碳捕獲XPrize大獎(jiǎng)賽
[導(dǎo)讀]穿越阿曼和阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)北部的海岸，哈迦山脈起伏的巨大山峰若隱若現(xiàn)。這些陡峭的山峰主要由橄欖巖組成，這種巖石能夠吸收空氣中的二氧化碳并將其轉(zhuǎn)化為固體礦物。這些山脈能夠存儲(chǔ)數(shù)萬(wàn)億噸人為造二氧化碳排放，但天然的碳礦化過(guò)程非常緩慢。
贏得二氧化碳清除競(jìng)賽可獲得1億美元獎(jiǎng)金。
穿越阿曼和阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)北部的海岸，哈迦山脈起伏的巨大山峰若隱若現(xiàn)。這些陡峭的山峰主要由橄欖巖組成，這種巖石能夠吸收空氣中的二氧化碳并將其轉(zhuǎn)化為固體礦物。這些山脈能夠存儲(chǔ)數(shù)萬(wàn)億噸人為造二氧化碳排放，但天然的碳礦化過(guò)程非常緩慢。
倫敦創(chuàng)業(yè)公司44.01找到了加速這種過(guò)程的方法。為此，44.01公司正在與另一家倫敦創(chuàng)業(yè)公司零排放技術(shù)公司（Mission Zero Technologies）合作，該公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種可從空氣中捕獲二氧化碳的節(jié)能方法，其通過(guò)哈迦（Hajar）的項(xiàng)目計(jì)劃在阿曼建立了一個(gè)示范設(shè)施，每年從空氣中提取1000噸二氧化碳，每天向橄欖巖中注入約3到4噸二氧化碳。一座120噸容量的試驗(yàn)工場(chǎng)計(jì)劃于2023年上半年上線。
這一目標(biāo)明確、雄心勃勃的愿景，使哈迦計(jì)劃成為XPrize碳移除大獎(jiǎng)賽的100萬(wàn)美元里程碑獎(jiǎng)的15名獲勝者之一，該賽事于今年4月底啟動(dòng)。XPrize基金由伊隆?馬斯克建立，主要資助從空氣中提取二氧化碳并將其封鎖的方法，在該領(lǐng)域是迄今為止最雄厚的財(cái)源（1億美元）。從1100多個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)中獲勝的15個(gè)團(tuán)隊(duì)必須證明其擁有切實(shí)可行的方法、規(guī)?？蓴U(kuò)展的計(jì)劃和成本估算。碳移除與直接通過(guò)煙囪進(jìn)行的碳捕獲不能混為一談。空氣中的二氧化碳濃度非常低，從中提取二氧化碳的復(fù)雜性和成本要高得多。但聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)在2022年4月的一份報(bào)告中表示，為了防止全球變暖相對(duì)于前工業(yè)化水平的溫升超過(guò)1.5℃這一威脅生命的閾值，碳移除已“不可避免”。脫碳方法越來(lái)越受歡迎，包括馬斯克、比爾?蓋茨和谷歌母公司Alphabet在內(nèi)的知名投資者和投資方已向有潛力的解決方案投入了數(shù)百萬(wàn)資金。最近，拜登政府也宣布了一項(xiàng)35億美元的計(jì)劃，用于大規(guī)模碳移除。
15個(gè)獲獎(jiǎng)方法包括使用化學(xué)品直接進(jìn)行空氣捕獲（DAC）、將農(nóng)田廢棄物轉(zhuǎn)化為木炭并掩埋、種植水藻或海藻，以及調(diào)整海洋的pH值進(jìn)而提升其吸收二氧化碳的自然能力。團(tuán)隊(duì)只要能證明自己的技術(shù)能夠以每年至少1000噸的規(guī)模運(yùn)行，就能參與角逐2025年頒發(fā)的5000萬(wàn)美元大獎(jiǎng)。加州大學(xué)洛杉磯分校碳管理研究所的負(fù)責(zé)人高拉夫?桑特（Gaurav Sant）說(shuō)，巨大的規(guī)模和二氧化碳的轉(zhuǎn)化方式將決定一種方法能否對(duì)全球年均近360億噸的碳排放產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)影響。該研究所有兩個(gè)項(xiàng)目（SeaChange和BeyonDAC）都已參賽，但均不在15個(gè)里程碑獎(jiǎng)獲勝者之列。任何有意義的方法都需要將二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的物質(zhì)，而不是僅將其掩埋在可能會(huì)泄露的地下。“獎(jiǎng)金之所以重要，是因?yàn)樗鼈兡芗ぐl(fā)樂(lè)觀的情緒。”桑特說(shuō)，“我們需要開(kāi)發(fā)一整套組合解決方案，采用多種方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。同時(shí)，我們既要穩(wěn)健又要周全，不僅技術(shù)開(kāi)發(fā)如此，二氧化碳的最終歸宿也應(yīng)如此?！?/span>并非15個(gè)獲勝者在有意義地減少碳排放方面都具有相同的潛力。喬治亞理工大學(xué)研究碳捕獲的化學(xué)和生物分子工程師克里斯托弗?瓊斯（Christopher Jones）說(shuō)，例如，有5個(gè)項(xiàng)目依靠的是以陸地為基礎(chǔ)的技術(shù)，類似生物發(fā)電、種植藻類、種植樹(shù)木或添加廢棄物制成的木炭以改變土壤成分等。這些方法的成本較低，捕獲每噸二氧化碳的成本不到100美元，“但要想捕獲大量的二氧化碳，就必須改變大量的土壤?！彼f(shuō)，“到2060年，我們需要每年捕獲100億噸二氧化碳進(jìn)而實(shí)現(xiàn)負(fù)排放，而陸地和生物方法的規(guī)模只能擴(kuò)大到幾十億噸。”瓊斯引用美國(guó)國(guó)家科學(xué)院最近的一份報(bào)告說(shuō)，在已知的碳移除技術(shù)中，有兩種技術(shù)最有前途。其中一種是直接空氣捕獲，另一種是碳礦化?！耙獙⑦@些項(xiàng)目的規(guī)模擴(kuò)大到所需的每年100億噸，我們面臨的最大障礙是投入、協(xié)調(diào)和合作?！?/span>直接空氣捕獲已經(jīng)開(kāi)始了，全球約有20個(gè)項(xiàng)目正在進(jìn)行中。大多數(shù)項(xiàng)目都依靠大型風(fēng)扇，通過(guò)價(jià)格并不便宜的液體或固體材料從空氣中吸入二氧化碳，然后燃燒天然氣來(lái)加熱混合物，去除二氧化碳和再生成吸收材料。直接空氣捕獲的缺點(diǎn)是化石燃料能源的使用量大，且成本高昂。北卡羅來(lái)納州卡里的Sustaera公司是6個(gè)采用直接空氣捕獲的獲勝者之一，該公司找到了解決這個(gè)碳移除難題的方法。該公司的首席技術(shù)官拉格胡比爾?古普塔（Raghubir Gupta）在發(fā)電廠和工業(yè)廠房從事了20年的碳捕獲工作?！拔覀冇幸豁?xiàng)其他人沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，那就是實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可以將這項(xiàng)技術(shù)的規(guī)模提高到每天捕獲1000噸二氧化碳。”他說(shuō)，“在這種背景下研究直接空氣捕獲，我們認(rèn)為，真正起作用的兩項(xiàng)最重要因素是成本和規(guī)模，而不是過(guò)程的效率?！?/span>Sustaera公司使用了價(jià)格低廉的碳酸鈉來(lái)吸收二氧化碳，將材料涂在催化轉(zhuǎn)化器中使用的高比表面積陶瓷支架上。古普塔說(shuō)，高比表面積會(huì)增加吸附劑的接觸，并大大提高二氧化碳的吸收率。Sustaera公司沒(méi)有燃燒化石燃料來(lái)進(jìn)行加熱，而是采用焦耳加熱方式，讓電流通過(guò)導(dǎo)體來(lái)產(chǎn)生熱量，從而分離二氧化碳并再生成吸附劑。涂有碳酸鈉的陶瓷支架包含導(dǎo)電材料，例如碳納米管?？稍偕碾娏δ軌蚓植考訜嵛絼┎⒁l(fā)二氧化碳釋放。在全工況情況下，Sustaera的系統(tǒng)每天將能夠捕獲超過(guò)3000噸二氧化碳，每噸成本不到100美元。古普塔說(shuō)，目前該公司正在其北卡羅來(lái)納州三角研究園區(qū)的研發(fā)場(chǎng)地建設(shè)一個(gè)產(chǎn)量為每天1噸的設(shè)施，預(yù)計(jì)將于2023年底完工。在Sustaera公司專注于降低直接空氣捕獲成本的同時(shí)，哈迦計(jì)劃希望通過(guò)礦化將直接空氣捕獲與永久性碳存儲(chǔ)結(jié)合起來(lái)。首先，項(xiàng)目合作伙伴零排放技術(shù)公司使用了溶劑捕獲高塔上排放氣體中的二氧化碳。然后，用電化學(xué)電池分離二氧化碳。該工藝使用的能源僅是常規(guī)熱分離方法的1/3?！八耆揽楷F(xiàn)有材料、化學(xué)品和現(xiàn)成設(shè)備實(shí)現(xiàn)?！绷闩欧偶夹g(shù)公司的聯(lián)合創(chuàng)始人希拉迪亞?高希（Shiladitya Ghosh）說(shuō)。冷卻塔和電化學(xué)電池技術(shù)在全球無(wú)所不在，“因此，制造系統(tǒng)是已建成并可用的。”創(chuàng)業(yè)公司44.01則將二氧化碳與水混合，然后通過(guò)工程鉆孔將其注入橄欖巖，能在不到一年的時(shí)間內(nèi)形成碳酸鹽礦物。“通過(guò)在地下建立催化物理和化學(xué)特性，例如壓力、溫度和堿性平衡等，我們加速了反應(yīng)?！痹摴镜穆?lián)合創(chuàng)始人卡蘭?希姆基（Karan Khimji）說(shuō)。44.01公司與其合作伙伴一樣，使用現(xiàn)有石油和天然氣行業(yè)中的設(shè)備。希姆基說(shuō)：“我發(fā)現(xiàn)這很好。我們利用石油和天然氣行業(yè)中的資源來(lái)解決它們?cè)斐傻膯?wèn)題?！痹谖磥?lái)的阿曼示范設(shè)施中，現(xiàn)場(chǎng)的可再生電力可為碳移除和礦化供電。另一項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)是持久性：“這可以消除二氧化碳的存在；它在地下也不會(huì)以氣態(tài)形式存在?！彼f(shuō)。加州大學(xué)洛杉磯分校的桑特說(shuō)，在大規(guī)模碳吸收方面，海洋的能力是無(wú)可匹敵的。3個(gè)XPrize里程碑獎(jiǎng)獲得者擁有以海洋為基礎(chǔ)的碳移除平臺(tái)。他說(shuō)，不過(guò)要解釋一下，這種方式的大規(guī)模影響在于將二氧化碳穩(wěn)定在海水中，而非地質(zhì)構(gòu)造中。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的方法是提高海洋對(duì)二氧化碳的自然吸收率。加拿大新斯科舍的Planetary Technolo-gies公司的方法可能是最有趣的。提高碳含量會(huì)導(dǎo)致全球海洋變酸。該公司用凈化礦山廢棄物來(lái)制造溫和的抗酸劑從而恢復(fù)海水的pH值，這將有利于從空氣中提取更多二氧化碳，同時(shí)還能降低酸化帶來(lái)的損害。該公司表示，其礦山廢棄物凈化技術(shù)還能生產(chǎn)用于能源的氫和用于電池的金屬。通過(guò)這種方式，該公司可一次解決幾個(gè)不同的問(wèn)題：碳移除、氫的綠色生產(chǎn)、礦山廢棄物清理和海洋修復(fù)。2025年的世界地球日將宣布XPrize碳移除大獎(jiǎng)的最大贏家。不過(guò)當(dāng)然，瓊斯說(shuō)，沒(méi)有一個(gè)全贏的方案。所有碳移除技術(shù)都各有利弊，而且也要承擔(dān)意外后果的風(fēng)險(xiǎn)。“這個(gè)問(wèn)題太大了，需要十幾種不同的技術(shù)共同做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)?！彼f(shuō)。
作者：Prachi Patel
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