導讀：“30·60碳中和”目標是中國在氣候領域做出的承諾，將為全球氣候變化事業帶來重大突破。目前實現碳中和的方法，大多致力於從排放端進行控制，那麼換個思維，從空氣中捕捉已經排放的二氧化碳，可行嗎？ 如何從天平右端入手更好地完成雙碳目標？在此過程中面臨哪些挑戰和機遇？對此，觀察者網專訪了哥倫比亞大學終身教授、地球工程中心主任、美國青年科學家總統獎獲得者陳曦。

哥倫比亞大學終身教授、地球工程中心主任接受觀察者網專訪

【採訪/觀察者網 劉惠 整理/邢曉楠】

觀察者網：您講過要實現碳中和的?標，可以從天平右端入手，從空?中?規模捕集?氧化碳是必不可少的?段之?。如何理解？我們可以怎麼做？

陳曦：

如果把碳中和看作天平，可以這樣理解：天平左端是現在排放二氧化碳的企業和產業，需要減排。左端的砝碼要降下來，用的技術包括清潔能源、能效提升、節能減排、電能替代、能源網際網路等方式。

天平右端是現在碳匯能力（carbon sink，指透過植樹造林、植被恢復等措施，吸收大氣中的二氧化碳，從而減少溫室氣體濃度地過程），我們到底能夠吸收多少碳？這裡麵包括碳的捕集、利用和封存以及負排放。

左端的很多技術目前不太成熟，太陽能、風能要進一步大規模利用，真正取代化石能源的話，必須解決儲能問題。全世界科學家幾十年來投入上千億美元，目前除鋰電池之外沒有看到下一個儲能的曙光。

同時，我們看一下天平右端。如果一味依賴生態系統，靠植樹造林的話，自然界吸收空氣中二氧化碳的能力是以數萬年為單位，想短時間靠大規模種樹來吸收二氧化碳，一定程度上不符合自然界規律和生態平衡。

解鈴仍須繫鈴人。碳是工程化手段排放，如果天平右端能用工程化手段增加碳的吸收能力，能極大減輕左端天平壓力，也就是現在很多企業面臨的能源結構轉型的迫切壓力。

國際能源署明確指出如果沒有CCUS碳捕捉利用封裝技術，每個國家排放目標都無法實現，這也是對天平右端定義。我們現在要聚焦的就是天平的右端，事實上，紅杉資本提出十大領域當中，三個跟天平右端直接掛鉤，過去考慮光伏風電等，現在考慮的是工業化減碳。

我們應該發展兩個全新產業鏈，目前不存在，但相信以中國的能力、中國全產業鏈體系可以短時間打造兩個產業鏈，一個是碳捕集、另一個是碳利用。碳捕集可以用空氣方式捕集二氧化碳，碳利用可以用多種方法，比如用化工方法把二氧化碳變成燃料和原料，用生態方法提升富碳農業等等，最後助力達成碳交易、碳經濟，從此碳交易以實實在在的數量衡量。

我們提議以碳捕集和碳利用為核心形成工業網際網路圖。在這三個板塊當中捕集是核心，有捕集才有後續，捕集要集中排放源又要面向空氣捕集，其他比如說交通業排放都到空氣當中。

碳捕集和碳利用為核心的工業網際網路圖。圖片來源：觀學院

接下來是利用，各個行業需要的二氧化碳等級不一樣，富碳農業需要二氧化碳濃度非常低，植物已經足夠進行光合作用。所以說，下游需要什麼上游捕集就提供什麼，這樣形成一個最最佳化碳足跡。最後多餘的進行碳封存，這三個板塊形成一個工業網際網路體系。

從全球來看，因為二氧化碳問題是全球問題，像印度、非洲等地，還沒有開始大規模排放。他們一旦開始大規模排放，碳問題將會面對集中考驗。一般來說，二氧化碳的集中排放和移動排放各佔一半，我們特別關注移動排放，因為移動排放意味著能夠把碳捕集利用做成分散式，這樣的市場讓第三方資本非常容易進入，能更好地推動普及和商業化。

不同的排放源有不同的排放特性，比如像化工行業排放的二氧化碳濃度比較高，交通、農業排放二氧化碳濃度比較低，用的捕集手段也相應地不一樣。目前，集中捕集還有很長一段路要走，當前中國所建成的電廠，最大的剛剛才進入除錯階段，集中捕集設施年捕集15萬噸，我們每年碳排放量100億噸，中間差十萬個數量級。

能源革命戰略下中國碳排放軌跡（2000-2030）。圖片來源：廣州交易所集團

分散式捕集從空氣當中捕集，優點在於可以遍地開花，以少勝多，最終達到很大規模體量。空氣捕集可以非常完美銜接下游的利用，因此減少了運輸成本，而這對集中捕集運輸是一個非常大的考驗。

空氣捕集也是唯一能夠使大氣中二氧化碳含量下降的技術，是唯一的工程化負排放技術，也是唯一能夠最終實現人類負排放的目標技術。

我並不是第一個提出空氣捕集的人，但是為什麼世界很多人沒有把空氣捕集這個事兒做成？因為空氣捕集線性思維還是用集中捕集思維。

無非就是二氧化碳酸性氣體，用鹼水進行酸鹼中和反應可以捕集二氧化碳，這裡面最大問題是捕集完總得把二氧化碳分離出來拿去交易或者製造成產品，一旦二氧化碳吸附脫離出來，酸鹼蒸發反應倒過來一定要加熱加壓，這就意味著有更多能耗輸入，造成更多排放，事實上在很多集中捕集中，為還原吸附劑加熱代表的化石能源造成的排放會多於捕集碳。有人說廢熱行不行？理論可行，但喪失空氣捕集移動性的優點。

我們首先從科學原理顛覆它，二氧化碳只溶於水才能變成碳酸進行酸鹼中和反應，很多人忽略了水分子化學反應式。

溫度控制下可逆化學反應。圖片來源：觀學院

我們十年前在世界上首次提出，在奈米約束環境下，相當部分的水合反應可逆，只要控制溼度可以讓某些化學反應正向和逆向進行，二氧化碳吸附和脫附只要控制空氣溼度就可以，我們用石墨烯做這個實驗，二氧化碳濃度很快變化，可以吸附和脫放二氧化碳，濃度都是幾百個PPM對應空氣當中濃度。

任何多孔材料都可以做這個事情，吸附二氧化碳離子之後顏色變化，二氧化碳濃度也變化，只需要最後把響應材料吹乾。

過去幾年，我們一直深化完善這個技術，到今天我們已經成功發展出十個系列，包括能夠直接面向空氣捕集，也能夠直接面向集中排放源捕集，也能夠面向天然氣脫碳一系列材料，製造工藝、量產等已經很成熟，且成本極低，一噸這樣的材料造價在一萬人民幣左右，材料可以每天處理一畝左右的二氧化碳，幾分鐘可以實現一個迴圈。

特別針對低濃度碳脫除非常有競爭力。只需要一個化工的裝置，操作簡單，佔地面積小，比集中捕集的裝置便宜一個數量級左右。

成本和二氧化碳的濃度密切相關，如果二氧化碳濃度比較低，1%的二氧化碳用富碳農業，運營成本基本是零，如果濃度比較高的話，我們運輸二氧化碳的成本也要三四百一噸，這和電廠集中捕集二氧化碳的成本相當，而且電廠捕集還有非常昂貴的每噸每公里一百塊的運輸成本，我們這裡沒有運輸成本。

空氣捕集模組化示範系統。圖片來源：觀學院

我們捕集到二氧化碳之後，就可以將它應用。第一個大的應用點在富碳農業。植物光和作用所需濃度較低，如果把捕集的濃度過高的二氧化碳稀釋完再給大棚植物用，無疑是巨大的浪費。

這個時候，把我們的新型材料放進大棚，當週圍的空氣比較乾燥，它就會從中吸收二氧化碳。周圍環境變到溼潤的時候，它就可以把二氧化碳釋放出來，一個大棚可以實現約20%左右的增產。同樣，透過陽光房的設計，也可以提升藻類光合作用和產量，藻類也可以助力畜牧業和漁業的發展。

用工程化的手段掌控和駕馭碳迴圈，將二氧化碳變廢為寶。圖片來源：觀學院

第二個大的領域是低碳水泥。全世界所有的原材料，水泥的用量遠遠超過各種有色金屬，而水泥本身有碳吸收能力。如果我們在水泥預製件剛成型的時候，把二氧化碳封存到水泥件裡面去，就可以在提升水泥本質的同時將水泥的效能增強，是一舉兩得的事情。

按照歐盟現在的碳匯體系，可以算碳匯，國家可以給補貼。把二氧化碳放在水泥裡面，水泥的強度、抗滲性、耐磨、耐腐蝕性都有增強，本身水泥價值也會上升。而且我們也並不需要純二氧化碳，只需要濃度很低的，幾十塊一噸的20%濃度的二氧化碳就夠。

除了水泥以外，像鋼渣這些建築骨料也都可以透過碳養護的形式，把碳永久地固定下來。雖然說這個方面和中國現在100億噸地排放量還是不成比例的，但是可以先實現零到一的轉變，先進入這個行業，制定有關標準，那麼之後，中國甚至能夠出口有關的技術和標準。

觀察者網：您剛講了農業和建築上的應用，在商業方面碳捕集會有哪些應用？碳捕集和碳利用會帶來哪些科技創新和產業機遇？

陳曦：

在商業方面，比如說鮮花。在二氧化碳氛圍中，鮮花花期可以從一週延長一個月甚至更長，從此鮮花不一定非用飛機運，甚至可以用卡車運。

例如啤酒裡的氣泡。我們生產製造一批專門的二氧化碳捕集的生態系統和氣泡水系統，就可以應用到啤酒生產裡。

再比如天然氣升級、油田助產都是分散式新賽道。綜合碳捕集和碳利用的工業網際網路體系，可以形成分散式碳中和為基礎的一個零碳、負碳迴圈經濟體，由產業革命帶動振興鄉村經濟，把碳迴圈、能源迴圈、水迴圈囊括在一起。

碳中和天平右端能夠給我們帶來很多新的顛覆性的科技創新與產業機遇。透過分散式按需捕集，結合多路徑分濃度綜合利用，能夠將二氧化碳變廢為寶，以創新鏈驅動CCUS（碳捕獲、利用與封存）產業鏈，打造新的經濟增長點和新賽道。

觀察者網：在能源結構調整??，中國?前的進展如何？需要克服哪些困難？

陳曦：

人類社會發展必須以能源支撐，能夠滿足人類巨大經濟體量的能源只有三個：太陽能、核能、還有化石能源。

過去100年，主導化石能源，它最便於開採，能量密度也高，成本最低，但帶來的碳排放問題為全世界所關注。然後是核能，我認為核能被耽誤是非常可惜的，因為一些災害造成它頻頻進入大眾視野，核能得到穩健開發後應該是能夠擔起主力的。

最後就是太陽能。我們說的氫能戰略，本質上還是要用太陽能電解水來獲取氫能。目前，太陽能最大的問題是效率已經到了極限，無法再往上升。雖說中國是世界上光伏產業最領先的，太陽能的單位成本已經降到全世界最低了，但其成本也快降到極限了。

而且太陽能也不是萬能的，它有幾個嚴重的缺點。首先，太陽能面板製造所產生的高能耗是一個問題。第二，太陽能面板在5~10年之後報廢回收，也是會佔用很多的社會資源。

第三，最致命的一點就是間歇性。太陽能每天只有四五個小時比較頂峰，一到傍晚就什麼都沒了。如果說家庭級的儲能系統還能頂一頂的話，電網級的儲能系統目前還沒有看到曙光。

在這種情況下，我們企業該怎樣來調整能源結構？一方面，從能源結構上來說，電能替代是一個大趨勢，因為電能是最快的，可以省掉過去用管道來運輸化石能源的時間。電能調配、數字化也會相對更方便，有利於最佳化效率。但並不是每行每業都適合用電能的，即使光伏的電能解決24小時穩定性，仍然有很多新的問題。

比如，現在的製造業、採礦業，很多時候還是要靠大規模的熱能。再比如鍊鋼行業在實際的生產過程當中，像化學合成這些步驟都需要用到熱能。我們認為最終某一天，全社會都用電能。可在當前情況下，如果把用熱能的地方全用電能來代替，就會遇到一個新的大問題——能源效率的問題。

電從哪裡來？要麼從光伏來，要麼從電廠來。包括到2030年，我們絕大部分電還是會從電廠來。電廠把熱能轉化成電能，這個過程中三分之二的熱能被浪費掉了，只有三分之一能變成電能。

如果工廠需要用熱能，而現在用電爐來提供熱能的話，就會平白無故地把三分之二的熱能丟棄掉，成本也會有巨大的上升，實際上是很不划算的浪費行為。所以一部分這樣的企業是否需要一刀切。轉換到電能替代，這是很值得商榷的。

包括現在我們也在講一些概念，比如未來新能源汽車會不會成為主流？現實卻是消費者並不買單。目前新能源車除了充電的里程焦慮之外，很大一個原因在儲能上，這就導致二手車賣不上價錢，電動車的二手車市場發展不起來，中國現在一輛新能源車動輒就六七十萬、七八十萬，買完之後卻不能像房子一樣增值，反而過兩三年就沒人買了。

即使有車企提供換電池的服務，那麼電池產權是誰的呢？屬於車企的還是車主的？這塊現在仍然不明晰。至於有的人說可以賣掉電池，姑且不說鋰電池的正常使用壽命就是三四年，磷酸鐵鋰電池最多四五年。這種情況下，鋰電池的的回收、處理等也會成為一個巨大的負擔。

現有柔性電池方案均存在致命缺陷。圖片來源：觀學院

目前來看，儘管我們在逐步引導各個車企儘量少開發內燃機車，但從消費者買單角度來說，內燃機畢竟是一個已經研究了百年多的課題，而我們的電動車才十年不到。所以我認為在能源結構轉型的問題上急不得，千萬不能說各個行業、各個企業都要碳中和，都要結構轉型。

我們中國是世界最大的製造業國，我們有一些高能耗企業、製造業的成本比別人低。如果說你盲目進行轉型升級，為了降低能耗反而把成本大幅度提高，那麼中國製造大國地位就不復存在了。所以，我認為能源結構調整要科學計算後，慎重調整。

另一方面，如果碳中和右端產業發展起來，當企業在特殊情況下，用不了電只能用化石能源，這時，請第三方來進行補給會是一個好的選擇。這樣創造了新產業、新的 GDP、新的賽道、新的就業模式，是一舉數得的好機會。因此大家不要去想著每個人一定要幹什麼事情，而是每個人做好自己分內的事情。

觀察者網：在儲能問題上，成本是其最?掣肘，雖然過去?年成本已經有下降，但“?三五”期間，我國儲能的度電成本依然?達0.4-0.6元。未來儲能成本是否有可能下降？如何下降？儲能安全性?會如何？

陳曦：

儲能行業大家研究了很多，這麼多年下來，應該說遇到了瓶頸。

在大規模應用方面，沒有一項技術比抽水蓄能更靠譜，但抽水蓄能有極強的季節性，而容量很有限，我們就只有那麼多水庫。其他凡是能量密度低的安全儲能技術，一進一出能量效率必然不行，比如抽水蓄能的效率就70%。

能量效率高的電化學儲能，目前還沒有看到比鋰電池更靠譜的辦法，而且鋰電池本身也有巨大的安全隱患。比如前幾年一些鋰電池儲能站爆炸的事件，更不要說新能源車在這方面的顧慮了。

新的儲能技術到底能不能出得來，我們還是拭目以待。

本文系觀察者網獨家稿件，文章內容純屬作者個人觀點，不代表平臺觀點，未經授權，不得轉載，否則將追究法律責任。關注觀察者網微信guanchacn，每日閱讀趣味文章。

TAG: 捕集二氧化碳排放儲能濃度