【康沃真空網(wǎng)】工業(yè)革命以來，人類已經(jīng)排放了大約2000億噸二氧化碳。根據(jù)IPCC（政府間氣候變化專門委員會）最新報告，相比于工業(yè)革命前，人類活動造成了全球升溫約1.0℃，如果繼續(xù)以目前的速率升溫，全球升溫可能會在2030年至2050年達(dá)到1.5℃，而這會導(dǎo)致更頻繁的極端天氣、生態(tài)災(zāi)害等一系列影響。
二氧化碳的去除對于限制全球變暖至關(guān)重要。除了大幅減少排放外，還需要大規(guī)模部署碳清除解決方案，以消除歷史和殘留的二氧化碳排放，到2050年實現(xiàn)凈零排放，并最終實現(xiàn)凈負(fù)排放。
為了恢復(fù)空氣中二氧化碳的平衡，大量科學(xué)研究表明，到本世紀(jì)中葉，每年需要從空氣中永久去除100億噸二氧化碳。聯(lián)合國最新的報告指出空氣直接碳移除技術(shù)的重要性，是人類應(yīng)對氣候危機的關(guān)鍵技術(shù)，直接空氣碳捕獲（DAC）技術(shù)讓實現(xiàn)零碳成為可能。
什么是DAC技術(shù)？
直接空氣碳捕獲（DAC）是一種直接從大氣中提取二氧化碳的技術(shù)。它就像一座大型的二氧化碳“吸塵器”，可以吸收空氣中的二氧化碳，并轉(zhuǎn)化為有用的材料，或注入地質(zhì)封存地進行長期封存。
直接空氣碳捕獲分為DAC溶液系統(tǒng)和DAC固態(tài)系統(tǒng)兩種。其步驟如下：
▲ DAC溶液系統(tǒng)與DAC固態(tài)系統(tǒng)原理圖
首先將空氣通過工業(yè)級風(fēng)扇吸入DAC系統(tǒng)。
● DAC溶液系統(tǒng)將空氣通過化學(xué)溶液（如氫氧化物溶液），從而去除二氧化碳。該系統(tǒng)通過施加高溫實現(xiàn)化學(xué)品的回收，同時將剩余的空氣返回到大氣。
● DAC固態(tài)系統(tǒng)利用能與二氧化碳化學(xué)結(jié)合的固體作為吸收劑，捕獲二氧化碳然后形成化合物。新形成的化合物置于真空下加熱時與化學(xué)劑分離，釋放出濃縮的二氧化碳，可以被收集起來用于后續(xù)的儲存或使用。
▲ DAC固態(tài)系統(tǒng)運行示意
DAC技術(shù)優(yōu)勢
DAC技術(shù)的優(yōu)勢主要在于可以對數(shù)以百萬計的小型化石燃料燃燒裝置以及數(shù)以億計的交通工具等分布源的二氧化碳進行捕集處理。
此外，與其他主要針對固定源捕獲的技術(shù)相比，DAC裝置的布置地點具有更大的靈活性。且DAC技術(shù)可與其他二氧化碳捕獲和封存技術(shù)結(jié)合使用，對儲存中泄露的二氧化碳進行捕捉。
DAC技術(shù)與真空
對于DAC的發(fā)展，真空技術(shù)也可以成為其中的重要參與者。
如上文所述，被捕獲的二氧化碳被釋放后，可以使用真空泵提取，并通過管道泵輸送到深層地質(zhì)層。通過自然礦化，二氧化碳與玄武巖發(fā)生反應(yīng)，并在幾年內(nèi)變成石頭。
利用真空泵提取二氧化碳的好處在于對環(huán)境的影響更小，而且可以當(dāng)場利用從而避免遠(yuǎn)距離傳輸。
Climeworks公司通過DAC技術(shù)捕獲二氧化碳，并創(chuàng)新使用Busch普旭的干式爪式真空泵提取過濾出的二氧化碳，為減緩全球變暖做出積極而重要的貢獻。因而被授予2021年度“Busch 普旭真空技術(shù)創(chuàng)新獎”。上圖為德國馬德堡普旭總部的頒獎儀式，來源：普旭真空。
當(dāng)然，二氧化碳可以在真空泵提取后進行運輸，再應(yīng)用于其他工業(yè)領(lǐng)域，如碳化飲料、水泥制造、與氫結(jié)合以制造合成低碳燃料等等。
DAC技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
據(jù)國際能源署（IEA）統(tǒng)計，目前全球有19座DAC項目正在開發(fā)或運行，分別位于加拿大、歐洲和美國。已建成最大的DAC裝置位于冰島，每天捕獲大約10噸二氧化碳，并注入地下將其儲存在玄武巖中實現(xiàn)礦化封存。
▲ DAC項目外部的大型風(fēng)扇
據(jù)外媒報道，美國能源部（DOE）今年也公布了一項投資計劃：計劃投入35億美元資金，在2022至2026財政年度期間用于直接空氣碳捕獲。美國能源部相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，這次的計劃擬支持在美國境內(nèi)設(shè)立4個百萬噸級別區(qū)域DAC集群，發(fā)展碳移除產(chǎn)業(yè)。項目建成后，將能夠每年捕獲和封存至少100萬噸二氧化碳。
IEA估計，為了幫助世界到2050年實現(xiàn)凈零排放，直接空氣捕獲技術(shù)預(yù)計在2030年捕獲超過8500萬噸二氧化碳，預(yù)計在2050年達(dá)到9.8億噸。
▲ 2010-2021年DAC項目全球CO2 捕獲量，來源：IEA
▲ IEA預(yù)計至2050年DAC項目發(fā)展情況，來源：IEA
然而，現(xiàn)今DAC技術(shù)的碳捕獲成本依舊是阻礙其發(fā)展的主要原因。以目前的技術(shù)來估計，每噸碳捕獲成本達(dá)到了200美元以上。DAC技術(shù)涉及的裝置主要有捕集裝置、吸附或吸收裝置、脫附或再生裝置。改進空氣捕集裝置提高二氧化碳捕集率是降低成本的關(guān)鍵。對吸附裝置以及脫附裝置的改進和研究至關(guān)重要。
除此之外，開發(fā)兼具高吸附容量和高選擇性的吸附材料也是DAC技術(shù)未來商業(yè)化應(yīng)用的另一項重要舉措。想要實現(xiàn)二氧化碳的零排放，需要我們共同努力。
