如今,幾乎所有人都知道CO 2 增多的事實和後果了:越來越熱的夏天、越來越短的冬天、世界各地各種極端異常氣候等。我們每個人都在品嘗著苦果,更糟糕的是,有研究表明,CO 2 含量增加還可能讓人變笨!
由於人類的工業活動,大氣中CO 2 含量有增無減,對人類的危害愈來愈嚴重。想避免這個厄運,只有減少大氣中的CO 2 。但是,減少CO 2 太難了,我們很難完全不用化石能源,也很難不用各種工業產品,這些過程必然會產生CO 2 。我們該怎麽辦呢?
用CO 2 開采石油
其實,要減少CO 2 含量,並不意味著一定要減少化石能源的使用,恰恰相反,開采更多化石能源將可能有助於減少大氣中的CO 2 。
你可能迫不及待地提出異議了,燃燒化石能源會產生CO 2 ,那麽,多開采化石能源怎麽可能減少CO 2 ?這絕對不可能!
不要著急反對,先讓我們看看CO 2 在開采化石能源中到底起什麽作用吧。
開采石油主要分為三個階段。第一是初級生產階段,打出生產井並鋪設地面運油管道後,下部地層中的壓力將石油推入管道中,這個階段將能開采出儲油層中大約10%的石油;當地底壓力與地表壓力持平,不足以推動粘稠的石油時,就開始了第二階段,通常將水或瓦斯泵入管道,以沖洗出更多的石油,這個階段可以回收20%~40%的石油。第三階段是產油最多的階段,即向儲油層中註入高壓瓦斯,這個時候CO 2 就可以派上用場了。
高壓CO 2 註入油田後與原油形成混合物,能使原油體積膨脹並降低原油粘度,把原油推入管道中。CO 2 作為伴氣隨原油一起出地面後,經油氣分離、重新壓縮、補充後再註入油田中使用。這個階段可以回收高達60%的石油。
你看,在石油生產過程中,確實可以用上CO 2 。而CO 2 帶出更多的石油並不是唯一的好處,更大的好處是,生產越多的石油,將有越多的CO 2 被利用並長久地封存在原本儲存著石油和天然氣的儲油層中。
為什麽CO 2 可以被封存在儲油層中呢?它能被「關押」多久?儲油層原本就是多孔的地質結構,它的縫隙不僅能「關押」更多的CO 2 ,還能有效分散氣壓,瓦斯不至於很快沖出地表。而且儲油層的下方通常有一層地下水,在開采石油的過程中,還有一個註入水沖洗油層的階段,一上一下兩層水層就構成了關押CO 2 的「水牢」。
在美國、歐洲一些國家和中國的多處油田中,都已經在使用CO 2 幫助開采石油了。科學家們發現,當CO 2 被註入儲油層時,大約90%到95%的CO 2 成功被「關押」在石油曾經被困的「地牢」中。至於能「關押」多久,看看石油和天然氣就知道了,大約是「無期徒刑」吧。只要人類不去釋放或開采,它們都別想再見天日了。
捕獲大氣CO 2
不過透過多生產石油來減少大氣CO 2 還有一個前提,那就是被「關押」的「犯人」必須是已排放或準備排放到大氣中的、而不是其他來源的CO 2 ,比如原本封存在海底或地底的CO 2 ,否則就適得其反了。那麽,我們如何捕獲大氣CO 2 呢?
捕獲CO 2 主要有兩個途徑,一個是捕獲已經存在於大氣中的CO 2 ,另一個是捕獲即將排放到大氣中的CO 2 。捕獲大氣中CO 2 的裝置其實很簡單也很常見,你自己也可以嘗試在家做一台,因為主體裝置僅僅是一台排風扇。瑞士蘇黎世城的近郊區,有一座回收CO 2 的工廠,它的屋頂上豎立著18個洗衣機大小排成矩形佇列的風扇。當風扇開啟時,會吸入大量空氣,空氣中大部份瓦斯僅僅只是「路過」,但是CO 2 將被風扇「留下」。這是因為風扇中有一層與CO 2 「難舍難分」的化學物質塗層——CO 2 將溶解在氨水、有機醇胺等塗層中。當它們「飽餐一頓」後,再更換塗層。接著將「吃飽」了CO 2 的塗層加熱到100℃,它們就會再次吐出純CO 2 了。這台機器能在一年內捕獲90萬千克的CO 2 ,該工廠靠轉賣CO 2 盈利。
捕獲即將排放到大氣的CO 2 的方法有三種,分別是燃燒前脫碳、燃燒後脫碳和富氧燃燒技術。燃燒後脫碳與捕獲大氣CO 2 的風扇法相似,同樣收集燃燒後的瓦斯並用化學物質吸附CO 2 。燃燒前脫碳和富氧燃燒技術原理相似,讓煤等化石能源與氧氣充分反應,這樣產生的瓦斯主要為氫氣和CO 2 ,瓦斯成分比較單一,分離更加簡單一些。
CO 2 還能做什麽
我們捕獲了CO 2 ,除了在開采石油時把它埋起來,還能拿它怎麽辦呢?科學家們給它找到了好幾條出路。
首先,可以像上述的瑞士公司一樣,將CO 2 賣給做肥料的公司。將CO 2 投入到裝滿氨水的鍋爐中,它們可以反應生成化肥碳酸氫銨。相似的原理,CO 2 和氫結合能產生碳氫化合物,也就是我們常用的化石能源。當然,這個過程需要大量的能量,如何獲取廉價能源成為這個方法能否實作的關鍵。
運用太陽能生產碳氫化合物是目前最常見的方法,瑞士蘇黎世聯邦理工學院開發的太陽能工廠正是為此而生。太陽能反應器透過集中太陽放射線能產生約1500℃的熱量,這些熱量能將從空氣中捕獲的CO 2 和水分解並加工成液態碳氫化合物。一個占地為一平方千米的太陽能工廠每天可以生產2萬升石油。
第二個方法,CO 2 和水與玄武巖在一起可以變混凝土。玄武巖是一種鈣、鎂、鐵含量高的巖石,它與CO 2 發生化學反應,能生成碳酸鹽礦物質——混凝土的成分之一。美國哥倫比亞大學和英國南安普敦大學等多機構的研究人員共同進行了相關實驗,研究人員把CO 2 與水混合,然後註入到地下400~800公尺深處的玄武巖層中。兩年後,他們發現,巖層中只剩下5%左右的CO 2 了,其他的CO 2 全跑到了巖石中。玄武巖是地球上最常見的巖石型別之一,用它消耗CO 2 生成混凝土,也是一個不錯的選擇。
目前最流行的高科技材料——碳復合材料、碳纖維、石墨烯等都離不開碳原子,那麽能不能利用CO 2 獲得它們呢?美國華盛頓大學一個研究團隊正在使用「熔融電解法」將CO 2 轉化為碳奈米管。他們將CO 2 溶解在碳酸鹽溶液中,接著在溶液兩端放入陰陽兩個電極,CO 2 被電解成氧氣分子和碳原子,碳原子在陰性電極附近聚整合碳奈米管。這種碳奈米管強度比鋼更大,導電性也很高,可以被用於制造波音飛機和一些跑車的外殼。
除了這些方法外,用CO 2 生產塑膠等化學材料、用CO 2 作為碳肥讓海藻等植物吸收等都是目前正在試驗的利用CO 2 的方法。
當然,在再次利用CO 2 的過程中,同樣會消耗大量能源。如何降低能源成本,不再重復產生CO 2 ,也是亟待解決的問題。