二氧化碳那麼多怎麼辦？ 挖個坑埋了唄！

張秦（可道 | 文以載道觀察員）

導言：碳捕集及儲存，氣候變化的救星？

1. 名字這麼長的「碳捕集及儲存」是個什麼鬼？

碳捕集及儲存（Carbon capture and sequestration，後文中簡稱為CCS），是一種收集二氧化碳，將它們運輸至儲存地點並長期封存的技術。簡單的說，就是找個坑把二氧化碳埋了，不讓它逃進大氣層里招欠。

已經排放進大氣層的二氧化碳很不容易大量捕集，所以CCS主要針對的是在點源污染（火力發電站等）n處收集的氣體。不用多說大家也知道，這項技術的出現是為了減輕使用化石燃料時所釋出的二氧化碳而造成的全球變暖。據統計，應用CCS技術的電廠能減少80-90%的年均二氧化碳排放量，所以CCS被認為是大規模減少碳排放、減緩全球變暖最有前景的方法之一。CCS雖然不能逆轉已經存在的氣候變暖形勢，但是它的確給因氣候變化而岌岌可危的生態系統帶來一線希望。

圖1：氣候變化讓二氧化碳減排迫在眉睫

（來源：網路）

2. 在哪挖坑，怎麼埋?

其實埋二氧化碳也沒什麼特別的，埋地里、埋水裡都可以，關鍵是坑要挖得深，埋要埋得嚴實！

二氧化碳封存的方法一般說來可分為地質封存和礦物封存兩類。（還有一種方法叫做海洋封存，不過由於實際操作中很難防止泄露，而一旦發生泄露也很難及時補救，所以在很多地方已經禁用了。）

• 地質封存是神馬？

地質封存一般是將超臨界狀態（氣態液態的混合體）的二氧化碳注入深層地質結構中進行封存。常見的適宜碳封存的地質結構包括油田、氣田、鹹水層、不可開採的煤礦等。二氧化碳性質穩定，所以我們不用擔心注入到地下的氣體引起爆炸或產生毒素等災害。如果地質封存點經過謹慎的考察與精心的管理，確定沒有泄露，注入地層中的二氧化碳可封存一千年以上。

有趣的是，地質封存技術最初的目的根本不是減緩全球變暖，而是提高化石能源產量。把二氧化碳注入油田或氣田用以驅油或驅氣可以提高30-60%採收率——這樣既提高原油產量，又減少污染的方法，確實是解決了人類面臨的巨大難題。

圖2：CCS工作原理示意

（來源：世界煤炭研究所）

• 礦物封存又是神馬？

礦物封存是指通過一系列的化學反應（主要是CO2與含Mg和Ca的礦物發生的放熱反應），在催化劑的輔助下，把氣體二氧化碳轉化成穩定的固體碳酸鹽（主要是菱鎂礦MgCO3和方解石CaCO3）。

礦物封存和地質封存相似之處在於，它們都是需要把二氧化碳注入到地下；但地質封存只是單純的物理封存法，不存在二氧化碳轉化為碳酸鹽的化學反應。科學家的思維其實很簡單，既然二氧化碳氣體這麼討厭，那我們就發個大招兒把它石化了嘛。

不過，科學也是源於生活，二氧化碳轉化成碳酸鹽的現象在自然界是普遍存在的，比如我們常見的大理石和石灰岩就有很大一部分是這樣形成的。這樣的自然現象雖然存在，但是化學反應非常緩慢，往往需要數百年甚至上千年的時間才能觀測到顯著的變化。科學家所研究的，是怎樣加快這樣的化學反應，在安全且經濟的條件下，讓二氧化碳的排放和回收可以得到平衡。礦物封存是一種相對比較新的技術，目前還處於理論和實驗研究階段，沒有投入大規模的工業使用。

• 礦物封存好麻煩的樣子，我們鼓搗它做什麼？

首先是安全性，二氧化碳轉化成了碳酸鹽之後，我們就再也不用擔心氣體泄漏的問題了，可以說是一勞永逸。而且反應過程中也不會產生有害的化學物質。相比之下，地質封存則需要長期的監控，因為高濃度的二氧化碳泄露會造成重大安全隱患。

另外，地球上含鎂和含鈣的礦物非常多且分布廣泛（研究表明，美國擁有足夠儲存500-900年碳排量的礦物），我們不用像地質封存那樣到處尋找穩定的地質結構來儲存氣體。

3. 說了半天，CCS這玩意兒到底靠譜么？

到2017年年底，全球預計會有21個大型CCS工程投入使用，預計可以每年回收4000萬噸二氧化碳。據估計，每年全球的二氧化碳總排放量約為95000萬噸，其中25%來自發電站（也就是20000萬噸左右）；那麼理論上講，這21個CCS項目就可以回收處理掉1/5來自火力發電廠的二氧化碳。寫了這麼一大堆數字，到底是想說什麼呢？n我是想說，CCS是很靠譜的。有了CCS，零碳排時代真的就不再遙不可及了。

圖三：全球溫室氣體排放來源——25%來自火力發電廠

（來源：美國能源部）

——可是這麼好的先進科技，為啥不每個電廠都配一個呢？

畢竟CCS跟這世界上大部分好用的東西一樣，靠譜，但是貴。二氧化碳在污染源的捕集，從捕集地到封存地的運輸，將氣體壓縮到超臨界狀態，注入到地下封存等等過程全都需要能源。有研究表明，使用CCS的電廠會比不使用CCS的電廠多消耗25%的燃料。消耗能源更多就意味著成本更高。比如美國，CCS沒有投入使用的情況下，平均電價是10.45美分/千瓦時；如果CCS投入使用，粉煤發電站的電價會提高2.8-4.4美分/千瓦時，天然氣發電站的電價會提高1.7-3.1美分/千瓦時。也就是說，以現有的技術水平為基礎，CCS的普及可能會導致電價高達16-42%的增長。所以有的科學家會斥責CCS技術不過是自欺欺人，與其說是新科技，不如說是拆了東牆補西牆，而不能真正意義上的解決全球氣候變暖的問題。CCS和很多綠色科技面臨著同樣的問題，它們都十分靠譜，但是無法大規模使用，因為我們銀子不夠。

當然，目前我們對CCS的研究還不算完善，這個愁人的結論也許很快就會被推翻。另外，CCS雖然消耗能源，但在地質封存的過程中，它也提高能源的採收率。所以，CCS的收支平衡還是有可能做到的。

我想大家讀到這裡都多多少少有點糾結，在能源緊缺的當下，我們真的願意選擇多消耗25%的能源來減緩全球變暖嗎？看看每個月的賬單，我們真的願意把電費乘以1.4嗎？可是如果現在不去解決碳排放問題，多年之後我們會不會根本就沒有選擇的餘地呢？

圖4：昂貴卻能有效減排的CCS，我們究竟該如何選擇？

（來源：網路）

參考資料：

Fig. 1- Freiburg Scientific Theatre

Art therapy for frustrated environmentalists… and comic drawing for latent activists

Fig. 2-Policy Measures

Carbon Capture and Storage

Fig. 3-EPA-Global Greenhouse Gas Emissions bynEconomic Sector

https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-05/global_emissions_sector_2015.png

Fig. 4- Global Warming

Global Warming Backgrounds 4K Download

[1] Carbon capture and storage -Wikipedia

Carbon capture and storage

[2] Carbon capture and storage-nIntergovernmental Panel on Climate Change by WMO&UNEP

https://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf

[3] Global Fossil-Fuel CO2 Emissions

（文章僅代表作者個人觀點）

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責任編輯：常雪羽

作者簡介：張秦，賓夕法尼亞大學地質系研二學生。本科畢業於伊利諾伊香檳分校地質及環境科學專業。

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