缓解气候变化需要碳中和技术

4月11日在海南省海口举办的第三届消博会上，绿色可持续理念、低碳可降解的产品，成为各类消费精品生产企业的共同追求。中国石油南方石油勘探开发有限责任公司相关负责人介绍说，该公司对消博会活动期间产生的温室气体排放量进行核算，并向万宁小海红树林生态修复工程项目购买220吨碳汇量，捐赠给消博会助力碳中和。

近年来，极端气候事件频发引起人们高度关注。全球气候系统变化的原因可分为自然因子和人为因子两大类，前者包括太阳活动变化、气候系统内部变率等，后者包括人类使用化石燃料以及毁林引起的大气温室气体浓度增加、大气中气溶胶浓度变化等。

全球系统中的碳库主要有4个，分别为大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库。大气碳库是4个碳库中最小的，约700Gt（1Gt=10亿吨），与人类生活息息相关，最先引起关注。

工业革命以来，各国大量开采和使用岩石圈中以石油、煤、天然气等形式存在的化石燃料，最终产生大量二氧化碳、甲烷等温室气体，停留在大气圈中。大气中的温室气体可以吸收地面向上的长波辐射，导致全球温度升高，形成温室效应。温室效应会造成冰川融化、海平面上升、气候带北移等生态问题，也会导致森林火灾、干旱、龙卷风等气候异常。

2020年9月，中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，这有助于实现《巴黎协定》将本世纪气温升高控制在2℃以内。在国家政策号召下，各行各业在开展减碳策略，目前减少温室气体的手段主要分为源头控制、过程控制和末端控制。

源头控制是指开发新能源以摆脱对化石能源的依赖，主要包括太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能等。数据显示，2021年，中国核电集团全年发电量为1826.37亿千瓦时，同比增长18.61%，创历史新高。其中采用核能形式的发电量为1731.23亿千瓦时，同比增长16.71%；非核清洁能源，如风电、光伏发电95.14亿千瓦时，同比增长68.69%。

过程控制是指在温室气体排放源处设置相应技术来减排。在火力发电厂，可以利用碳捕获与封存技术来实施对二氧化碳的捕集，并封存地下或海底，使大气中的碳重新回归岩石圈，主要采用电化学捕获、液体吸收法和物理吸附法等。世界上最大的碳捕获与封存技术工厂位于冰岛，每年可储存4000吨二氧化碳，相当于把790辆汽车的年碳排放量封入地下。目前，碳捕获与封存技术的成本和一些技术难关依旧限制了其规模化发展。

源头控制和过程控制均是在减少向大气中直接排放二氧化碳，但无法处理那些分散的碳排放源和当前大气中现有的二氧化碳，因此需要一些末端技术来实现深层次的脱碳。常见的末端技术是生物质能的碳捕集与封存。该技术被认为是可行性最高的负碳技术，通过农作物或植物的生长来吸收大气中的二氧化碳。但是利用该技术需要大量的土地，这可能会引起粮食、淡水危机。还有一些其他技术，包括陆地增强风化、海洋碱化，均是提升生态系统能力来去除大气中的碳。直接空气捕获与封存技术，是指通过大型风扇提供稳定的大气流动，并结合化学工艺直接将空气中的二氧化碳进行捕获。该技术在一定程度上减轻了土地和水源的负担，但捕获一吨二氧化碳的成本约为600美元，成本是阻碍其发展的重要原因。

根据联合国环境署声明，去除大气中温室潜能值更高的甲烷，是在短时间内解决气候变化的另一有效途径。国外学者布伦奈斯将经过铜处理的沸石颗粒加热至310℃，可以百分百去除大气甲烷，这为未来使用热催化技术来对抗气候变化提供了基础。光催化技术是利用在紫外光的激发下，光催化剂内形成电子—空穴对，产生具有较强的还原性羧基活性基团，氧化大气甲烷。目前出现了一种太阳能热气流发电系统与光催化相结合的新系统，可实现超稀薄大气甲烷的大规模、零能耗捕集与高效降解，被最新出版的联合国政府间气候变化委员会年度报告认为是新兴负排放技术。

（第一作者系武汉理工大学土木工程与建筑学院教授、博士生导师，第二作者系武汉理工大学土木工程与建筑学院研究助理）