海洋有“管理”大气中CO2的“钥匙”?

加州大学洛杉矶分校的高拉夫·桑特( Gaurav Sant)说，为了帮助清除大气中积累的大量二氧化碳，“我们必须从大自然中汲取灵感。”

目前，清除大气中累积的大量二氧化碳，遏制全球气候变化，还没有简易的办法。1月12日，美国《加州大学洛杉矶分校》网站刊载韦恩·刘易斯(Wayne Lewis)的文章说[1]， 该校的研究人员提出一种策略是，通过海水每年诱捕几十亿吨CO2。这值得深入研究......

大多数专家一致认为，遏制气候变化，以及随之而来的全球变暖、极端高温事件和更强风暴，需要从大气中清除二氧化碳和其他温室气体。但是，由于人类每年排放约370亿吨二氧化碳，目前捕俘二氧化碳的策略似乎无法达到预期的效果。

现在，UCLA的研究小组提出了一种途径，可以帮助每年从大气中提取几十亿吨二氧化碳。这种技术并不直接捕俘大气中的二氧化碳，而是从海水中提取，使海水吸收更多的二氧化碳。因为，单位体积海水所含二氧化碳约为空气150倍。

他们的研究成果，发表在美国化学学会(ACS)《可持续化学与工程》杂志上。它描述了UCLA研究人员的理念，称“单步”的碳扣押与封存，简称sCS2。但免费下载阅读的范围还有些限制。[2]

资深作者、UCLA碳管理研究所主任与UCLA萨姆厄工程学院萨姆厄研究员、土木与环境工程和材料科学与工程教授Gaurav说，“为了缓解气候变化，需要移除大气中的二氧化碳，量级为每年约100-200亿吨。” “要实现这么大规模的方案，必须从大自然中汲取灵感。”

由于大气和海洋处于平衡状态，如果从海洋中提取二氧化碳，那么大气中的二氧化碳就会溶解到海洋中。在这种情况下，海水就像一块吸收二氧化碳的“海绵”。它已经吸收了大量的二氧化碳，而sCS2过程的目标是将它榨干，让“海绵”再从大气中吸收更多的二氧化碳。

这个拟议的技术包括一个液流反应器，即连续供应原料并产出制品的系统。海水流过一网状物，使电荷能通过它进入水中，使之变成碱性。这会引发一系列化学反应，最终将溶解的二氧化碳与海水中原有的钙和镁相结合，形成石灰石和菱镁矿。这个过程与贝壳的形成过程类似。流出的海水耗尽了溶解的二氧化碳，准备再吸收更多的二氧化碳。除矿物质外，反应的副产物氢，是一种清洁燃料。

原理图：简要说明UCLA 研究小组的“单步”碳扣押与封存概念。

UCLA研究小组提出的方法，除其潜在的规模高达每年几十亿吨外，重要的优势在于超越其他移除大气中积聚二氧化碳的理念。

所谓的“单步”，用以区别于其他的概念。后者要求从大气中提取二氧化碳，需经多步浓缩过程之后才能封存。虽然某些计划提议将捕俘的二氧化碳封存在地质构造中，如枯竭的天然油-气田，但有二氧化碳泄漏重新进入大气的危险。相比之下，sCS2能以固体矿物的形态“持久”地封存二氧化碳。

UCLA加州纳米系统研究所的Sant说，“把二氧化碳变成岩礁的好处是，没有什么不良后果。”

研究报告的第一作者、原UCLA项目助理教授、现在德克萨斯大学阿灵顿分校助理教授Erika Callagon La Plante补充说，“持久、安全和永久储存，是我们解决方案的前提。”

这个团队对实现这个概念所需材料、能源输入、成本，以及如何处理副产品进行了详细的分析。考虑到碳排放的巨大挑战，不出所料的是，他们估计，每年固碳100亿吨，要建近1800个sCS2装置，成本高达万亿美元。

Sant说，“很显然，管理和减少二氧化碳排量首先是个经济挑战。”“现今的许多碳管理方法，或者需要的清洁能源比我们能生产的还多，或者负担不起。因此，需要制定的解决方案既要可行，又不会使世界陷入贫困。我们试图用实用主义的眼光，既考虑能源和财政资源有限，又考虑怎样实现规模空前的综合干预。”但是，消耗的能源和经济成本还是嫌太高了，值得更深入地研究、改进。

研究人员仍然相信，即使较小规模的sCS2系统，也是碳捕俘与封存技术的进步，应视作任何潜在的、应对气候变化总体战略的组成部分。

资料与注释：

1. Wayne Lewis，Could the ocean hold the key to reducing carbon dioxide in the atmosphere? UCLA，January 12, 2021

2. Erika Callagon La Plante et al., Saline Water-Based Mineralization Pathway for Gigatonne-Scale CO2 Management, ACS Publications，January 12, 2021