為二氧化碳找“出路”

吳曉江

二氧化碳的最大“出路”

“如果你酷愛食用貝類海鮮，那么在享受美食的同時(shí)，你可能正在為低碳事業(yè)作貢獻(xiàn)?！痹诤Ｑ笊锎蠹易逯?，貝類、藻類看來(lái)不起眼，其實(shí)它們是擁有強(qiáng)大“捕碳、固碳”能力的“高手”。

覆蓋地球表面71%面積的海洋，是大量吸收人類活動(dòng)排放的二氧化碳、減緩氣候變暖的頭等“功臣”。人類燃燒礦物燃料向大氣每年排放百億噸的碳，其中約三分之一被海洋吸收，陸地生態(tài)系統(tǒng)僅吸收約五分之一。海洋中浮游生物、海藻、貝類、海草、鹽沼植物和紅樹林等生物碳捕獲、碳匯集的數(shù)量超過(guò)陸地生物。有數(shù)據(jù)顯示，地球上約55％的碳捕獲是由海洋生物完成的。單位面積海域中生物固碳量是森林的10倍，是草原的290倍。

人工大規(guī)模養(yǎng)殖貝類、藻類，明顯有利于淺海區(qū)域的碳捕獲。尤其是貝類，其吸收的碳有相當(dāng)一部分被固化在貝殼里，很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)重新回到大氣中。收獲一批貝類后，還可以繼續(xù)養(yǎng)殖新一批貝類，繼續(xù)“吸碳”，從而減少大氣中的碳總量。

“藍(lán)碳”面臨雙重困境

藍(lán)色大海中的碳捕獲和碳儲(chǔ)存就是國(guó)際科學(xué)界所稱的“藍(lán)色碳匯”或“藍(lán)碳”。然而，人們向往的“藍(lán)碳”美景近年來(lái)卻遭遇了碳排放過(guò)度帶來(lái)的海洋生態(tài)退化的雙重困境。

第一重困境是海洋酸化日趨嚴(yán)重，海洋生物深受威脅。

海洋作為天然的二氧化碳儲(chǔ)存庫(kù)，其容量是有限的，而且吸收的二氧化碳與海水反應(yīng)后會(huì)形成碳酸，使本來(lái)偏堿性的海水不斷酸化。科學(xué)家測(cè)算，至2012年，海水的酸度已經(jīng)比工業(yè)化初期的1800年提高了30%，并且現(xiàn)在仍以每小時(shí)約100萬(wàn)噸的速度吸收著。如果過(guò)量碳排放趨勢(shì)延續(xù)下去，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末海水酸度將比1800年高150%。海洋酸化使海水中碳酸鈣含量不斷降低，而碳酸鈣則是貝類、甲殼類海洋生物吸收用以生長(zhǎng)外殼、珊瑚制造骨骼的原料。日益酸化的海水使以鈣元素為主要構(gòu)成的貝殼面臨著巨大威脅。

目前，世界20％的珊瑚礁已被嚴(yán)重破壞。海水酸化已干擾了海洋甲殼類磷蝦卵孵化的能力。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，由于海水酸化，珊瑚礁魚類的中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重混亂，聽覺和嗅覺變差，躲避天敵的能力變?nèi)?。比如小丑魚和少女魚的幼魚嗅覺下降，很難找到珊瑚礁或聞到天敵的氣味。聽覺變?nèi)醯聂~極易成為天敵的美餐?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)，在酸度高的海洋環(huán)境中，烏賊的孵化速度變慢。尚未完成孵化的小烏賊沒有任何防御能力，易被天敵吃掉。即使它們完成孵化后，體型也比在正常海水中生活的烏賊小，易受捕食者傷害。

第二重困境是海水含氧量下降，“海域死區(qū)”猛增。

海洋作為減緩全球氣候變暖步伐的頭等“功臣”，還在于它吸收了90%以上因溫室氣體排放而困于地表的熱量。但這一功勞的代價(jià)卻是海洋上層水溫升高，海水溶氧量降低。魚類在升溫的海洋中代謝率會(huì)加快，需要更多的氧。而升溫的海水中含氧量減少，影響魚類生長(zhǎng)。加拿大海洋研究團(tuán)隊(duì)考察了世界各海域600多種魚類生長(zhǎng)和分布狀況，發(fā)現(xiàn)不少魚類體型縮小與海水溫度上升存在密切關(guān)系。他們用計(jì)算機(jī)模型預(yù)測(cè)，如溫度持續(xù)上升，到2050年，魚類體型將縮小14%~24%。英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，由于水比空氣的含氧量低，在同等升溫狀況下，相比陸地動(dòng)物，海洋動(dòng)物更難獲得充足的氧氣。科學(xué)家比較了不同溫度條件下百余種陸地動(dòng)物和海洋動(dòng)物成年體，發(fā)現(xiàn)每升高1攝氏度，海洋動(dòng)物體型縮小5%，而陸地動(dòng)物體型僅縮小0.5%，兩者縮小比率相差10倍。

二氧化碳的其他“出路”

森林是二氧化碳的一個(gè)絕好出路。不錯(cuò)，我國(guó)早已規(guī)劃到2020年完成造林4 000萬(wàn)公頃，而且鼓勵(lì)生產(chǎn)礦物能源的大企業(yè)捐資營(yíng)造“碳匯林”。

除了海洋、森林兩大“碳庫(kù)”之外，還有第三大“碳庫(kù)”——濕地。全球濕地面積有514萬(wàn)平方公里，雖然僅占地球表面積的6%，卻生存著地球上20%的物種。我國(guó)有記載的濕地植物達(dá)2 760余種。濕地吸收碳的能力超過(guò)森林，碳儲(chǔ)量約為770億噸，占陸地生物圈碳元素的35%。保護(hù)和恢復(fù)濕地就是低成本實(shí)現(xiàn)“綠色碳匯”的途徑。

“綠色碳匯”的更深意義在于讓碳匯植物成為開發(fā)綠色新能源的原料庫(kù)。上海張江高科技園區(qū)眾偉生化科技公司在外省不宜種糧食的鹽堿地、荒地種植纖維素含量高的麻類植物，既擴(kuò)大了“綠色碳匯”，又可將麻類植物纖維素?zé)捴瞥汕鍧嵉摹吧锲汀薄掖既剂稀?/p>

目前國(guó)內(nèi)外正開展“碳捕獲和儲(chǔ)存”工程建設(shè)，將收集的二氧化碳輸入采空的油氣田、廢棄的煤田地下封存。有趣的是，碳封存與油田二三次開采可以一舉兩得。當(dāng)二氧化碳被以200個(gè)大氣壓注入油田千米深處時(shí)，原本黏稠厚重的石油迅速稀釋、膨脹，紛紛從巖石孔隙中溢出，變得更易開采。美國(guó)共有70多座油田注入二氧化碳驅(qū)油，年封存二氧化碳達(dá)3 000萬(wàn)噸，增產(chǎn)石油10%。我國(guó)先后有六七座油田嘗試了這一技術(shù)，二氧化碳一次性最大封存量達(dá)11萬(wàn)噸。

藻類是生長(zhǎng)最快、消耗碳效率較高的植物，是煉制生物柴油和乙醇的理想原料之一。目前國(guó)外利用海藻捕碳、固碳的方法是，將工廠集中排出的二氧化碳廢氣與含養(yǎng)分的水混合，在透明的人造閉合水渠中，或在封閉的池塘等水體中養(yǎng)殖海藻。這比完全自然放養(yǎng)效率高，也避免了造成海水缺氧的后果。

目前全球回收的二氧化碳約有40％用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品，如作為能源的甲烷、甲醇，以及具有永久固碳性質(zhì)的碳纖維、工程塑料、瀝青、建材等?；厥斩趸歼€可用于制冷和碳酸飲料生產(chǎn)。

近來(lái)國(guó)外科學(xué)界多途徑開發(fā)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為新能源原料的生物技術(shù)。有科研團(tuán)隊(duì)已培養(yǎng)出一種能光合作用的轉(zhuǎn)基因細(xì)菌，可以比藻類更快地將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可煉制生物柴油、乙醇的原料。由于利用生物質(zhì)能可以實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)而不增加碳排放，歐盟計(jì)劃到2020年生物質(zhì)燃料占能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的14%，占可再生能源總量的60%。這一方略是值得我們借鑒的減碳之道。

人教版化學(xué)教材九年級(jí)上冊(cè)第六單元 《碳和碳的氧化物》課外延伸閱讀

☆編輯/王一鳴