人造樹有望降低大氣溫室氣體含量(圖)

2021-01-21 中國天氣

科研人員一直在尋找消除空氣中的溫室氣體、降低全球氣溫的方法,那麼這種具有超強吸附性的人造植物是否會成為解決問題的關鍵?

儘管二氧化碳無色、無味,而且是純天然氣體,但它卻給我們帶來了許多麻煩。儘管它在空氣中所佔比例很小按體積計算只佔所有氣體的0.04%,或百萬分之395,但它卻對地球大氣產生了巨大影響。這是因為和氮氣或氧氣不同,二氧化碳分子儘管可以讓光線通過,但卻會吸收太陽的熱射線,形成溫室效應。

科學家們正在尋找消除部分溫室氣體、調節全球氣溫的方法。如果這種方法可行,那麼它不僅會降低大氣溫度,還會帶來其他益處。

和所有其他生命體的新陳代謝一樣,每當我們呼吸時都會排出二氧化碳。同時,植物和藻類等光合生物會吸入二氧化碳,排出氧氣。這種平衡使地球溫度保持在14℃這樣一個宜人的溫度;假如大氣中沒有二氧化碳的話,氣溫就會降至-18℃。

自人類出現以來,我們排出了大量二氧化碳,超過了植物所能吸收的量,從而打破了這種平衡。自從工業革命起,人類消耗的化石燃料逐漸增加,釋放了數百萬年以前儲存起來的碳。最終,由於二氧化碳含量增加,氣溫增高,大氣達到了一個新的平衡,很難再回到從前的水平。

我們釋放出的二氧化碳改變了氣候、風、降雨模式,使海洋酸化,使植物和動物的棲息地氣溫升高,使森林火災頻繁發生,融化了冰原和冰川,升高了海平面。而我們排出二氧化碳的速度增長如此之快,動植物來不及通過進化來適應新的環境。

人類並不一定需要依靠進化,但我們卻要花數千億美元來重建城市和其他基礎設施,想辦法讓農作物在新的環境裡生長。

因為二氧化碳是種持久的氣體,所以即便我們從今天起就不再使用化石燃料,目前大氣中的二氧化碳量也足夠讓氣溫持續升高几百年。當然,我們也不會馬上放棄使用化石燃料,在未來的100年內,我們將至少把全球平均氣溫提高到比工業革命前再高3℃。

二氧化碳採集

因此,人們想到了許多清除二氧化碳的辦法,其中之一就是種植植物,吸收大量二氧化碳,然後儲存起來。但是雖然我們可以植樹造林,可我們還需要土地為不斷增加的全球人口種植糧食,所以我們能夠植樹造林的量是有限的。

近年來,有人想到通過控制排放源發電廠來清除二氧化碳。在世界各地的試點項目,工人們在電廠的煙囪裡安裝了清洗設備,這樣當化石燃料燃燒時,排放的廢氣中的溫室氣體會被清除。清除掉的二氧化碳會被冷卻,抽進一個建在地下深處的石室裡,而不會以液體形式排入鹽鹼含水層。

另一種儲存方法是利用這些收集來的氣體,替代原油儲備,幫助鑽探企業抽取地勢險要地區的原油,這種方法被稱作「先進採油法」。

清除發電站二氧化碳的方法也被稱作「碳收集和儲存法」。這種辦法對於阻止更多的二氧化碳進入大氣十分有效。但我們該如何對付已經存在於大氣中的二氧化碳?

我們在清除大氣中的二氧化碳時面臨的主要問題是目前大氣中的二氧化碳量並不集中。打個比方,在電廠的煙囪裡,二氧化碳在排出廢氣中的比例只佔到4%到12%。清除這些氣體需要許多能量,開支高昂,不實用。要想提取大氣中0.04%的二氧化碳,需要處理體積極為龐大的空氣。因此,大多數科學家並不看好這個辦法。

人造塑料樹

哥倫比亞大學蘭菲斯特可持續能源中心主任克勞斯·萊克納提出了另一種解決方案。他設計了一種人造樹,可以用「葉子」被動地吸入二氧化碳,而且吸入二氧化碳的效率是使用光合作用的天然葉子的1000倍。

萊克納解釋說:「我們不需要像真正的樹那樣把這些葉子置於太陽光下,所以我們的葉子可以排列得更緊密,甚至可以設計成蜂巢的排列方式,讓它更有效地發揮作用。」

這些人造葉子看起來很像薄薄的塑料片,外面包裹的像樹脂一樣的東西含有碳酸鈉,能吸收空氣中的二氧化碳,形成重碳酸鹽(小蘇打)儲存在葉子裡。葉子經過水蒸氣的衝刷會清除二氧化碳,並自然風乾,吸收更多的二氧化碳。

按照萊克納的計算,他的人造樹每天能清除掉1噸的二氧化碳。而1000萬株這樣的樹每年能清除36億噸二氧化碳,相當於每年全球二氧化碳排放量的10%左右。萊克納說:「1億棵樹就能清除掉所有的二氧化碳排放量,而如果用真正的樹取得同樣的效果,數量要增加1000倍。」

他說,如果這種樹進入批量生產,每棵樹的初期造價大約在兩萬美元,比美國每輛汽車的平均價格還低,而美國的汽車年產量為7000萬而後隨著生產步入正軌,人造樹價格會逐步降低。人造樹完成後將被裝上卡車,運往世界各地。他說:「最重要的是,大氣是個大雜燴,所以美國一座城市產生的二氧化碳可在阿曼得到清除。」

社會成本

雖然利用這種方法可以冷卻並儲存二氧化碳,但很多科學家擔心,就算我們能把大氣裡的二氧化碳全部清除乾淨,但也沒有足夠的地下鹽水層或油井來儲存它。但地質學家卻給出一些選擇,例如,橄欖巖。這種表面蜿蜒的橄欖色巖石能吸收大量的二氧化碳,並把它轉化成狀態穩定的鎂碳酸鹽礦物質。在阿曼就有一座含有3萬立方公裡橄欖巖的山峰。

另一種辦法是玄武巖:數百萬年前,火山爆發,熔巖中形成了氣泡凝固後,使玄武巖上形成了許多小孔。把二氧化碳注入這些小孔裡,會產生狀態穩定的石灰石碳酸鈣。

這些二氧化碳吸收方法都是自然產生的,但需要一定的地質時間來完成。為了加速反應時間,科學家正嘗試先將二氧化碳溶於水中,再用高壓注入這些巖石裡。

但萊克納認為二氧化碳有很高的利用價值,不該白白地被石化掉。他的想法是把二氧化碳製成液態燃料,共交通工具使用。二氧化碳可與水發生反應,產生一氧化碳和氫氣由於兩種氣體的混合物很容易被製成甲醇或柴油等碳氫化合物燃料,因此它們的混合物也被成為「混合氣」。萊克納還表示,這個化學反應過程也需要能量,但可以使用風能等可再生能源。

我們有了吸收二氧化碳的辦法,也有了保存的辦法,現在唯一需要解決的問題就是這種方法在經濟上是否可行。萊克納說,他的人造樹清除1噸二氧化碳的成本是200美元左右,項目規模一旦增大,成本會降至每噸30美元。由於美國物理協會對採集和清除每噸二氧化碳的最樂觀成本估算為600美元,所以這個價格被指過於樂觀。儘管如此,但對於一些石油企業仍具有很大的經濟意義,因為它們使用二氧化碳進行「高級採油法」的價格是每噸100美元。

最終,我們必須決定這種技術的社會價值是否值這個價,而隨著氣候變化自身造成的成本逐步升高,它的社會價值可能下降。從經濟的角度上也是如此:碳的價格如果上漲,還帶來了兩方面影響。氣體採集可能被看做和減少氣體排放一樣的投資機會,而變得有利可圖。 李維奇 譯

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