封存二氧化碳

蘇光路

“三九”不冷、“九九”結(jié)冰，這是典型的極端天氣，也是溫室效應(yīng)的常態(tài)化表現(xiàn)。除了通過(guò)節(jié)能減排來(lái)減少碳排放之外，人類(lèi)是否還有其他辦法處理溫室氣體呢？

2014年，全世界二氧化碳排放量在2013年的基礎(chǔ)上上升了2.5%，將總排放量推向了400億噸大關(guān)。雖然關(guān)于2015年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還沒(méi)有最終發(fā)布，但相信情況仍不容樂(lè)觀。溫室氣體導(dǎo)致的氣溫上升會(huì)引發(fā)一系列不可逆的極端自然災(zāi)害，比如干旱、洪水、冰川融化和海平面上升等等。

世界氣象組織表示，2013年全球碳排放量以近30年來(lái)最快的速度增長(zhǎng)，截止2013年的14年間，總量已經(jīng)增長(zhǎng)了34%。如今，大氣中二氧化碳的濃度已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)革命前的142%，去年它的空氣濃度量已高達(dá)400ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了地球可以承載的極限值。

為了遏制溫室效應(yīng)，科學(xué)家們進(jìn)行著各種實(shí)驗(yàn)，希望找出一些對(duì)付二氧化碳行之有效的方法。

擱淺的海洋增鐵計(jì)劃

25年前，美國(guó)海洋學(xué)家約翰·馬丁說(shuō)過(guò)一句意味深長(zhǎng)的話(huà)：“給我半船鐵，我能還給你一個(gè)冰川期。”在美國(guó)加利福尼亞附近的莫斯蘭丁海洋實(shí)驗(yàn)室供職期間，馬丁就確信，儲(chǔ)存在大海里的鐵對(duì)氣候變化起著重要作用。鐵的缺乏會(huì)抑制海洋浮游植物的生長(zhǎng)，因?yàn)檫@些浮游植物需要鐵來(lái)完成酶的制造。馬丁說(shuō)，如果給缺鐵的海域“補(bǔ)鐵”，使其中的鐵含量增加，那么浮游植物就會(huì)生機(jī)勃勃，進(jìn)而通過(guò)光合作用，將海洋表面的二氧化碳剝離，從而遏制全球變暖。

因?yàn)榉N種原因，馬丁沒(méi)能在有生之年進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。直到1993年，他的繼承者們才將設(shè)想付諸實(shí)施。結(jié)果表明，缺鐵的水域含鐵量一旦提高，確實(shí)能使海藻茂盛。在許多人眼里，這絕對(duì)是一個(gè)既能減少大氣中二氧化碳含量，又能得到可觀回報(bào)的好辦法。

但某些持反對(duì)意見(jiàn)的科學(xué)家卻認(rèn)為，誰(shuí)也無(wú)法只通過(guò)小范圍的增鐵實(shí)驗(yàn)，就能推測(cè)出大面積水域增鐵的效果，誰(shuí)也不知道持續(xù)增鐵會(huì)帶來(lái)怎樣的影響。至少?gòu)谋砻鎭?lái)看，增鐵帶來(lái)的最直接的影響僅是改變了這些生物的食物鏈結(jié)構(gòu)。

也有人認(rèn)為，海水增鐵還可能產(chǎn)生比二氧化碳更劇烈的溫室氣體，比如乙炔——浮游植物腐爛后釋放出來(lái)的氣體。德國(guó)大氣科學(xué)家馬可·勞倫斯在給《科學(xué)》雜志寫(xiě)的一封信中說(shuō)道：“浮游植物會(huì)產(chǎn)生能夠改變大氣中云的含量的二甲硫化物和腐蝕臭氧層的二甲鹵化物，這是海水增鐵可能帶來(lái)的出人意料的氣候和大氣變化，也是反對(duì)增鐵做法的最有力依據(jù)。”

其實(shí)，馬丁在生前已對(duì)這種不良后果提出過(guò)警示，他曾在著作中寫(xiě)道：“我認(rèn)為，最大的危險(xiǎn)是，在給海水增鐵前我們根本不了解海水增鐵可能會(huì)給增鐵水域帶來(lái)的后果，小至細(xì)胞，大到生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么變化?！?/p>

深海的歸宿

如果依靠增鐵的方法難以避免對(duì)環(huán)境造成影響，那我們有沒(méi)有可能就把碳蘊(yùn)藏在海洋里呢？

浮游植物的繁殖局限在海洋表層水域，這樣它們才可以憑借陽(yáng)光的照射進(jìn)行光合作用。如果大氣中的二氧化碳溶解在海里，那么生物就可以利用海水中的二氧化碳進(jìn)行光合作用。在這個(gè)過(guò)程中，氧原子將被釋放，碳會(huì)成為固體有機(jī)物的構(gòu)成成分。

不過(guò)這也有問(wèn)題，當(dāng)浮游植物的獵食者在食用植物和吸入二氧化碳時(shí)，以這種方式被 “固定”起來(lái)的碳很容易返回大氣層。要想讓碳保持固體形式，就必須把碳沉入海水表層以下，讓一切反應(yīng)在那里發(fā)生。倘若真能如此，那顯然把碳封存得越深越好。

美國(guó)馬薩諸塞州沃茲霍勒海洋學(xué)研究所的海洋化學(xué)家肯·比塞勒表示，如果人們想要把碳封存在水里，那水深至少要在500米左右，畢竟那些富含碳的質(zhì)量較重的物質(zhì)，一般都會(huì)落到這個(gè)深度，譬如死后浮游生物的細(xì)胞、獵食者的尸體以及它們的固體糞便。

初試井藏法

想要將碳貯藏在合適的區(qū)域，就得依靠碳捕捉與封存技術(shù)，這也是目前防止溫室效應(yīng)加劇的重要手段之一。日本科學(xué)家多年來(lái)一直在積極探索碳封存的方法。為了能獲得足夠的資金支持，他們甚至還成立了擁有法人資格的實(shí)體企業(yè)，其中最著名的就是日本碳捕捉與封存調(diào)查公司。目前，該公司已經(jīng)獲得了來(lái)自電力、石油等領(lǐng)域35家公司的出資支持。據(jù)該公司負(fù)責(zé)人石井正一介紹，他們?cè)陉懙睾秃５撞捎猛诰蛏罹獯娑趸嫉膶?shí)驗(yàn)進(jìn)展順利，這是人類(lèi)首次以這種方法阻遏溫室效應(yīng)的蔓延。

在美英等國(guó)，碳捕捉與封存也在石油生產(chǎn)基地進(jìn)行。他們通常是把二氧化碳?jí)喝胗蛯樱缓罂焖俨删蛟据^難采集的石油，這是一箭雙雕的好辦法。

不過(guò)，回收和儲(chǔ)存從氫制造設(shè)備中排出的二氧化碳，且不使其排放到大氣中，這過(guò)程看似簡(jiǎn)單，但技術(shù)含量卻極高。目前，日本碳捕捉與封存調(diào)查公司的科學(xué)家已經(jīng)建成了二氧化碳分離和回收設(shè)施。此外，他們還于2014年8月中旬開(kāi)始，在陸地上開(kāi)鑿了3500米和5800米兩口深井，并已成功注入了二氧化碳。為了確認(rèn)被封存的二氧化碳不會(huì)泄漏，設(shè)施周?chē)€配備了用于測(cè)定溫度、壓力和振動(dòng)的設(shè)備，并利用電腦模擬試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證效果。

當(dāng)然，向海底深井灌注二氧化碳比陸地操作要麻煩一些，必須附加相當(dāng)于230倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力才能將二氧化碳貯存。此外，設(shè)施的溫度還要恒定在40℃，使二氧化碳處在介于氣體和液體之間的“超臨界”狀態(tài)，然后方可使其進(jìn)入地層縫隙中。

科學(xué)家期望，被灌注入海的二氧化碳能夠慢慢地溶解到周?chē)乃校⑾耒娙槎茨菢?，與礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而固定起來(lái)。

由于有“遮蔽層”的存在，溶入二氧化碳的水不會(huì)有較大的位置移動(dòng)。只要附近的斷層不發(fā)生嚴(yán)重的地層錯(cuò)位或人為移動(dòng)，二氧化碳就會(huì)一直停留在該處。不過(guò)也有科學(xué)家擔(dān)心，二氧化碳對(duì)地層縫隙間的水產(chǎn)生的壓力會(huì)促使斷層移動(dòng)，一旦斷層出現(xiàn)移動(dòng)，那么二氧化碳就會(huì)重新跑回到大氣中。

這種方法固然有弊有利，但似乎除了依靠科技手段處理二氧化碳外，目前人們還找不到其他更好的方法。澳大利亞已經(jīng)率先啟用了全球第一座大規(guī)模的碳捕捉和碳封存設(shè)施，很多發(fā)達(dá)國(guó)家甚至已經(jīng)開(kāi)始把二氧化碳直接封存于地下深部咸水層（超過(guò)800米深），或用其提高石油采收率，以此優(yōu)化環(huán)境、增加社會(huì)效益。這些舉措對(duì)于類(lèi)似我國(guó)這樣的富煤國(guó)家而言，相信會(huì)是一個(gè)可資借鑒的選擇和對(duì)策，未來(lái)十年將是決定全球碳捕獲、利用與封存技術(shù)進(jìn)步最重要的時(shí)期。

CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage），即碳捕獲、利用與封存技術(shù)，這是我國(guó)低碳發(fā)展的必然選擇。雖然與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)在這方面還處于起步階段，但通過(guò)近幾年的不斷實(shí)踐，我國(guó)已在該領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。例如，中國(guó)首個(gè)二氧化碳封存至地下咸水層的全流程示范工程已建成投產(chǎn)4年多，累計(jì)封存二氧化碳15萬(wàn)噸。