让地球环境升温的罪魁祸首‘二氧化碳’，有没有可能变废为宝？

　　答案是肯定的，特斯拉的创始人马斯克先开了脑洞。

　　2021年12月中旬，美国太空探索技术公司（SpaceX）创始人马斯克就宣布启动一项从大气中分离二氧化碳、并将其转化为火箭燃料的计划。

　　当然，这项计划并不一定是出于环境意识考虑，更多是商业敏感性的驱动——SpaceX发射火箭所要到达的火星，是一颗大气中充斥着二氧化碳的星球，如果这项技术能成立，意味着能就地取材解决掉最关键的燃料问题。

　　这已经不是马斯克首次对二氧化碳改造术表露兴趣。在2021年更早的时候，马斯克已经启动了一个专项基金，往里砸了1 亿美金奖金，花钱买“改造二氧化碳”的想法。

　　环保先锋比尔盖茨，反思起来更朴素直接。2020年开始，比尔盖茨已经向一家能够从空中吸收二氧化碳的公司购买一定的碳抵消量，用于抵消掉一家人乘坐私人飞机出行时的高额燃油碳排放。

　　不管是商业考量还是个人环保意识觉醒，二氧化碳温室气体令气候变暖已经无需赘述。如何控制住二氧化碳的排放，同时兼顾经济持续增长，是一个需要反复拷问的议题。

　　但想要鱼与熊掌兼得的人们，很早就发挥智慧，开始尝试“改造”二氧化碳。从空气当中吸收、运输、封存、利用，这也就是常说的“CCUS技术”（Carbon Capture，Utilization and Storage 碳捕获、利用与封存）。

　　把眼光拉回国内。在“双碳”目标发布之后，作为碳中和的一项关键技术，相关的碳捕集项目自2021年以来正如火如荼落地。

　　2021年12月，国家能源集团江苏泰州电厂宣布建成国内火电领域规模最大的二氧化碳捕集示范建设装置，收集的二氧化碳多达50万吨。有统计显示，2021年以来，国内已公布的CCUS设施建设计划超过了100个。

　　CCUS技术走到台前，证明了其作为最直接有效的降碳方式，正在重新被得到重视。但现阶段无可否认的是，这依旧还是一项身处摇篮、并且在争议中匍匐前进的技术。

　　把碳吸收起来，然后呢？

　　收集二氧化碳的方式目前一般是用胺液，或者膜分离法。二氧化碳如何收集，是一个技术问题，但如何消纳，则是一个更复杂的市场问题。

　　一个并不罕见的现象是，部分二氧化碳捕集装置在建成后便陷入停用状态，就算真的形成示范项目落地，也很难谈得上赚钱。

　　行业对二氧化碳的充分消纳利用，探索的时间比想象中更早。

　　早在上世纪的20年代，美国的天然气储气层开发已经用到了二氧化碳。又过了50年，上世纪70年代，一些美国的油田开始利用二氧化碳去提高油田的采收率。

　　具体而言，在油田中注入二氧化碳，使得原油的体积膨胀，挤出的原油也就更多。在连通器效应下，一端出油，另一端所充入的二氧化碳也被顺理成章封存在了油田当中。

　　这看起来是一项能多采油、又能封存温室气体的巧思，因此也成为了二氧化碳被收集之后，应用最广的一种方式。

二氧化碳封存示意图

　　驱油虽好，科学家们也没有放弃寻找更合适安放二氧化碳的地方——毕竟地壳底部本来就有二氧化碳的存在，这种封存方式都很难保证完全杜绝逸散问题，因为油田，地壳和咸水层本身都不是一个完全密不透风的封闭体系。

　　另外，不管是用二氧化碳驱油、驱替煤层气，还是转用咸水层封存，这几种目前的常见选项只是简单把碳存了起来，而二氧化碳还是二氧化碳。

　　如何更高效利用二氧化碳，是横在有“碳价天花板”之称的CCUS技术推广面前一项最大的问题。

　　行业并没有放弃思考，思考之余，包括马斯克在内，CCUS领域的资本今年开始正在逐步到位。

　　一直被诟病环保意识不强的贝索斯，2021年早些时候，他的亚马逊气候促进基金就投资了一家二氧化碳封存公司（CarbonCure Technologies），主要研究如何在新型建筑材料领域发挥作用。

　　没过多久，投资机构淡马锡也领投了加拿大一家固体吸附剂技术开发商“Svante”的D轮7500万美元融资，后者致力于思考如何进行水泥行业减排；另外，汽车公司雪佛龙也投资了一家将二氧化碳制造成为碳酸盐聚合物的公司；在国内，36氪数日前也报道了由红杉中国种子基金领投的“碳能科技”。

　　如何放大二氧化碳的价值？还没有一个明确统一的答案。

　　二氧化碳=淀粉+燃油+．．．．．

　　一个好消息是，2021年以来，行业里面涌现了各式各样的改造二氧化碳尝试。

　　其中一项有意思的探索是，用二氧化碳合成淀粉。淀粉是目前人类粮食的主要组成部分，也是一种关键的工业原料，一般而言，淀粉需要依靠植物光合作用产生。

　　不久前，来自天津工业生物所的消息是，科研人员构建了一种将二氧化碳、以及电解后产生的氢气，合成淀粉（分子式为（C6H10O5）n）的人工路线。

　　天津工业生物所副研究员蔡韬在新华社报道里提到，人工创造淀粉的意义在于更加高效。实验室初步测试显示，人工速率是自然速率的8.5倍，如果在能量供给充足的情况下，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量，就相当于国内5亩玉米地年产淀粉量。

　　也就是说，以后的农作物，不再需要太多土地和水资源就能完成种植，在实验室一方小小的培养皿上，就可以有源源不断的淀粉。更性感的是，人工合成淀粉的中间产品，还可以发酵生产醇/酸/酮等等平台化合物，用于生产塑料、橡胶这些高附加值产品。

　　和马斯克的思路一致，宝马和奥迪等车企大力选择的改造二氧化碳路线，是把它做成燃料。奥迪还给这类燃料起了一个颇有新意的名字，“电子柴油”。

　　奥迪此前发布的示意图可以看出，可以通过电解水产生氢气，这部分氢气与二氧化碳在一定的催化作用下结合成碳氢化合物，再分离出来，用于生产合成柴油燃料，以及能被化妆品和化学工业使用的蜡质。

奥迪电子柴油示意图

　　燃料、淀粉还是蜡质，这些都是含碳含氢的化合物。单从元素来看，二氧化碳都能有这种进行化学性改造的可能。

　　另一种思路是，用二氧化碳的物理属性发电，也就是用一定条件下的超临界二氧化碳，代替传统热力发电过程中的水蒸气，去驱动发电机发电。

　　2021年12月8日，中国华能集团有限公司正式宣布，国内自主研发建造的首座大型二氧化碳循环发电试验机组完成72小时试运行，在西安华能试验基地正式投运。根据央视的报道，相比传统蒸汽发电，二氧化碳发电的优势是体积小、效率高并且污染小。

　　不过，目前二氧化碳造淀粉、燃料、蜡质和发电，都还在设想阶段。理想很美好，现实很骨感，实际落地还需要克服层层技术和设备阻碍。

　　但这些发散性思维并非没有价值，在CCUS技术当中，碳捕集是几个环节中成本较大，且目前国内技术突破薄弱的一环，如果下游能有更有比封存更有新意的二氧化碳应用场景，能够创造出更高附加值的产品，那么二氧化碳才能真正具备正向经济效应，驱动上游产生更多的技术突破。

　　从这种角度来看，围绕二氧化碳改造的思路多多益善。

　　帮 CCUS 摆正位置 

　　一直以来，碳捕集和应用没有快速发展，也是因为行业中存在一种隐忧。

　　有行业人士向36氪表示，如果未来直接从工业领域吸取二氧化碳不再昂贵，那么是否还有继续发展零碳清洁能源的必要，或者说，这是否让清洁能源的研发产生懒惰心理？

　　这种基于人性的猜测不是空穴来风。但一种更合适的立场是，两者并不是一种对立关系——CCUS更像是一项能为人类工业大量排碳兜底的技术，是一项“打破玻璃”后的紧急手段。

　　在一些绝对无法杜绝产生二氧化碳的工业场景，要实现零碳基本只能靠CCUS。有研究报告显示，国际能源署曾预测，到2050年全球钢铁、水泥行业仍然剩余约34%、48%的碳排放量，因此，CCUS技术的意义就此体现。

　　另外有行业人士向36氪分析，以船运场景为例，2023年相关的组织机构已做出船只限制碳排放的规定，而显然，在所有船只顺利切换清洁能源之前，含碳能源的使用并无法避免。

　　因此，CCUS可以充当一种清洁能源普及前的过渡方案。有研究表明，到2050年，化石能源仍占国内能源消费比例的10%—15%，火电加装CCUS搭配使用，会是未来协调多种电力构成的一项技术手段。

　　北京理工大学副校长魏一鸣在一次采访中，就帮CCUS摆正了位置，他概括了未来CCUS将扮演几个重要角色：

　　这是碳中和下剩余化石能源净零排放的选择；是火电行业具有竞争力的技术手段；是钢铁水泥等减排难度大的行业净零排放为数不多的方案；也是未来能源体系和化工工艺流程提供绿碳的主要来源；CCUS与新能源耦合的负排放技术是实现碳中和的托底技术保障。

　　在多个场合，魏一鸣也提到了研发CCUS的紧迫之处——如果不尽快加速CCUS技术商业化，导致大规模技术推广滞后，将错失低成本发展机会，额外付出1000亿-3000亿美元的代价，减缓气候变化的成本平均将升高138%。

　　第二次工业革命以来，工业提速和碳排增长两者之间还没有脱钩——有数据表明，第二次工业革命带来第二产业快速崛起的同时，随之而来的是，温度至今已经升高了1.5℃，而人类可以承受的极限是增长2℃。

　　2℃对于所有沿海城市来说都是一场浩劫，届时，上海，马尔代夫都会浸入水中。二氧化碳的改造术，是人类一次伟大而坚决的冒险行动。