吸凈空氣中的二氧化碳

■ 甘錫安

地球已不容許人類繼續排放二氧化碳到大氣中，但已排放的二氧化碳也不會消失，所有跡象顯示，二氧化碳濃度會持續升高數十年。

我們該如何防止大氣二氧化碳濃度超過目前的0.04%？除了禁止使用碳燃料，另外一個選擇是抽取大氣中的二氧化碳。擴大森林面積或許可以增加一些吸收量，但仍不足以隔離人類制造的過多二氧化碳。

要遏止氣候變遷，必須大規模吸收二氧化碳，其實基本概念已相當成熟。用氣體洗滌器除去空氣中的二氧化碳已有數十年歷史，包括處理潛水艇與宇宙飛船人員呼出的空氣以及制造液態氮。空氣捕集機和葉片式產品一樣，也有各種外形和大小，有些展示機的目標是超越實驗室原型機，每天可吸收一噸以至數百噸二氧化碳。哥倫比亞大學和全球研究科技公司設計的機型可說明這種技術原理：把吸附劑制成細小纖維，排列在寬1.0米、高2.5米，形狀類似壁爐濾網的平板上，再將這些過濾板直立起來，裝在12.2米標準貨柜上的水平圓形軌道上，圍繞著軌道旋轉，直接與空氣接觸。過濾板吸滿二氧化碳后，可從軌道卸下，放入貨柜中的再生室。附著在吸附劑上的二氧化碳在再生室中釋出，并壓縮成液態。處理過的過濾板再裝回軌道，繼續吸取空氣中的二氧化碳。

要做到實際可行，設備必須輕巧：一天之內要讓700千克以上二氧化碳通過和房門大小相仿、位于地面或高處的進氣口，這樣的吸收量相當于13個美國人在一天內制造的二氧化碳，還要迎著秒速6米的風，與風車差不多。

在評估成本時必須考慮二個基本步驟：由空氣抽出二氧化碳，以及由吸附劑抽出碳。與風車比較的結果，我很早就認為以吸附劑濾除二氧化碳的成本可以很低，由吸附劑抽出二氧化碳之后的處理步驟才是影響成本的主要因素。然而要除去數百萬部車輛排放的二氧化碳，捕集空氣仍是比較實際的做法，因為交通工具會釋放大量二氧化碳，濾凈大氣應該是比較可行的方法。

干的好？還是濕的好？

根據化學家的觀點，好的吸附劑必須有夠強的吸附力來結合二氧化碳，但吸附能力又不能太強，否則后續釋放出二氧化碳的成本會很高。目前環境空氣中的二氧化碳濃度約為0.04%，而燃煤火力發電廠廢氣中的濃度為10%～15%。但濃度不同的二氧化碳所需的吸附劑強度其實差不多，因此空氣捕集用吸附劑的吸附強度可能和用于洗滌廢氣的吸附劑相仿。

吸附劑可制作成固體或液體。液體的優點是很容易在捕集器和再生器之間輸送，缺點是不易和空氣間維持足夠的接觸面，但我們相當了解有關的化工方法，例如任職于卡加立大學和碳工程公司的凱斯，采用的解決方案是讓氫氧化鈉在一片塑料表面上流動，再以風扇吹送空氣。要移動液體很容易，但二氧化碳與氫氧化鈉之間的結合力相當強，因此要使它離開吸附劑相當困難。

固體吸附劑比較理想，因為可做成凹凸不平的表面，提供更大的結合面積，提高捕集率。但要讓固態吸附劑進出再生室比液態困難，全球恒溫公司和美國佐治亞理工學院正在合作研究一種固體吸附劑，加熱后可將吸附的二氧化碳釋出。

有幾種創新的吸附劑可在碳酸鹽和重碳酸鹽之間來回變化，其中一種稱為負離子交換樹脂。目前有許多化學程序采用這種類似塑料的碳酸鹽聚合物，包括用來制造去離子水的方法：樹脂中的正離子固定不動，而負離子則可以移動，將樹脂放在可提供不同負離子的溶液中，一組負離子就可交換成另外一組。

全球研究科技公司已開發出這種碳酸鹽樹脂，將干燥樹脂制成的過濾板與空氣接觸，吸附二氧化碳，直到樹脂變成重碳酸鹽狀態為止。重復使用時，在樹脂上噴水，即可釋出二氧化碳，同時使樹脂變回碳酸鹽，干燥后可再度吸附二氧化碳。