碳捕集与封存技术（CCS）被认为是可再生能源转型的重要组成部分，也是化石燃料行业持续发展的救命稻草。不管你的观点如何，近年来CCS技术已经有了很大的进步。大多数头条新闻都来自于直接空气碳捕集技术，但有一些基于自然的碳移除方法开始逐渐受到关注，这些技术不仅可以从大气中消除碳，还可以提高粮食产量，减少侵蚀现象，还有许多其他好处。我们需要建造巨大的机器来捕集碳，还是大自然已经给了我们所需的技术？让我们看看是否能就此做出决定。

煤炭和天然气发电厂的碳排放约占能源部门碳排放的58%。然而，目前导致大量CO2排放的化石能源燃料是全球电网稳定运行的关键，这是可再生能源尚且无法取代的。将化石燃料发电厂从电网中清除并不能解决CO2排放问题，因为大气中充满了产自不同领域的CO2，比如交通、工业、航运、农业等。此外，我们还需要加速和帮助生态系统进程，清除多余的CO2。温室气体（如CO2），是气候的一个必要组成部分，但它需要恢复平衡。

这就是碳捕集、利用和封存（CCUS）技术和直接空气捕集（DAC）的切入点。它们被认为是在不影响电网稳定性的情况下，在未来几十年实现净零排放的基础，且不仅仅是这样。捕集的碳可以用来储存热能，取代水泥养护中的水，加速藻类生长，等等。这种藻类可以用来制造可生物降解的塑料、液体燃料以及作为食物来源。

虽然我在之前的视频中确实探索了一些直接捕集空气的方法，但我们已经看到全球各地的一些公司在探索有趣的自然替代品来捕集碳，比如生物炭和增强风化……这对我来说是新的方法。在讨论这些更自然的方法之前，让我们先回顾一下CCUS和DAC的基本知识。

1. CCUS和DAC

CCUS涉及捕集工业过程(如钢铁和水泥生产或发电过程中燃烧化石燃料)排放的CO2。通常，工厂和发电厂的烟囱都安装了溶剂过滤器，以捕集排放的CO2。然后，气体可以被运输到不同的地点使用或封存。大部分的CO2将被封存在地下地质构造中，尽管一部分CO2可以用来生产聚合物，种植温室植物，甚至碳酸饮料……但这都是少量的。

除了从工业过程和电力设施中去除高达20%的碳排放，CCUS的另一大优点是它可以大大减少其他污染物的排放，如氮氧化物(NOx)和二氧化硫。然而，CCUS也有一些缺点和挑战，包括实施成本高、监管障碍、运输过程中泄漏风险和CO2封存能力的不确定性。CCUS的价格差异很大，每吨捕集CO2的价格从50美元到100美元不等。

也可以通过DAC捕集空气中已经存在的CO2。这项技术利用风扇通过化学过程从大气中吸取CO2。当空气经过这些物质时，它们会发生反应，留住CO2，同时让空气中的其他元素通过。当对其施加热量时，捕集的CO2可以从溶剂或吸附剂中释放出来，这使得它可以再次用于捕集更多的CO2。DAC的缺点与CCUS非常相似，而且它也很昂贵，每吨捕集的CO2的成本从250美元到600美元不等。

这就引出了基于自然的碳移除方法。

2. 生物炭

Biochar（生物炭）是Biological charcoal的缩写，是一种天然的碳捕集方法，已经受到了全球的关注。它是通过一种叫做热解的过程产生的，在这种过程中，有机材料，如木屑、农业剩菜或柳枝稷，在室内几乎没有氧气的高温下燃烧，可以产生石油和合成气(称为合成气)，以及类似木炭的固体残渣。在某些配置下，可以使用合成气和油来驱动热解反应，基本使系统自给自足。

Biochar（生物炭）有一些很大的优势。首先，它能够以稳定的形式保留碳，这可以防止有机物质中的CO2逃逸到大气中。虽然还需要进一步研究，但掩埋生物炭可以通过增强保水能力和降低土壤pH值来提高某些土壤类型的作物产量。在动物饲料中添加生物炭还可以改善农场动物的健康和消化。

因为这个过程会自然地将有机物分解成一种稳定的形式，这实际上会降低大气中的CO2水平。这一过程打破了一个循环。正常情况下，植物分解时会产生CO2，其他植物最终会吸收CO2，这样的循环始终在进行。而这一过程不让这些物质分解，而是要将其转化为生物炭，并将稳定的CO2埋在地下，可以保存数百年甚至数千年。

虽然生物炭确实含有大量的碳，但目前还不清楚在局部使用后，碳会在土壤中停留多久。原料和热解条件决定了所制生物炭的特性，但它们也会随着温度和降水等环境因素的变化而改变，从而决定生物炭中的碳在土壤中保留的时间。它高度依赖于特定的土壤条件和所使用的生物炭的组成。

总部位于加州的Pacific Biochar（太平洋生物炭）公司，是试图为生物炭行业的发展铺平道路以降低碳排放的公司之一。它收集有机材料，然后将其产生的生物炭分发给农业供应商和堆肥场。太平洋生物炭公司向希望从这种材料中获益的农民出售其生物炭，无论是纯生物炭还是强化生物炭。

大量过剩的森林生物质被切割并在生物质能源工厂中燃烧，因此太平洋生物炭公司与这些发电厂合作，利用他们现有的基础设施。虽然热解确实在生物质炉中进行，但它们需要升级(他们称之为“改性光”)，以正确地制造生物炭，而不是简单地燃烧它。

该公司的生物炭产品名为Blacklite Pure，以两种方式出售：散装，每立方码售价60美元或每吨305美元，以及散装托特袋，每托特售价135美元。该公司的CO2去除项目可以循序渐进，以每年减少1万至5万吨CO2的步骤实现。

在一项研究中，太平洋生物炭公司的产品使黑皮诺葡萄在两年的收成中平均每英亩增产1.2吨，而回报期只有一年。有了碳信用来抵消成本，更大比例的农业社区可以利用生物炭盈利。该公司的技术也引起了像微软这样的大公司的注意，微软购买了1500吨CO2的碳信用，这些碳信用将由欧洲生物炭认证的第三方审计。

虽然生物炭看起来很有前景，但它仍然面临挑战。我有幸采访了太平洋生物炭公司的首席执行官Josiah Hunt，他向我讲述了他对这项技术面临的挑战的看法:

“我们需要部署一些重要的资本，需要有人愿意投资，把其中一些技术提升到一个新的水平。在2008年，还没有任何可用的技术。现在有一些可行的技术，但其中很多只有很短的部署历史。为了制造这些机器，我们还需要做很多巨大的改进……扩大制造商规模，比如真正制造我们将要使用的机器，以及它们的部署，我们需要思考如何能够高效地、经济有效地部署它们……”– Josiah Hunt

3. 增强风化

生物炭并不是捕集碳的唯一天然方法。增强风化是另一种正在探索的有趣方法。风化指的是岩石被人类活动、雨水或极端温度侵蚀的自然过程。这是一个持续了数百万年的过程，是一个重要的碳汇。

我有幸与UNDO的研究主管Mel Murphy交谈，这是一家专注于增强风化的英国公司，她给我提供了一个很好的高层次的解释：

“当玄武岩等含有大量钙和镁的岩石分解时，它们会吸收大气中的CO2，然后溶解成雨水。这种反应实际上会在整个地质时期内封存碳。增强的风化作用通过向森林和农田中添加细碎的、高度活性的玄武岩，加速了这一过程。”– Mel Murphy

这一过程也会形成碳酸氢盐，碳酸氢盐可能会进入海洋，其中的碳被困在海底或以可溶性形式保存数十万年。然而，我们可以加快这个自然过程。

增强的风化作用需要矿物的提取、加工和反应，但这可能会导致比正常情况下更多的CO2被去除。你可能会有疑问，开采岩石所造成的环境破坏和排放，是否不会比使用岩石来增强风化作用所能减排的更多。然而，UNDO一直在与合作伙伴合作，将岩石分布在农业地区，并使用一种不消耗额外的能源或资源来产生破碎岩石的方法。

“每年，全球生产500亿吨骨料。其中，大约6%是我们所需的成分。这其中大约20%是我们所说的规格，也就是4毫米以下。所以目前有很多生产出来的材料没有被用于骨料工业。因此，目前甚至都没有考虑到采矿的目的。我们正在使用的是采石场的副产品……”– Mel Murphy

UNDO正在与气候专家和碳主管部门合作，开发一个预测碳吸收速率的模型，该模型将提供作为该行业基准的信息。

Mel Murphy还指出，他们正在进行实地试验，研究玄武岩是如何改善土壤的：

“我们做了一些实地试验，但更多的是从商业的角度，我们在一个农场上分布了1000多吨，这是每公顷20吨的施用率。我们所做的是定期回到这个农场，监测土壤的pH值，碱度，这是一种测量CO2以溶解形式存在的方法，观察重金属和其他阳离子，如钙和镁……”- Mel Murphy

增强风化利用了岩石自然风化是一种表面效应这一事实。雨水只能穿透岩石并与岩石表面发生反应。为了加速这一过程，岩石被粉碎，暴露在大气下的表面积急剧增加。

了解这对环境的影响是很重要的。被冲进海洋的碱性碳酸氢盐会对珊瑚礁和渔业产生积极的影响。岩石颗粒可以应用于开阔的海洋区域，或与农业结合使用，还可以提高作物产量和防止土壤侵蚀。

另一方面，它会对土壤的pH值和化学成分产生负面影响，影响生态系统，并影响地下水。此外，所需的玄武岩量与捕集的CO2量约为3:1。每捕集10亿吨CO2，就需要30亿吨玄武岩。Mel Murphy向我提到，他们看到的比这略少，但给他一些启示……

“因此，我们预计每吨玄武岩大约能吸收0.26吨CO2。如果我们以每公顷20吨的施用密度来扩展，我们可能会看到大约4.5吨的CO2在整个项目的生命周期中被封存。”——Mel Murphy

这一自然过程如何改变自然进程是有限制的。当谈到增强风化作用的成本时，这有点不确定，每吨封存的CO2的成本相差很大，从52美元到480美元不等。

使用玄武岩的一个问题是，它会释放出镍和铬等重金属，但她解释了他们试图测量这个问题的方法：

“我们正在设计监控协议。筛选所有正在使用的玄武岩，将其与美国环保局和欧洲土壤指导值进行比较，确保我们在土壤上施用的剂量不超过这些农业限制。然后我们还会继续进行实地试验，看看植物组织对这些重金属的吸收情况……

她对增强风化面临的挑战也有一些想法：

“目前，最大的挑战是测量该领域的特征。我们打算每公顷施用20吨，这并不是很多。这在野外是什么样子的呢?它看起来就像在土壤顶部喷洒，而且很难直接测量被吸收的碳。不像DAC这样可以测量的技术，这真的很有挑战性……我们需要更多的创新和技术来帮助解决这个问题。现在有很多公司正在投资基于传感器的技术或基于中子的技术来测量内场碳的变化……”

向可再生能源和电动汽车等其他技术的过渡是一条漫长的道路，而我们才刚刚开始。我以前说过，但这没有什么灵丹妙药。我们不能买一辆电动汽车就说问题解决了。仅仅减少化石燃料并不能解决所有需要解决的问题。碳捕集与封存是另一种可以提供帮助的工具，但它不需要仅仅依赖机械/电化学过程。生物炭和增强风化等自然方法可以为环境、土地所有者和农民以及我们所有人提供一个双赢的方案。它们可以帮助提高作物产量，调节pH值，并帮助我们的海洋达到更好的碱度水平。

CCUS和DAC有着更悠久的历史和更多的金融投资，这意味着更多的项目在全球运行。较为自然的方法仍处于发展的早期阶段，资源和投资较少。它们需要进一步的研究、开发和示范——不仅仅是针对一系列作物和土壤类型，还包括不同的气候和地区。尽管如此，生物炭和增强的风化作用不仅有助于捕集CO2，还有助于改善土壤和作物……这在多个方面使我们所有人受益。

原文作者：Matt Ferrell

原文链接：https://undecidedmf.com/the-reality-of-carbon-capture/