全球氣候變化是人類當前面臨的最重大的環境問題，也是人類必須做出回應的最復雜的挑戰之一。如今，全球的氣候在逐漸變暖，而導致這一現象的主要原因是溫室氣體，溫室氣體的濃度增高，能夠吸收地球的長波輻射，阻礙地球向外空散發熱量，就像在地球周圍形成一個溫室一樣，溫室氣體吸收地球的長波輻射再反射回地球，從而減少地球向外層空間的能量凈排放，大氣層和地球表面將變熱，這就導致了溫室效應，使氣候變暖。

阻止全球進一步變暖，避免造成更嚴重的后果已經成為了全人類的共同使命，而“碳中和”則是達成這一使命的必須手段，實現人類社會長期可持續發展的重要支撐。

從經濟社會可持續發展的角度來看，“碳中和”也意味著人們的生產生活方式從粗放進一步走向精細；經濟發展從根本上改變高碳發展模式，走向“低碳綠色”，由資源驅動轉變為由科技驅動，社會也將進一步向資源節約型和環境友好型社會的轉變。

固碳，是指增加除大氣之外的碳庫碳含量的措施。包括物理固碳和生物固碳。物理固碳是將二氧化碳長期儲存在開采過的油氣井、煤層和深海里。生物固碳是將無機碳即大氣中的二氧化碳轉化為有機碳即碳水化合物，固定在植物體內或土壤中。

在眾多碳中和技術中，碳捕捉可高效降低大氣二氧化碳濃度。那么，排出去的二氧化碳，怎么能捕捉回來呢？

減少大氣中的二氧化碳有兩個方向

1. 減少輸入，即在最短時間內轉變我們的能源獲取方式，不再使用石油、煤炭、天然氣等富碳燃料，減少人類活動產生的二氧化碳；

2.增加去路，即盡最大可能提高環境和人工二氧化碳的固定能力，直接降低大氣中的二氧化碳濃度。

第1條路徑，目前可謂困難重重。 因此，第2條路徑——提高環境和人工二氧化碳的固定能力，成為技術研發的焦點。

除了種樹，固碳還要用高科技干預。花草樹木，不單單是美麗的人間風景，也是勤勉的固碳小能手。植物始于本能的光合作用，仿佛是它們給予地球的美妙祝福：吸收二氧化碳和水，合成構建植物軀干的有機物質，并釋放氧氣。森林作為陸地生態系統的主體，就是陸地上最大的“固碳倉庫”。然而，植物雖然能固碳，但時效性慢，難以在短時間內遏制強勁的二氧化碳增加趨勢。通過工程干預進行碳捕捉，這一思路便應運而生。

當前碳捕捉技術的核心目的，是將人類活動產生的二氧化碳收集起來，加以儲存甚至利用，避免其排放到大氣中。主要技術方向有三個，分別是：碳捕捉與儲存、碳捕捉與能源化利用、碳捕捉與資源化利用。

碳捕捉與儲存——把二氧化碳封存在地下

碳捕捉與儲存，即從人類工業生產或單純的化石燃料燃燒的尾氣中分離出二氧化碳，儲存起來使其不進入大氣。該過程通過燃燒后技術，或采用低碳的燃燒前技術，直接從煙道氣流中去除二氧化碳。完成二氧化碳捕捉后，再通過管道將其注入一定深度的地下巖層中封存起來。

通常的封存地點是廢棄油田、氣田等。雖然有研究表明，采用高壓注水等途徑，可以加速使二氧化碳以碳酸鹽的形式和地殼巖塊結合，實現穩定儲存。但這些碳，終究只是以“打盹”的形式，維持著微妙的平衡存在于地殼之中。一些科學家擔心，頻繁的地殼活動，終有一天會將這些氣體送回地面，其技術安全性還有待加強。

碳捕捉與能源化利用——二氧化碳也能做燃料

這是將二氧化碳捕捉之后，再次用來獲取能量的一項技術路徑。簡單說，就是把二氧化碳變成燃料。二氧化碳一直是燃料燃燒后的尾氣成分，甚至被用來滅火，“二氧化碳燃料”這個名詞組合，難免讓人感覺有些怪異。但科學家真的讓這種奇思妙想變成了現實。碳捕捉后進行能量開發，最先人們考慮的是，采用太陽能模擬植物光合作用，將二氧化碳固定成燃料。結果發現，即便實現了這個反應，也只能算是對高品位能源的儲能再釋放，有點得不償失。

直到熱機工作原理的新認識出現，相關技術才開始突飛猛進。以往熱機工作都是通過燃料燃燒，加熱腔室，獲取密閉空間的氣體膨脹，從而驅動熱機運轉。容易想到，加熱不是熱機工作的目的，而只是手段。如果我們的燃料原本就是極低溫的，恢復到正常溫度，也會產生巨大膨壓，即便不燃燒，也能驅動熱機運轉。

二氧化碳恰是這樣一種神奇物質。常壓下，它以零下78.5℃超低溫、固態干冰的形式存在；到了約10個大氣壓的環境中，又會變成液體流動，便于輸送。如果用干冰作為工作介質，就可以吸收環境中的熱量，從而受熱氣化。如果這一過程被限制在一個封閉容器中，就可以得到數十個大氣壓的常溫二氧化碳氣體。理論上，這種高壓、常溫氣體，完全可以推動氣動機械做功。

根據這一理念，低溫熱機迅速誕生。這幾乎是蒸汽機革命之后，人類對驅動能源做的最有意思的一次嘗試。碳捕捉完成后形成的干冰物質，作為驅動熱機運轉的燃料，氣化后釋放到空氣中，之后再次被捕捉回來，從而保持一種人類活動與大氣狀態之間的奇妙平衡。

碳捕捉與資源化利用——二氧化碳代替石油做化工原料

每到大暑時節，由于氣溫偏高又有雨水，細菌容易滋生，許多枯死的植物潮濕腐化，到了夜晚，經常可以看到螢火蟲在腐草敗葉上飛來飛去尋找食物。

這是另一個絕妙的固碳方案，即把二氧化碳作為工業生產的原料使用。我們當前絕大多數的人造材料、合成制品，都是石油化工的產物。換句話說，就是都源自地球上的動植物數億年前收集的二氧化碳。理論上，以今天人類對物質的認識和改造水平，完全可以將捕捉到的二氧化碳，用于制備當前從石油中衍生得到的化學品和材料。其關鍵在于，在這天馬行空的改造中，怎樣有效控制成本。

二氧化碳是一種極其穩定的分子，作為原料參與化工合成，需要吸收大量能量。這也意味著其轉化成本非常高昂。科學家們必須先找到一條低耗能的轉化路徑。事實上，截至當前，基于二氧化碳的產品開發技術，已經衍生出諸如建筑材料、化學品、塑料聚合物、碳纖維和碳材料等極具潛力的分支。

人為固碳的方式

生態建設：主要是對受人為活動干擾和破壞的生態系統進行生態恢復和重建。

土壤固碳：通過采用相應管理措施來提高土壤中的有機和無機碳含量，將大氣中的二氧化碳固持在土壤碳庫中。

減碳：減少二氧化碳的排放，二氧化碳是屬于溫室氣體，會在地面地上方形成一個罩，使地面散發出來的熱量不能擴散，造成溫度的上升。

加大綠色碳匯：通過光合作用吸收二氧化碳，放出氧氣，把大氣中的二氧化碳以生物量的形式固定下來，這個過程稱為“匯，即森林具有碳匯功能，在一定時期內對穩定乃至降低大氣中溫室氣體濃度起到重要作用。

加大森林城市：森林城市作為一種生態系統，以各種林地為主體，可直接吸收城市中釋放的碳，同時森林城市通過減緩熱島效應，間接減少碳的排放。

文章來源：原刊于“紹興市生態文明促進會”，轉載請注明原出處及由中國海洋發展研究中心編排

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