二氧化碳的好歸宿

李忠東

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化腐朽為神奇

二氧化碳是一種常見的溫室氣體，和眾多氣體一起構成了人們賴以生存的大氣層。它在強烈吸收地面長波輻射后，能向地面釋放出波長更長的輻射，形成天然的溫室效應，對地面起到保溫作用。二氧化碳的存在，將地表溫度維持在15℃左右。其濃度一旦低于150ppm（1ppm為百萬分之一），植物的光合作用就會停止，全世界的植物都會死亡。沒有了植物，動物和人類也會隨之消亡了。自工業革命以來，由于人類活動排放了大量的二氧化碳等溫室氣體，使得大氣中溫室氣體的濃度急劇升高，結果造成增強的溫室效應。據統計，工業化以前全球年均大氣二氧化碳濃度為278ppm，2012年增至393.1ppm，到2014年4月，北半球大氣中月均二氧化碳濃度首次超過400ppm。2019年5月，地球大氣中二氧化碳濃度又創新高，達到415ppm，引起了社會各界的廣泛關注。

大氣溫室效應的不斷加劇導致全球氣候變暖，產生一系列當今科學不可預測的全球性氣候問題。國際氣候變化經濟學報告顯示，如果人類一直維持如今的生活方式，那么到2100年，全球平均氣溫將有50%的可能會上升4℃。如果全球氣溫上升4℃，地球南北極的冰川就會融化，海平面將因此上升，全世界40多個島嶼國家和人口最集中的沿海大城市都將面臨淹沒的危險。盡管科學家已作了種種努力，力求減少排入大氣中的二氧化碳的數量，但迄今仍收效甚微。人類活動不可避免地會產生大量的二氧化碳，若不將其排入大氣，那么，它的歸宿在哪里？目前，人們普遍采取的措施有兩種。

一是碳封存。即將二氧化碳安全運送到封存地，然后將其長時間地和大氣隔離。現有地質封存、海洋封存和化學封存3種重點封存方式。地質封存是指把二氧化碳送入海底鹽沼池、油氣層、煤井等不一樣的地質體中。為了使二氧化碳維持在接近于液體的超臨界狀態，通常地質封存儲存的深度定為800米以下。海洋封存是指通過管道或者船舶運送二氧化碳，并將其儲存在深海的海水中或者深海海床上，主要有溶解型和湖泊型2種封存方式。前者是將二氧化碳運送到深海中，讓它自然分解，然后變成自然界碳循環的組成部分;后者則是將二氧化碳送入到海平面下3000米的深海里，利用深海的壓力使二氧化碳永沉海底，變成液態，成為二氧化碳湖。化學封存是指通過一系列繁雜的化學反應將二氧化碳轉變成穩定的碳酸鹽，進而實現長久封存二氧化碳的目標。

英國Ecotricity 公司CEO 戴爾·文斯展示用二氧化碳制造的零污染“空氣鉆石”。

二是變廢為寶。就是將二氧化碳中的一些物質加以利用。例如，英國Ecotricity公司CEO戴爾·文斯領導的研發團隊開發出利用從大氣中捕獲的二氧化碳制造鉆石的技術，生產出零污染的“空氣鉆石”，現有產量為200克拉/月，2021年將擴大到1000克拉/月。此外，英國牛津大學的一個科研團隊開發出一種新型的鐵劑催化劑，可以直接將大氣中的二氧化碳轉化為烴類噴氣燃料。在燃燒過程中，二氧化碳從噴氣燃料中再次釋放，因此具有從整體上實現碳中性的可能性。

這其中最令人鼓舞的，是科學家研發出了把二氧化碳“吃掉”的技術。

? ? ? 空氣食物不是夢

憑空變出食物看似不可能，但事實證明可以實現。芬蘭太陽能食品公司使用碳捕獲技術從空氣中提取二氧化碳，然后結合水、營養物質和維生素，同時使用合作伙伴Fortum公司100%可再生的太陽能，生產出全新的蛋白質粉Solein。這是一種外觀和味道都像面粉的高蛋白，含有50%～65%的蛋白質、5%～10%的脂肪和20%～25%的碳水化合物。Solein可以添加到面包和意大利面等食物中，或者添加到植物性肉類或奶制品替代品中，有一天甚至可以作為實驗室里培育肉類的材料來源。該公司宣稱其產品“不受農業限制”，這并不是信口開河，因為室內生產意味著不依賴于耕地、水或天氣情況。

芬蘭太陽能食品公司成立于2017年，由芬蘭國家研究院的科學家組建。Solein項目于2018年啟動。在公司的試驗工廠里，研究人員事先在發酵罐中用液體培養一種微生物，類似于生產酵母和乳酸菌的自然發酵過程。然后在其中大量補充氫氣泡、二氧化碳、營養物質和維生素，就能生產Solein，每天的產量大約為1千克。這與啤酒廠釀酒的方法類似，不同的地方是不需要加糖。Solein與其他蛋白質補充劑一樣，沒有明顯的味道，幾乎可以添加到任何零食或膳食中。Solein的生產對氣候的友好程度是肉類的100倍、植物性蛋白質的10倍，而且使用的水也非常少。其生產成本為5～6美元/千克，與現有的植物或動物蛋白產品的價格相似。該公司的目標是2021年將Solein正式推向市場，成為多種食品的原料，出現在數百萬份餐食中。到2023年，計劃每年生產200萬份餐食，創造8億～12億美元的收入。到2050年，該產品希望能成為蛋白質市場的一部分，為90億人提供食物。

來自空氣的蛋白質粉Solein

Solein 成為多種食品的原料。

用二氧化碳、陽光和微生物生產食物的新方法，并希望借此防止世界糧食供應崩潰，這一愿景得到了微軟創始人比爾·蓋茨的支持。為此，芬蘭太陽能食品公司CEO帕西·瓦伊尼卡解釋道：“為了拯救地球免遭氣候變化的影響，需要切斷糧食生產與農業的聯系。Solein之所以被描述為‘來自空氣的食物，在于所有的生產過程都是由可再生能源驅動的，最大限度地減少了產品的碳足跡。”

瑞典農業科學大學的微生物學副教授托馬斯·林德認為，來自微生物的蛋白質在為人們提供食物的同時還能減少碳排放，是一種非常不錯的食品加工工藝。使用二氧化碳作為食物中的碳源，意味著可以在任何地方生產食物。從農業中解放出來的土地可以用來逐漸恢復森林，未來樹木可以從大氣中吸收更多的二氧化碳。這項技術的發展前景無疑是令人興奮的，Solein讓人發現通過使用可再生能源，或者利用碳減排設施，使排放到空氣中的二氧化碳總量與從大氣中移除的二氧化碳總量達到平衡是可行的。但在確定與這些產品相關的碳排放之前，還需要進行更多的相關研究。有一點必須考慮，生產“來自空氣的食物”需要準備大量混凝土和鋼材建造大型發酵罐，這勢必導致額外的碳排放。

? ? ?負碳酒潔凈味純

傳統的伏特加酒獨具一格，享有盛名。為了減少碳排放，一種負碳伏特加酒應運而生。與傳統的伏特加酒相比，這種負碳伏特加酒毫不遜色。美國布魯克林空氣公司（Air Co.）開發出一種新的生產工藝，創建了世界上第一家負碳伏特加酒廠。正如該公司的名稱Air Co.，這款新品牌伏特加酒的原料不是谷物（特別是大麥、小麥和黑麥），而是從空氣中捕捉二氧化碳，用于伏特加酒的制作，其中不含任何糧食成分。或者說，它其實并不是釀造的，而是直接將空氣中的二氧化碳變成了酒精。統計數據令人鼓舞，制造這樣一瓶酒所消耗的二氧化碳，相當于8棵樹每天吸收的二氧化碳。傳統的伏特加酒通過發酵富含淀粉的谷物（例如小麥或土豆）制成，釀造一瓶伏特加酒產生的二氧化碳達6千克。而Air Co.的產品實際上是負碳性的，每生產一瓶酒反而能減少0.454千克的二氧化碳。

每生產一瓶負碳伏特加酒能減少0.454千克的二氧化碳。

在美國宇航局獎賞百萬美元征集二氧化碳轉化方案的競賽中，Air Co.的碳轉化系統榜上有名。綠色植物利用太陽的光能、二氧化碳和水制造有機物并釋放氧氣，光合作用所產生的有機物主要是碳水化合物，并釋放出氧氣。Air Co.的造酒工藝的原理與之相同，但效率更高。

Air Co.使用一臺小型的太陽能機器將水分解成氫氣和氧氣，將氫氣與從附近工廠收集到的二氧化碳結合在一起，在專用催化劑反應堆里，通過由金屬鈀、錫組成的Pd-Sn合金催化劑的作用形成純酒精。這個過程僅向大氣排放氧氣。然后通過蒸餾去除水分，只留下96.5度的酒精，再采用秘密工藝將酒精提純并稀釋至40度。整個過程均使用太陽能，最后得到凈負碳的產品。傳統的伏特加酒在發酵時，會產生甲醇和碳酸等雜質，很難通過蒸餾去除。而新的碳轉化工藝完全避免了雜質的產生，使負碳伏特加酒更純凈，味道更純正。

建造負碳伏特加酒廠的最大優勢在于高度模塊化，能夠在僅約46～93平方米的空間里操作運行。由于免去了運輸原材料的交通需求，因此可在都市地區建廠，在全國范圍內部署。而傳統伏特加酒的制作離不開谷物發酵，釀酒公司需要數千英畝的土地來種植玉米、土豆或小麥。

目前，Air Co.僅有9名員工，負碳伏特加酒是首款產品，生產模式具有優秀的可持續性。該公司會繼續留在當地以環保的方式擴大業務規模，繼而在美國其他地區開設更多的釀酒廠。該公司長期的發展目標是成為一家消費型企業，使用由二氧化碳制成的純乙醇制造香水和家庭清潔用品，以幫助減少溫室氣體的排放。