“碳捕手”如何让二氧化碳“洗心革面”

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“碳捕手”如何让二氧化碳“洗心革面”

在地球面临日益严峻的气候挑战之际，极端天气、森林火灾、冰架垮塌等灾害频频发生，每一幕都在警醒我们：遏制气候变暖，刻不容缓。在这场与时间的赛跑中，二氧化碳，这位温室效应的“罪魁祸首”，也悄然成为人类改变命运的突破口。今天，让我们一同走进一项前沿科技——二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS），见证它如何让二氧化碳“洗心革面”，如何通过降碳帮助我们应对气候变化。

二氧化碳捕集

二氧化碳捕集、利用与封存技术就是将工业排放、能源利用或大气中的二氧化碳分离出来，加以利用或注入地层封存起来，以实现永久减排的过程。它具有减排规模大、减排效益明显的特点，被形象地称为“碳捕手”。

这一技术主要通过三个环节来实现，也就是二氧化碳的捕集、利用和封存，其中“捕集”是第一步。二氧化碳在运输和封存时需要以较高的纯度存在，而在大多数情况下工业尾气中二氧化碳的浓度达不到这个要求，所以必须将二氧化碳分离出来，这一过程就是二氧化碳的“捕集”。二氧化碳捕集技术可以分为化学吸收、物理吸附、膜分离等若干方法。“化学吸收”是利用特定的吸收剂与二氧化碳发生化学反应，将其从混合气体中分离出来；“物理吸附”则利用吸附剂将二氧化碳从气体中吸附下来；而膜分离法则通过特殊的膜材料，让二氧化碳分子通过而阻止其他气体分子，类似过滤的办法实现二氧化碳的分离。

在这里说明一下，碳捕集的主要目标是化石燃料电厂、钢铁厂、水泥厂、炼油厂等二氧化碳的集中排放源，对于大量分散型的二氧化碳排放源其实是很难实现碳捕集的。

二氧化碳捕获是个较为复杂的过程，如果你想亲身体验碳捕获、封存过程，可以到安徽省科技馆“减碳之路”展厅，那里专门设置了碳捕捉、碳封存体感游戏互动展品，由三个储存罐、三个阀门、电子大屏等装置构成。当你站到指定识别区位置参与体感互动时，电子屏上就会显示从大气中捕捉二氧化碳的画面。随着你手臂的挥动，大屏上被感应到的二氧化碳“小球”就会落入到下方储存装置被收集起来。当大屏上显示捕获完成后，你就可以按压身后的气筒，将捕获的二氧化碳关进不同的储存罐进行封存。整个过程简单而有趣，体验者络绎不绝。

二氧化碳利用与封存

通过各种方式捕集到的二氧化碳一部分会被直接利用，比如用于压缩储能，实现电力资源的高效利用；还有在食品饮料行业，被用于制作碳酸饮料；在工业领域，可用作灭火剂、焊接保护气体、材料制造原料等。而其余部分就需要进行封存。

二氧化碳封存简单地说，就是找个坑把它埋了，不让它逃进大气层里捣乱。但具体要在哪里挖坑，怎么埋，埋多深，会不会出现泄漏，这并不是一件容易的事。可以埋在地下，也可以埋在海底，关键是坑要挖得深，埋要埋得严实。

二氧化碳封存的方法一般可分为地质封存和矿物封存两类。地质封存一般是将被压缩至超临界状态的二氧化碳（也就是气态液态的混合体）注入深层地质结构中进行封存。常见的适宜碳封存的地质结构包括油田、气田、咸水层，以及不可开采的煤矿等。地质封存办法在确保不泄漏的情况下，注入地层中的二氧化碳可封存一千年以上，因此这种方法被认为是二氧化碳封存的首要选择。

与地质封存相似，矿物封存也需要把二氧化碳注入地下。不过，地质封存只是单纯的物理封存法，而矿物封存是通过一系列的化学反应（主要是二氧化碳与含镁和钙的矿物发生的放热反应），在催化剂的辅助下，把气体二氧化碳转化成稳定的固体碳酸盐。二氧化碳转化成碳酸盐的现象其实在自然界中是普遍存在的，比如我们常见的大理石和石灰岩就有很大一部分是这样形成的。不过这种化学反应非常缓慢，往往需要数百年甚至上千年的时间才有显著变化。但它的优势是经过化学反应形成的固态碳酸盐矿物质没有泄漏风险，因而这种方式可以永久且对环境无害地封存二氧化碳。

二氧化碳捕集、利用与封存技术在减少温室气体排放、推动可持续发展方面具有显著优势。根据国际能源署的预测，这种技术能帮助我们减少全球二氧化碳排放的15%以上。

然而，它也面临着一些挑战，如技术成熟度、成本高昂、安全性问题等。为了解决这些问题，全球科研人员正在不断努力，通过技术创新和政策支持来推动这项技术的发展和应用。

我国碳捕集利用与封存成果

自从提出2030年“碳达峰”、2060年“碳中和”目标后，我国也在全速推进降碳技术的落地与应用。根据不完全统计，中国已经投入运营或者正在规划建设的二氧化碳捕集利用与封存项目接近100个。在这些项目中，已经有超过一半的项目开始运行了。它们每年可以捕捉400万吨二氧化碳，并且能够封存其中的200万吨。

在2022年8月，中国第一个百万吨级别的二氧化碳捕集利用与封存项目在山东建成并开始运行，这个项目每年可以捕捉并封存100万吨二氧化碳，这相当于每年种植近900万棵树所能吸收的二氧化碳量，或者相当于近60万辆经济型轿车停开一年。

2023年6月，我国第一个海上二氧化碳封存示范工程项目在南海东部海域正式投入使用，开始向海底地层注入海上石油开采产生的二氧化碳。海上二氧化碳封存同样需要先将采油过程中产生的二氧化碳分离出来，然后通过压缩机将其压缩成处于气体和液体之间的超临界状态，再通过回注井将二氧化碳封存在海底800米深的地层。

随着二氧化碳捕集、利用与封存技术的不断完善和应用，将有力推动我国“双碳目标”的实现，对人类的可持续发展和保护我们的地球家园产生重要作用。

主办单位 | 安徽省科学技术馆

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