【康沃真空網】工業革命以來，人類已經排放了大約2000億噸二氧化碳。根據IPCC（政府間氣候變化專門委員會）最新報告，相比于工業革命前，人類活動造成了全球升溫約1.0℃，如果繼續以目前的速率升溫，全球升溫可能會在2030年至2050年達到1.5℃，而這會導致更頻繁的極端天氣、生態災害等一系列影響。
二氧化碳的去除對于限制全球變暖至關重要。除了大幅減少排放外，還需要大規模部署碳清除解決方案，以消除歷史和殘留的二氧化碳排放，到2050年實現凈零排放，并最終實現凈負排放。
為了恢復空氣中二氧化碳的平衡，大量科學研究表明，到本世紀中葉，每年需要從空氣中永久去除100億噸二氧化碳。聯合國最新的報告指出空氣直接碳移除技術的重要性，是人類應對氣候危機的關鍵技術，直接空氣碳捕獲（DAC）技術讓實現零碳成為可能。
什么是DAC技術？
直接空氣碳捕獲（DAC）是一種直接從大氣中提取二氧化碳的技術。它就像一座大型的二氧化碳“吸塵器”，可以吸收空氣中的二氧化碳，并轉化為有用的材料，或注入地質封存地進行長期封存。
直接空氣碳捕獲分為DAC溶液系統和DAC固態系統兩種。其步驟如下：
▲ DAC溶液系統與DAC固態系統原理圖
首先將空氣通過工業級風扇吸入DAC系統。
● DAC溶液系統將空氣通過化學溶液（如氫氧化物溶液），從而去除二氧化碳。該系統通過施加高溫實現化學品的回收，同時將剩余的空氣返回到大氣。
● DAC固態系統利用能與二氧化碳化學結合的固體作為吸收劑，捕獲二氧化碳然后形成化合物。新形成的化合物置于真空下加熱時與化學劑分離，釋放出濃縮的二氧化碳，可以被收集起來用于后續的儲存或使用。
▲ DAC固態系統運行示意
DAC技術優勢
DAC技術的優勢主要在于可以對數以百萬計的小型化石燃料燃燒裝置以及數以億計的交通工具等分布源的二氧化碳進行捕集處理。
此外，與其他主要針對固定源捕獲的技術相比，DAC裝置的布置地點具有更大的靈活性。且DAC技術可與其他二氧化碳捕獲和封存技術結合使用，對儲存中泄露的二氧化碳進行捕捉。
DAC技術與真空
對于DAC的發展，真空技術也可以成為其中的重要參與者。
如上文所述，被捕獲的二氧化碳被釋放后，可以使用真空泵提取，并通過管道泵輸送到深層地質層。通過自然礦化，二氧化碳與玄武巖發生反應，并在幾年內變成石頭。
利用真空泵提取二氧化碳的好處在于對環境的影響更小，而且可以當場利用從而避免遠距離傳輸。
Climeworks公司通過DAC技術捕獲二氧化碳，并創新使用Busch普旭的干式爪式真空泵提取過濾出的二氧化碳，為減緩全球變暖做出積極而重要的貢獻。因而被授予2021年度“Busch 普旭真空技術創新獎”。上圖為德國馬德堡普旭總部的頒獎儀式，來源：普旭真空。
當然，二氧化碳可以在真空泵提取后進行運輸，再應用于其他工業領域，如碳化飲料、水泥制造、與氫結合以制造合成低碳燃料等等。
DAC技術發展現狀
據國際能源署（IEA）統計，目前全球有19座DAC項目正在開發或運行，分別位于加拿大、歐洲和美國。已建成最大的DAC裝置位于冰島，每天捕獲大約10噸二氧化碳，并注入地下將其儲存在玄武巖中實現礦化封存。
▲ DAC項目外部的大型風扇
據外媒報道，美國能源部（DOE）今年也公布了一項投資計劃：計劃投入35億美元資金，在2022至2026財政年度期間用于直接空氣碳捕獲。美國能源部相關負責人表示，這次的計劃擬支持在美國境內設立4個百萬噸級別區域DAC集群，發展碳移除產業。項目建成后，將能夠每年捕獲和封存至少100萬噸二氧化碳。
IEA估計，為了幫助世界到2050年實現凈零排放，直接空氣捕獲技術預計在2030年捕獲超過8500萬噸二氧化碳，預計在2050年達到9.8億噸。
▲ 2010-2021年DAC項目全球CO2 捕獲量，來源：IEA
▲ IEA預計至2050年DAC項目發展情況，來源：IEA
然而，現今DAC技術的碳捕獲成本依舊是阻礙其發展的主要原因。以目前的技術來估計，每噸碳捕獲成本達到了200美元以上。DAC技術涉及的裝置主要有捕集裝置、吸附或吸收裝置、脫附或再生裝置。改進空氣捕集裝置提高二氧化碳捕集率是降低成本的關鍵。對吸附裝置以及脫附裝置的改進和研究至關重要。
除此之外，開發兼具高吸附容量和高選擇性的吸附材料也是DAC技術未來商業化應用的另一項重要舉措。想要實現二氧化碳的零排放，需要我們共同努力。
