根據比爾-蓋茨在他的氣候書中所說，全球范圍內，工業生產過程占溫室氣體排放總量的31%，發電占27%。兩者都是使用和燃燒煤炭、石油和天

根據比爾-蓋茨在他的氣候書中所說，全球范圍內，工業生產過程占溫室氣體排放總量的31%，發電占27%。兩者都是使用和燃燒煤炭、石油和天然氣等化石燃料產生的溫室氣體。

因此，在二氧化碳漂浮到大氣中之前，將其捕獲是減緩全球變暖的關鍵因素。即可以在發電廠和工廠（包括鋼鐵制造設施等）排放二氧化碳時進行捕捉，這種技術被稱作碳捕集技術。

2022年4月，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布了其第三工作組報告，重點是緩解氣候變化。在概述的排放限制措施中，碳捕獲和儲存被列為實現凈零排放的必要途徑，特別是在鋼鐵和化工生產等難以脫碳的行業。

過去10年里，雖然碳捕獲技術取得了不少創新和改進，新的碳捕獲過程可節省更多能源，但鑒于成本高昂，碳捕獲技術一直未曾騰飛。

不過，一直有不少科學家在致力于降低碳捕獲技術成本，并為收集的二氧化碳找到其他用武之地。

最近，美國太平洋西北國家實驗室（Pacific Northwest National Lab ,PNNL）的科學家們發現了一種創紀錄的低價碳捕獲方法，采用新技術后，每噸碳捕獲成本降至39美元，被同行評議的科學雜志稱為“最便宜”的碳捕集技術。

以采用直接碳捕獲技術為例，即直接在空氣中吸走存在的二氧化碳。這個成本可能為每噸200美元或更多，像瑞士ClimeWorks公司就正致力于這項技術。如果從煙氣中捕獲二氧化碳，則平均成本在46美元每噸。

更重要的是，在工業流程中，如制造鋼鐵、水泥、化肥、紙漿和造紙以及生物能源，都可以通過這種新技術減少二氧化碳排放。尤其是未來在綠色水泥和鋼鐵制造中的使用。

這項技術究竟是怎么做到低成本捕集碳的呢？

如何以39美元一噸的價格捕獲碳？

PNNL的技術使用了溶劑化學，從源頭上清除二氧化碳，而不是從空氣中吸走它。

當氣體從發電廠或工廠出來時，就會馬上被輸送到一個非常大的房間。同時，一種液體從房間的頂部噴下來。氣體上升，液體下降，兩種物質混合。經過處理的氣體從房間頂部離開，含有二氧化碳的液體被吸走。

之后，該液體被加熱，直到二氧化碳作為氣體被釋放。釋放后的二氧化碳被壓縮并儲存運輸到其他地方。剩余的液體，在去除二氧化碳氣體后，被冷卻并送回該過程的第一階段。

這個系統非常大，每小時會抽取400萬升液體。

PNNL系統比其他碳捕集系統便宜的原因在于，它是在2%的水中運行，而不是多達70%的水，這是以前類似碳捕集技術的瓶頸所在。

通常，加熱水需要很長的時間和大量的能源。這就像在平底鍋上加熱油與煮沸的水，油的溫度上升得更快。因此，PNNL系統采用這個原理，用類似于油的東西取代了水。在系統中去除水后，整個碳捕集過程變得更加便宜。

不過，即使有這種創新，碳捕捉系統也需要大量的能源，主要來自于連接碳捕集系統的發電廠。

一個已安裝的碳捕集機將使用發電廠產生的多達30%的能量來去除90%的二氧化碳。這被稱為碳捕集技術的 "寄生負荷"。為了恢復全部能源能力，發電廠將不得不燃燒更多的能源。

即便如此，該技術最終將在每兆瓦凈發電量的基礎上減少87%的二氧化碳。

目前，這項技術由美國能源部和SoCalGas（一家天然氣分銷公司）各出資一半來資助研究，大約為120萬美元。

創建一個財政激勵機制，為二氧化碳找到用武之地

通常，這些碳捕集系統是非常昂貴的，在一個電力反應堆上安裝一個將花費7.5億美元。因此，如果沒有嚴格的政府授權或財政激勵，發電廠或工廠主運營商一般不會花這筆錢。

為了使這項技術在經濟上更有吸引力，PNNL的研究人員開發了一個較小的模塊化反應器，該反應器將把碳捕集系統中1%到2%的溶劑泵入另一個較小的模塊化反應器，并利用它來制造公司可以銷售的產品，比如甲醇、甲烷或其他類型的碳酸鹽產品。

圖說：步入式通風柜內裝有碳捕獲和轉化系統，可以簡單有效地去除氣體中的二氧化碳。在通風柜的左側，氣體排放物被引導通過一個圓柱形容器，其中包含一種能夠與二氧化碳發生化學反應的溶劑。在右側，二氧化碳轉化為甲醇。

來源：Eric Francavilla | 太平洋西北國家實驗室

用二氧化碳來制造甲醇并不新鮮，但是在一個連續流動的系統中捕獲碳，然后將其轉化為甲醇，是非常難得的。傳統上，捕獲和轉化作為兩個不同的步驟發生，由每個過程獨特的、通常是非互補的化學成分分開。

以甲醇為例，作為現存產量最高的化學品之一，被稱為“平臺材料”，其用途廣泛，是人類制造的第三或第四大化學品。目前甲醇被用于數百種普通產品，包括塑料、油漆、汽車零部件和建筑材料。它還可以成為卡車、公共汽車、船舶、燃料電池、鍋爐和爐灶的能源來源。

如果碳捕集裝置能同步生產甲醇并出售，能提供經濟來源，從而可以降低捕獲二氧化碳的成本。目前市面上，每加侖甲醇售價為1.2美元，生產20加侖甲醇可以消耗一噸的二氧化碳。

專家表示，如果我們能夠用二氧化碳衍生的甲醇取代化石生產的甲醇，這可以成為制造燃料和化學品的負碳化學方法之一。

目前，中國的綠色甲醇技術也比較成熟，主要采用的是煤制甲醇，尤其在山西，作為焦炭生產省份，焦化總產能約1.4億噸，可以制取綠色甲醇約1400萬噸，消納二氧化碳超1200萬噸。

雖然制取甲醇過程中消耗了二氧化碳，但它還需要氫氣，而氫氣本身需要能量來生產。不過，中國南方科技大學創新創業學院院長劉科認為，在煤制甲醇的應用場景中，氫氣可以由可再生能源來制造，如太陽能和風能，同時副產氧氣供煤氣化用，就能夠解決很多排放問題。

在PNNL系統中，除去一部分被用來制作甲醇的二氧化碳外，其余的將被封存。一般來說，封存二氧化碳比捕獲它要便宜得多。根據國際能源署的報告，美國一半以上的二氧化碳封存成本低于每噸10美元。

方法是將二氧化碳注入地球地下830米的玄武巖處，幾年之后，二氧化碳氣體會與巖石發生反應，轉化為一種穩定的碳酸鹽固體，永久地儲存在地下。

參考資料：

[1]https://www.pnnl.gov/news-media/scientists-unveil-least-costly-carbon-capture-system-date

[2]https://www.cnbc.com/2023/01/24/new-technique-from-us-national-lab-to-remove-co2-at-record-low-cost.html

[3]https://cleantechnica.com/2023/01/26/carbon-capture-for-less-than-40-a-ton-its-possible-says-pnnl/

[4]二氧化碳加氫制甲醇有望迎來產業化

[5]https://cj.sina.com.cn/articles/view/3860416827/e619493b019015tgc?from=finance