入负碳排放的关键。