本周，随着世界各国领导人在格拉斯哥召开 2021 年联合国 COP26 气候变化大会，气候变化成为人们关注的焦点。
关于应用碳封存、碳捕获、碳转化和碳固定等反碳技术和方法能否在去除当今最丰富的温室气体二氧化碳方面产生重大影响，行业内有很多讨论。
以下是对这些术语含义、技术现状以及其实际应用情况的简要介绍。
碳捕获
碳捕获 通常指从化石燃料（如煤、石油或天然气）发电厂的烟囱以及制造和生产设施等各种来源去除二氧化碳的过程。
捕获还指直接从大气中去除二氧化碳，称为二氧化碳去除（CDR）或直接空气捕获（DAC）。
然而，发电厂或工业设施烟囱排出的烟气含有量更高的碳，约为 10% 至 15% 的二氧化碳。与此同时，大气中二氧化碳的浓度约为 400 至 450 ppm（百万分之几），约占 0.04%。
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加州理工学院应用物理学和材料科学教授 Harry Atwater 表示：“大气中的二氧化碳浓度之高足以对辐射强迫和气候变暖产生影响，但从捕获的角度来看，其浓度非常低。”“因此，人们必须开发出巧妙的方法来捕获然后将二氧化碳浓缩成纯流。”
例如，瑞士公司 Climeworks 是碳捕获领域的领先公司之一。在欧洲，有十多个直接空气捕获设施使用类似风扇的机器从空气中过滤二氧化碳，然后加热捕获的分子并将其泵入地下。
另一家公司，如 Carbon Engineering，则通过喷洒一种基本化学物质，如氢氧化钾，来结合并吸收空气中的二氧化碳（它是酸性的）。
Atwater 表示：“有多种直接空气捕获技术正在被研究。还有从海洋中捕获二氧化碳的方法，”例如他正在参与的 ARPA-E 项目，该项目获得了能源部的资助。
几份《国家学院》报告指出，需要认真考虑那些能主动从大气中去除二氧化碳的技术，将其作为应对气候变化的众多解决方案之一。
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哥伦比亚大学地球与环境科学教授 Peter Kelemen 表示：“在如何将二氧化碳与其他气体分离方面做了大量工作。”“当然，一旦捕获了它，就必须将其储存在某处。”
碳固定与封存
在 Kelemen 看来，封存和固定“几乎是同义词”，只是当二氧化碳的储存是“永久性的”时，才使用固定一词，例如通过地质封存等方法。Kelemen 提到，例如，位于北海的挪威 Sleipner 项目将高压下的致密二氧化碳流体储存在海底下的孔隙空间中。
然而，地下碳固定有一个主要缺点——Atwater 指出，该技术的主要市场是提高化石燃料采收率，公司希望将加压二氧化碳注入现有的石油和天然气储层以获取更多产品。
他举例说，提高采收率（EOR）行业的从业者可以声称他们是净碳负的，因为他们从技术上讲是将二氧化碳从空气中提取并注入地下。“但他们所做的也是提高甲烷（一种温室气体）和二氧化碳的采收率，”他说。因此，一个总是需要问的重要问题是，公司所采用的整个过程是否是净碳负、正还是中性的。
冰岛正在使用 Climeworks 和 CarbFix 的组合技术，不仅捕获二氧化碳并将其泵入地下，还将其永久地以固体形式储存。这些含碳矿物质，主要是“碳酸盐”，如方解石和菱镁矿，可以储存二氧化碳数千年。
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Atwater 表示：“如果存在有利的地层允许被固定的二氧化碳转化为固体形式，那么它就会变得更加地质稳定，我们可以说它被安全地固定了，而不用担心它会再次被排放出来。”“CarbFix 设法理解了注入的二氧化碳与矿物地层之间的反应，从而创造了稳定的碳酸盐。”
Atwater 认为，简单地将多余的碳埋入地下，不如将二氧化碳固定成具有经济价值的可销售产品。“幸运的是，许多公司和科学家已经走上了这条道路。许多研究人员考虑将固态碳嵌入建筑材料中，如钢材和水泥，这是一个已经排放密集型行业，”Atwater 说。他还补充说：“如果我们能利用所有过去制造建筑材料产生的二氧化碳，并将其转化为我们可以使用的材料，如碳纤维复合材料和其他更良性储存碳的形式呢？这将是一种无限期的储存方式。”
与固体碳储存相比，还有另一种不太无限期的碳储存方式：作为燃料。
汽油（一种液态碳氢化合物）等化石燃料在我们的汽车中与氧气发生燃烧反应，产生二氧化碳和水。许多科学家一直在试验逆转这种反应的方法，将二氧化碳和水转化为燃料和氧气。
Atwater 和加州理工学院是能源部资助的 Liquid Sunlight Alliance 的一部分，该联盟的目标是研究如何利用太阳能来驱动这种燃料形成反应的反向过程。这种方法的一大好处是能够为航空、航运和钢铁生产等难以脱碳的行业重新利用燃料。
Atwater 表示：“这可以是飞机燃油，可以回收[然后]在飞机上重复使用。它将是零碳的，因为您将二氧化碳转化为燃料与燃料燃烧产生二氧化碳的过程相平衡。”“这将是一种生产可再生航空燃料的方式，而这正是许多航空公司感兴趣的。”
这个想法已经取得了很大进展。一家名为 Twelve（以元素周期表中碳的原子质量命名）的湾区公司正在致力于将二氧化碳转化为燃料。一家名为 Atmosfair 的德国公司也通过将风力涡轮机产生的氢气与捕获的二氧化碳结合来制造合成二氧化碳中性航空燃料（其第一位客户是 汉莎航空）。
碳的成本
在未来几年，专家们需要权衡我们从大气中清除二氧化碳的一些选择的利弊。
Kelemen 表示，即使是植树造林和创造自然生物质来储存碳等传统方法，在实施和维持方面也可能面临挑战。“在发展中国家进行重新造林在政治和伦理上存在问题，因为砍伐树木的人有其原因，并且可能拥有土地。”“平原绿化和生物燃料生产存在问题，因为它们与粮食生产争夺可耕地。”
此外，Kelemen 解释说，新森林只有在森林或海洋中的海带森林生长期间才能去除大量碳。“一旦它们达到‘稳态’（例如，成熟的森林），由于生长而吸收二氧化碳的速率就不比由于植物呼吸和‘死亡’生物质分解而排放的二氧化碳的速率大多少。”
为了维持一个大型森林碳汇，必须持续收获植物并防止其腐烂。
与此同时，碳捕获和封存技术的一个巨大问题是价格标签。Atwater 说：“如果你只是要封存碳，就需要工业化社会的公民和领导人同意为储存碳的成本提供补贴。”“目前还没有一个全球公认的每吨碳价格，这也是一个问题。”
虽然碳信用市场正在企业界兴起，但目前，储存方法的供需之间存在差距。Atwater 说：“我们根本没有足够的技术来满足需求。我们正处于一个奇怪的时刻。”“对碳信用的需求高达数万亿吨，而目前的产能只有数千吨。”
大多数反碳技术都处于起步阶段。也没有大型基础设施支持其增长和扩张。Atwater 说：“碳负技术，除非你只是将捕获的二氧化碳重新泵入地下，否则它们将不得不创造新的产品，如燃料、特种化学品和材料。”“大型市场是燃料、水泥和钢铁。这些是我们以万亿吨规模生产的东西。”
这些技术有时会笼罩在争议之中——主要是因为许多人认为捕获和储存让化石燃料公司逃避了对其巨大碳足迹的责任。Atwater 说：“为了让大气中的碳含量达到我们可持续的水平，即低于我们目前的水平并恢复到工业化前的水平，我们将需要尽可能地对我们的一切进行脱碳和电气化。”但对于那些“几乎不可能脱碳”的行业来说，储存为有效利用这些排放提供了机会。
