碳捕获XPrize大奖赛
时间：2022-09-22 09:29:30
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[导读]穿越阿曼和阿拉伯联合酋长国北部的海岸，哈迦山脉起伏的巨大山峰若隐若现。这些陡峭的山峰主要由橄榄岩组成，这种岩石能够吸收空气中的二氧化碳并将其转化为固体矿物。这些山脉能够存储数万亿吨人为造二氧化碳排放，但天然的碳矿化过程非常缓慢。
赢得二氧化碳清除竞赛可获得1亿美元奖金。
穿越阿曼和阿拉伯联合酋长国北部的海岸，哈迦山脉起伏的巨大山峰若隐若现。这些陡峭的山峰主要由橄榄岩组成，这种岩石能够吸收空气中的二氧化碳并将其转化为固体矿物。这些山脉能够存储数万亿吨人为造二氧化碳排放，但天然的碳矿化过程非常缓慢。
伦敦创业公司44.01找到了加速这种过程的方法。为此，44.01公司正在与另一家伦敦创业公司零排放技术公司（Mission Zero Technologies）合作，该公司已经开发了一种可从空气中捕获二氧化碳的节能方法，其通过哈迦（Hajar）的项目计划在阿曼建立了一个示范设施，每年从空气中提取1000吨二氧化碳，每天向橄榄岩中注入约3到4吨二氧化碳。一座120吨容量的试验工场计划于2023年上半年上线。
这一目标明确、雄心勃勃的愿景，使哈迦计划成为XPrize碳移除大奖赛的100万美元里程碑奖的15名获胜者之一，该赛事于今年4月底启动。XPrize基金由伊隆•马斯克建立，主要资助从空气中提取二氧化碳并将其封锁的方法，在该领域是迄今为止最雄厚的财源（1亿美元）。从1100多个参赛团队中获胜的15个团队必须证明其拥有切实可行的方法、规模可扩展的计划和成本估算。碳移除与直接通过烟囱进行的碳捕获不能混为一谈。空气中的二氧化碳浓度非常低，从中提取二氧化碳的复杂性和成本要高得多。但联合国政府间气候变化专门委员会在2022年4月的一份报告中表示，为了防止全球变暖相对于前工业化水平的温升超过1.5℃这一威胁生命的阈值，碳移除已“不可避免”。脱碳方法越来越受欢迎，包括马斯克、比尔•盖茨和谷歌母公司Alphabet在内的知名投资者和投资方已向有潜力的解决方案投入了数百万资金。最近，拜登政府也宣布了一项35亿美元的计划，用于大规模碳移除。
15个获奖方法包括使用化学品直接进行空气捕获（DAC）、将农田废弃物转化为木炭并掩埋、种植水藻或海藻，以及调整海洋的pH值进而提升其吸收二氧化碳的自然能力。团队只要能证明自己的技术能够以每年至少1000吨的规模运行，就能参与角逐2025年颁发的5000万美元大奖。加州大学洛杉矶分校碳管理研究所的负责人高拉夫•桑特（Gaurav Sant）说，巨大的规模和二氧化碳的转化方式将决定一种方法能否对全球年均近360亿吨的碳排放产生一点点影响。该研究所有两个项目（SeaChange和BeyonDAC）都已参赛，但均不在15个里程碑奖获胜者之列。任何有意义的方法都需要将二氧化碳气体转化为稳定的物质，而不是仅将其掩埋在可能会泄露的地下。“奖金之所以重要，是因为它们能激发乐观的情绪。”桑特说，“我们需要开发一整套组合解决方案，采用多种方法实现目标。同时，我们既要稳健又要周全，不仅技术开发如此，二氧化碳的最终归宿也应如此。”并非15个获胜者在有意义地减少碳排放方面都具有相同的潜力。乔治亚理工大学研究碳捕获的化学和生物分子工程师克里斯托弗•琼斯（Christopher Jones）说，例如，有5个项目依靠的是以陆地为基础的技术，类似生物发电、种植藻类、种植树木或添加废弃物制成的木炭以改变土壤成分等。这些方法的成本较低，捕获每吨二氧化碳的成本不到100美元，“但要想捕获大量的二氧化碳，就必须改变大量的土壤。”他说，“到2060年，我们需要每年捕获100亿吨二氧化碳进而实现负排放，而陆地和生物方法的规模只能扩大到几十亿吨。”琼斯引用美国国家科学院最近的一份报告说，在已知的碳移除技术中，有两种技术最有前途。其中一种是直接空气捕获，另一种是碳矿化。“要将这些项目的规模扩大到所需的每年100亿吨，我们面临的最大障碍是投入、协调和合作。”直接空气捕获已经开始了，全球约有20个项目正在进行中。大多数项目都依靠大型风扇，通过价格并不便宜的液体或固体材料从空气中吸入二氧化碳，然后燃烧天然气来加热混合物，去除二氧化碳和再生成吸收材料。直接空气捕获的缺点是化石燃料能源的使用量大，且成本高昂。北卡罗来纳州卡里的Sustaera公司是6个采用直接空气捕获的获胜者之一，该公司找到了解决这个碳移除难题的方法。该公司的首席技术官拉格胡比尔•古普塔（Raghubir Gupta）在发电厂和工业厂房从事了20年的碳捕获工作。“我们有一项其他人没有的优势，那就是实际经验，可以将这项技术的规模提高到每天捕获1000吨二氧化碳。”他说，“在这种背景下研究直接空气捕获，我们认为，真正起作用的两项最重要因素是成本和规模，而不是过程的效率。”Sustaera公司使用了价格低廉的碳酸钠来吸收二氧化碳，将材料涂在催化转化器中使用的高比表面积陶瓷支架上。古普塔说，高比表面积会增加吸附剂的接触，并大大提高二氧化碳的吸收率。Sustaera公司没有燃烧化石燃料来进行加热，而是采用焦耳加热方式，让电流通过导体来产生热量，从而分离二氧化碳并再生成吸附剂。涂有碳酸钠的陶瓷支架包含导电材料，例如碳纳米管。可再生的电力能够局部加热吸附剂并引发二氧化碳释放。在全工况情况下，Sustaera的系统每天将能够捕获超过3000吨二氧化碳，每吨成本不到100美元。古普塔说，目前该公司正在其北卡罗来纳州三角研究园区的研发场地建设一个产量为每天1吨的设施，预计将于2023年底完工。在Sustaera公司专注于降低直接空气捕获成本的同时，哈迦计划希望通过矿化将直接空气捕获与永久性碳存储结合起来。首先，项目合作伙伴零排放技术公司使用了溶剂捕获高塔上排放气体中的二氧化碳。然后，用电化学电池分离二氧化碳。该工艺使用的能源仅是常规热分离方法的1/3。“它完全依靠现有材料、化学品和现成设备实现。”零排放技术公司的联合创始人希拉迪亚•高希（Shiladitya Ghosh）说。冷却塔和电化学电池技术在全球无所不在，“因此，制造系统是已建成并可用的。”创业公司44.01则将二氧化碳与水混合，然后通过工程钻孔将其注入橄榄岩，能在不到一年的时间内形成碳酸盐矿物。“通过在地下建立催化物理和化学特性，例如压力、温度和碱性平衡等，我们加速了反应。”该公司的联合创始人卡兰•希姆基（Karan Khimji）说。44.01公司与其合作伙伴一样，使用现有石油和天然气行业中的设备。希姆基说：“我发现这很好。我们利用石油和天然气行业中的资源来解决它们造成的问题。”在未来的阿曼示范设施中，现场的可再生电力可为碳移除和矿化供电。另一项竞争优势是持久性：“这可以消除二氧化碳的存在；它在地下也不会以气态形式存在。”他说。加州大学洛杉矶分校的桑特说，在大规模碳吸收方面，海洋的能力是无可匹敌的。3个XPrize里程碑奖获得者拥有以海洋为基础的碳移除平台。他说，不过要解释一下，这种方式的大规模影响在于将二氧化碳稳定在海水中，而非地质构造中。实现该目标的方法是提高海洋对二氧化碳的自然吸收率。加拿大新斯科舍的Planetary Technolo-gies公司的方法可能是最有趣的。提高碳含量会导致全球海洋变酸。该公司用净化矿山废弃物来制造温和的抗酸剂从而恢复海水的pH值，这将有利于从空气中提取更多二氧化碳，同时还能降低酸化带来的损害。该公司表示，其矿山废弃物净化技术还能生产用于能源的氢和用于电池的金属。通过这种方式，该公司可一次解决几个不同的问题：碳移除、氢的绿色生产、矿山废弃物清理和海洋修复。2025年的世界地球日将宣布XPrize碳移除大奖的最大赢家。不过当然，琼斯说，没有一个全赢的方案。所有碳移除技术都各有利弊，而且也要承担意外后果的风险。“这个问题太大了，需要十几种不同的技术共同做出一点贡献。”他说。
作者：Prachi Patel
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