减排新思路：固碳利用技术

李伟

2021年11月召开的联合国气候变化大会，再次彰显了全球各国加强气候合作的决心，碳减排、碳中和成为岁末年初的热词。固碳利用技术，指二氧化碳在生态系统中的固定和利用技术：以二氧化碳为主要原料制成产品。这是碳减排的一条重要途径。

Air Company以二氧化碳为原料生产的伏特加

近日，俄罗斯《新闻晨报》报道了中国的两项固碳利用技术。一是超临界二氧化碳循环发电实验机组完成72小时试运行，正式投产。整套机组的发电功率为5兆瓦。虽然功率不大，但它是目前世界上装机容量最大的超临界二氧化碳循环发电机组，其内部最高温度可达600摄氏度，最大压力可达20兆帕，堪比“即将喷发的火山”。

二氧化碳发电技术利用的是超临界二氧化碳出色的流动性和热传导性。超临界状态的二氧化碳，其流动性超过水和水蒸气，可将更多的热能转化为机械能。二氧化碳发电的技术原理，可以简单地理解为把推动轮机的水蒸气换成超临界状态的二氧化碳，利用高温高压的二氧化碳推动轮机的叶轮输出机械能。

二氧化碳动力循环系统的优势体现在几个方面。首先是成本相对低廉;其次是在高温环境中的状态比较稳定，不易燃，对金属的腐蚀性也较弱;最后是该系统兼具蒸汽和燃气循环系统的优点。

俄媒关注的中国另一项固碳利用技术，是将煤炭、石油、天然气等化石能源使用过程中产生的二氧化碳转化为三嗪醇。生成1吨三嗪醇可消耗1吨二氧化碳。这是目前二氧化碳利用率和固定率较高的一种碳利用模式，在这个过程中消耗的能量也较少。二氧化碳一旦被以这种形式“封印”，便很难再进入大气。

三嗪醇用途广泛，主要可用于生产高分子材料。例如用三嗪醇可以合成高分子材料三嗪胺，比传统的生产方法节省50%的原料。三嗪胺高分子材料的全球市场需求量达到千万吨级，且将以每年10%左右的速度增长。

三嗪胺可应用于燃煤烟气的脱硫、脱硝处理，无须进行废水和烟气二次处理。它还可用于生产漂白剂、杀菌剂等精细化工产品，中国国内的年市场需求量达到百万吨级。

俄罗斯《新闻晨报》指出，目前俄罗斯正仿效中国，开展二氧化碳工业固定利用技术的研究，有实验项目正在推进中，通过先进的工艺流程生产固体三嗪醇，其纯度高于85%。如果实现大规模工业化应用，每年可有效转化利用二氧化碳上亿吨。

On Running公司开发的“低碳鞋”

据英国《新科学家》杂志报道，欧美各国的众多科技公司也致力于开发固碳利用技术和产品。

在一个“仓库实验室”中，尼古拉斯·弗兰德斯站在一个洗衣机大小的闪闪发光的金属箱子前。箱子里是一种新型电解器，只需水和电力，它就能将二氧化碳转化为合成燃料——一氧化碳和氢气的混合物。氧气是这一转化过程中唯一的副产品。

弗兰德斯是初创公司Twelve的联合创始人兼首席执行官。这家公司以取代化石原料作为目标，以由金属催化的碳转化技术为基础，开发“负碳”化学品、材料以及燃料，替代工业和供应链中的产品。2021年8月，Twelve公司的设备通过电解二氧化碳生产出了合成燃料。

Twelve是许多利用二氧化碳制造产品的公司之一。这些公司利用的二氧化碳，要么是从工业排放物中捕获的，要么是直接从空气中捕获的。伏特加、人造钻石和运动服等商品，混凝土、塑料、泡沫和碳纤维等工业材料，甚至食品，都可以用二氧化碳制造。为了减排，各低碳技术公司人员绞尽脑汁，在科技的助力下，把对二氧化碳的利用“玩”出了新花样。

2021年9月上市的瑞士运动鞋品牌On Running意识到，要实现激进的“零排放”目标，就得重新考虑制鞋材料。该公司的愿景是，其所有制鞋材料摆脱以石油为基础的资源，用捕获的碳作为原料。2021年11月，该公司宣布与初创公司LanzaTech和化工制造商Borealis建立供应链联盟。LanzaTech是碳技术行业的先驱，该公司使用一种发酵工艺，利用从工厂废气中收集的二氧化碳制造乙醇。Borealis是先进、循环和可再生塑料制品供应商，利用乙烯（乙醇可以转化为乙烯）来制造泡沫材料。On Running希望在2022年推出第一双完全由碳废弃物制成的鞋子。该公司联合创始人兼执行董事长卡斯帕·科佩蒂表示，第一款“低碳鞋”的制造成本约为100美元。

初创公司Air Company成立于2017年，销售用二氧化碳制造的伏特加和香水，还生产用于应对新冠肺炎疫情的洗手液。Air Company使用水和太阳能发电设备，将捕获的二氧化碳转化为乙醇，生产出世界上第一种“负碳伏特加”。传统的伏特加通过发酵富含淀粉的作物（例如小麦或土豆）制成。这个生产过程会产生大量二氧化碳。“负碳伏特加”仅由水和二氧化碳制成，其生产过程实际上消耗了空气中的二氧化碳，也就是说，“碳痕迹为负”。据了解，生产1升伏特加可以消耗约450克二氧化碳。此外，Air Company还把目光投向燃料，利用二氧化碳制造合成燃料。

加拿大清洁能源技术公司CarbonCure是建材领域的巨头，正在引领混凝土行业走向低碳的未来。该公司获得“突破能源风险投资基金”（BEV）等投资方的支持，致力于解决混凝土的“碳利用”问题。凭借其突破性的二氧化碳转化技术，这家公司开发出一种经济的方法来减少混凝土制造过程中的碳排放。

CarbonCure的商业模式是将其技术授权给混凝土制造商。CarbonCure对北美各地的混凝土工厂进行了改造，将它们转变为碳技术公司（二氧化碳由公司所在地区的废物排放源提供）。其专利技术可将废弃的二氧化碳注入混凝土材料中，以减少二氧化碳排放，并提高材料的强度。二氧化碳与潮湿的混凝土发生反应，迅速凝结成一种矿物，与石灰岩的成分相同。这种混凝土的成本效益和性能都更高，对环境的影响也更小。这种混凝土制造方法能够将水泥的使用量减少约5%。

机械工程专家、“全球管理二氧化碳倡议”项目负责人沃尔克·西克表示：“扔掉有价值的资源是一种浪费。碳的美妙之处在于，你可以用它制造很多不同的东西。”他和许多二氧化碳再利用的倡导者都认为，人们更应该考虑的不是摆脱对化石燃料的依赖，而是通过可持续的方式利用化石燃料。“固碳利用技术的低成本化，是从根本上实现碳减排的方式。”这不仅有助于缓解气候变化，还能提供人们需要的碳基产品。

不过，固碳利用技术也引發了一些争议。环保运动组织“地球之友”的负责人迈克·蔡尔兹表示，创新在遏制气候变化方面的确发挥了一定的作用，但这些“脑洞技术”是否能够实现大规模应用还是个未知数。“这可能是对人类和地球的一场豪赌。”他认为：“从源头上减少碳排放才是阻止全球变暖的最佳和最经济的方式。”

编辑：姚志刚  winter-yao@163.com