加拿大公司取得重大技术突破：汽车废气重新变“燃油”，你信吗

卓异

空气中常见的二氧化碳，可以直接制成汽油、柴油吗？加拿大“碳工程”公司给出了肯定的答案。该公司近日宣布，找到了一种以低廉成本从大气中萃取二氧化碳的方法，这一被称为“碳洗涤”的技术成本，只是市面上同类技术的1/6左右，同时他们还把这些萃取的二氧化碳转化为供汽车、飞机使用的燃料，且无需改变汽车动力系统或加油站设施，就让汽车排放出的二氧化碳回到燃料箱里。该公司认为，若这些技术能迸一步商业化推广，将为人们“对抗全球变暖增加新的利器”。这是怎么做到的呢？

碳捕捉新技术成本锐减

自从知道了二氧化碳排放对环境的影响，人类便开始了相关的研究。联合国195个成员国于2015年通过的《巴黎协定》，主要目标是将本世纪全球平均气温上升幅度控制在2摄氏度以内。要达到《巴黎协定》的目标，仅靠减少碳排放并不够。联合国政府间气候变化专门委员会指出，“碳捕捉及封存（CCS）技术”将增加实现气候目标的成功率。

CCS是把工业过程产生的二氧化碳，以各种方法“捕集”起来，再压缩、运送并灌注到地底适合的岩层中，进行封存，这么一来就可以减少排放到大气中的二氧化碳，缓解全球暖化问题。国际能源署预期，利用CCS技术在2015至2050年间，可使温室气体排放减少14%。

全球碳捕捉及封存项目在稳步推进，但整体发展情况落后于预期，面临不少障碍，如经济成本高、额外能耗高、利益相关方难以协调、缺乏明确政策导向、公众接受度不高等，最大阻力是成本高居不下。比如有一种“直接空气捕集”法（ DAC），以特制的大型风扇抽入空气，经过滤后吸收二氧化碳，这样去除二氧化碳，每吨费用高达600美元，这使得它迟迟无法迈向实用化之路。

为了解决成本问题，哈佛大学应用物理学教授大卫·凯斯创办“碳工程”（Carbon Engineering，下简称CE）公司，自2009年起，用了近10年时间研究开发DAC技术，终于迎来曙光：在该公司的新技术条件下，去除相同重量的二氧化碳最少只要94美元，相当于市面上相应技术成本的1/6，最高不超过232美元。

直接捕捉空气中的二氧化碳

2015年，CE公司在加拿大不列颠哥伦比亚省斯阔米什建立了“直接空气捕集”技术实验工厂，运用“三大神器”——“空气接触器”“颗粒反应器”和“循环流化床煅烧炉”进行碳捕捉，力求实现项目在商业运行方面可复制。

运作方式是：空气被特制的巨型风扇吸入后，打入具有“湿法洗涤”功能的“空气接触器”管道，管道里有蜂窝状PVC架构，氢氧化钾溶液（碱性）从上而下淋在PVC架构中，和空气充分接触后，与二氧化碳（弱酸）发生化学反应，形成碳酸盐溶液。在此过程中，二氧化碳被捕捉，之后将空气排出。

排出的空气中，二氧化碳的含量只有吸入时的1/5，另外4/5的二氧化碳溶在液体中，经过“颗粒反应器”，发生一系列酸碱分离的化学反应，之后被干燥成碳酸钙固体颗粒。

这些颗粒会被放入“循环流化床煅烧炉”进行加工。“循环流化床煅烧炉”利用天然气的富氧燃烧来加热捕捉到的二氧化碳，通过净化、压缩、脱水，以产生纯净的二氧化碳气流。二氧化碳气流可以封存到地下，亦可用于制作合成燃料。传统二氧化碳的捕捉技术必须在工厂的排烟口才能使用，而该技术可以直接捕捉空氣中的二氧化碳。

二氧化碳+水+阳光=燃油！

鉴于二氧化碳含有碳元素和氧元素的结构，所以把它变成燃料一直是科学家们苦苦追求的方向。若这种设想能实现，既可以为人类提供新的燃料，又可以缓解日益加剧的温室效应。2017年，CE公司将其特有的燃料合成技术——空气制油（Air-to-Fuels，简称A2F）融入到DAC实验工厂中。它借助清洁电力（比如太阳能发电）将水电解，产生的氢气与被萃取的二氧化碳通过热催化作用产生合成气，再发生反应变成液体燃料。这种实验性做法目前每天可生产约1桶（约159升）合成燃料。

利用CE公司的A2F技术，每吨二氧化碳可生产相当于两桶（约318升）普通汽油的燃料。更重要的是，这种合成燃料与当前的交通工具兼容，甚至能和传统化石燃料混合使用，可直接应用于汽车、巴士、飞机等，无需改变汽车动力系统或加油站设施。

原则上，二氧化碳与氢气反应，会产生各种各样的“烃”，但CE公司的主要目标是合成柴油和航油。短途运输适合电气化，但长途运输以及海上和空中旅行，需要液体燃料的高能量密度（如柴油的能量密度比当今最好的电池高30倍）。A2F工艺提供了一种途径来供应这些燃料，让人们对氢燃料电池的依赖减弱，并避免了生产生物燃料而带来的占用土地和耗费粮食问题。

“碳中和”燃料更清洁

将二氧化碳转化为燃料，逐渐替代常规燃油，将大大减少人们对化石燃料的过度依赖，解决可再生能源的储存问题。此外，这种合成燃料比化石燃料更清洁，不含硫等物质，这意味着它们还能减少空气污染。

值得注意的是，采用CE公司的合成燃料，虽然还会排放含有二氧化碳的尾气，但这些二氧化碳最初就来自空气，所以不会向大气中排放新的二氧化碳，也不需要开采新的石油来为汽车提供动力。凯斯认为这是一种“碳中和”燃料，如果能取代化石燃料，将能大幅减少运输相关的二氧化碳排放。

给钢铁水泥行业减了负

根据CE公司官网的信息，其单个DAC设备每年可捕捉100万吨二氧化碳，这相当于平均每年25万辆小汽车的碳排放量。眼下，CE公司正对DAC和A2F技术进行更大规模的试验，并尝试将合成燃料卖给商业客户。“我们的实验条件和技术水平，全球普遍可以达到，”凯斯说，“所以我们认为研究结果有可能推广。”目前，CE公司正在寻求更多资金建设更大规模的工厂。该公司预见，到2021年，将建成日产量达2000桶合成燃料的设施，生产出的燃料会首先应用于不列颠哥伦比亚省和加州（存在《碳燃料标准》）两地。A2F技术所生产的燃料一旦扩大规模，可使燃料生产成本达到1美元/升。

“如果真的只需花这么少的钱，那这项研究成果确实相当重要，”美国卡内基科学研究所科学家肯·卡尔德一拉说，“这为稳定气候变化提供了可能，我们可以在不改变整个能源系统或个人行为的情况下，花较少的钱使气候保持稳定。”卡尔德一拉还说，该项研究为工业中最难实现“去碳化”的行业提供了希望，如钢铁、水泥制造、航空等行业能继续存在，只需支付去除二氧化碳的费用即可。”

美国富兰克林欧林工程学院化学工程系副教授斯考特·赫塞认为，CE公司的研究最重要的价值是“在工厂里对碳捕捉这项技术测试了好几年，提供了比简单计算或模型计算更有力的实用性证明”。

减排仍是第一位

直接从空气中捕捉二氧化碳还有一个优点，就是在地理设置上很灵活，“无所谓在哪里捕捉二氧化碳，比如可以在澳大利亚的沙漠中放置碳捕捉装置，来均衡美国纽约车辆的碳排放。”不过，凯斯说，二氧化碳能不排放当然最好别排放，“我的观点是，应该坚持先减排，一吨二氧化碳不排放的成本，比排放后再进行回收的成本要低。”

该项目得到比尔·盖茨等私人投资者的资助，还得到了不列颠哥伦比亚省创新清洁能源基金、加拿大可持续发展技术部、加拿大自然资源部、“工业研究援助项目”“西部创新倡议组织”和美国能源部等的支持。