随着全球碳预算年度预测显示，2023年化石燃料二氧化碳（CO2）排放量将达到36.8亿吨，比2022年增长1.1%，应对气候变化的需求变得日益迫切。碳捕获技术能够降低二氧化碳排放并减缓全球变暖，是一项令人振奋的新技术。但究竟什么是碳捕获？它又如何助力可持续未来？本文将探讨碳捕获技术的工作原理、用途、面临的挑战以及它在应对气候灾难中发挥的关键作用。

了解碳捕获：基础知识

那么，什么是碳捕获？从根本上说，碳捕获是一种防止发电厂或工业活动排放的二氧化碳进入大气的技术。捕获后的二氧化碳要么被封存在地下，要么用于其他用途，从而防止其造成温室效应。为了降低大气中的二氧化碳浓度，这一过程是碳捕获与封存（CCS）或碳捕获、利用和封存（CCUS）的关键组成部分。

碳捕获包括三个主要步骤：捕获、运输和储存或利用。二氧化碳从发电厂等产生的气体中分离出来，然后压缩并通常通过管道输送到储存地点或用于工业用途。长期储存方面，二氧化碳可以注入深层地质构造；或者，它可以被回收利用，制成合成燃料和混凝土。截至2024年，全球45个商业碳捕获与封存（CCS）装置每年捕获约5000万吨二氧化碳。尽管这仅占全球排放量的一小部分，但该技术的可扩展性对于应对全球变暖至关重要。

碳捕获的工作原理：技术和方法

要全面理解碳捕获的概念，必须先了解其背后的技术。目前有三种主要的二氧化碳捕获方法，每种方法都适用于不同的应用场景：

1. 燃烧后捕集

利用这种技术，二氧化碳是从化石燃料燃烧后（通常是在发电厂）排放的烟气中提取的。二氧化碳被胺类等化学溶剂吸收后，再进行分离和压缩。燃烧后捕集技术可以应用于现有工厂，因此具有广泛的应用前景。例如，位于德克萨斯州的佩特拉诺瓦项目是目前最大的碳捕集与封存（CCS）设施之一，自2017年以来，该项目每年利用燃烧后捕集技术捕集超过140万吨二氧化碳。

2. 燃烧前捕集

在此过程中，燃料在燃烧前会转化为二氧化碳和氢气的混合物。二氧化碳分离后，氢气即可作为清洁燃料使用。整体煤气化联合循环（IGCC）电厂等设施经常采用这种技术。尽管该技术非常有效，但由于需要进行大规模的基础设施改造，因此对老旧电厂进行改造应用受到限制。

3. 富氧燃烧

该技术在富氧环境中燃烧化石燃料，产生的烟气主要由二氧化碳和水蒸气组成。水冷凝后，二氧化碳很容易分离。富氧燃烧虽然前景广阔，但仍处于大规模应用的示范阶段。

此外，诸如直接空气捕集（DAC）等新兴技术正在拓展碳捕集的范围。DAC直接从大气中提取二氧化碳，而不仅仅局限于工业排放源。像冰岛的Orca设施这样的DAC装置，每年可捕集4,000吨二氧化碳，由Climeworks等公司运营。尽管DAC需要消耗大量能源，但它能够消除过去的排放，这对于实现净零排放目标而言具有革命性意义。

另请阅读：碳捕获与封存（CCS）的经济可行性：平衡成本与气候效益

碳捕获在应对全球变暖中的作用

通过减少进入大气层的二氧化碳量，碳捕获对于防止全球变暖至关重要。2023年，大气中二氧化碳浓度将达到百万分之420（ppm），创下数百万年来的最高水平，二氧化碳是导致气候变化的主要温室气体。全球约16%的二氧化碳排放来自钢铁和水泥等难以减排的行业，而利用碳捕获与封存（CCS）技术捕获和储存二氧化碳可以大幅减少这些行业的排放。

此外，碳捕获技术有助于向低碳经济转型。例如，加拿大边界坝设施自2014年以来已吸收超过500万吨二氧化碳，这表明捕获的二氧化碳可用于提高石油采收率或生产低碳燃料。通过二氧化碳的再利用，碳捕获、利用与封存（CCUS）技术通过为企业提供经济激励，促使其采用该技术，从而兼顾经济和环境目标。

根据国际能源署（IEA）的说法，碳捕获与封存（CCS）技术可以通过在2050年前减少1.5%的全球排放量，帮助实现《巴黎协定》将全球升温幅度控制在15摄氏度以内的目标。这凸显了该技术对于实现净零排放的重要性，它需要与其他策略（例如提高能源效率和发展可再生能源）相结合。

碳捕获的挑战和局限性

尽管碳捕获技术潜力巨大，但仍存在诸多障碍阻碍其广泛应用。成本是其中一项重大障碍。根据技术和碳源的不同，开发和运营碳捕获与封存（CCS）工厂的成本可能在每吨二氧化碳50至100美元之间。虽然成本正在下降——据全球碳捕获与封存研究院（Global CCS Institute）的数据显示，过去十年已下降了35%——但仍需大量投资才能扩大部署规模。

另一个挑战是能源消耗。碳捕获过程，尤其是直接空气捕获（DAC）技术，需要大量能源，如果这些能源来自化石燃料，则会增加排放。例如，DAC装置每吸收一吨二氧化碳大约需要消耗2,000千瓦时的电力。为了使碳捕获与封存（CCS）设施发挥最大的环境效益，必须使用可再生能源为其供电。

障碍还包括监管体系和公众接受度。尽管研究表明，管理良好的二氧化碳储存设施，例如挪威的斯莱普纳项目（自1996年以来每年储存100万吨二氧化碳），拥有卓越的安全记录，但一些社区仍然对二氧化碳储存持怀疑态度，因为他们担心泄漏。为了建立信任，强有力的法律和公开透明的监管必不可少。

另请阅读：碳捕获创新：我们准备好扩大规模了吗？

结语

那么，什么是碳捕获？为了减轻全球变暖的影响，这项革命性的技术可以捕获二氧化碳排放，将其安全储存，或将其重新利用。碳捕获是气候行动的关键组成部分，因为它可以通过DAC实现负排放，并解决难以减排的行业的排放问题。尽管成本和能源消耗方面仍然存在问题，但新的发展和立法支持正在为其发展打开大门。在全球二氧化碳排放量持续上升的背景下，必须扩大碳捕获的规模，以确保可持续的未来。

另请阅读：碳储存与碳捕获技术的协同作用