去除大量的CO2为了避免气候变化带来的最坏影响，从空气中吸收二氧化碳是必要的。安德鲁·韦德关于迎接挑战的先驱们的报道。
19世纪末，当人类第一次开始大规模地燃烧化石燃料时，地球的大气中含有约280ppm的CO2。在这几年中，浓度上升到410ppm以上，同时全球平均气温上升超过1°C。事实上，科学家普遍认为大气中的CO2是这种快速变暖的根本原因，人类必须停止燃烧化石燃料来阻止它。然而，最近也有越来越多的人认为，光靠脱碳是不够的。
如果要实现2016年《巴黎协定》中设定的目标，许多科学家——包括政府间气候变化专门委员会(IPCC)的科学家们——相信CO2必须从大气中积极清除。有许多方法可以通过准自然的方法来实现这一目标，比如大规模的植树造林、岩石风化，以及激发起碳汇作用的大规模海洋藻类繁殖。不那么自然但同样有趣的是直接空气捕捉(DAC)方法，在此方法中CO2是用人造技术从大气中提取的。
在过去的十年里，DAC见证了一些公司的风起云涌，其中包括加拿大的碳工程公司、美国的全球恒温器公司和瑞士的Climeworks公司。从广义上讲，他们依靠类似的技术，使用胺基吸附剂来去除CO2从空气中。然后将吸附剂加热以释放纯CO2它们既可以被封存，也可以用于各种工业和农业应用。
Climeworks的DAC技术基于循环捕获再生过程，使用由经胺改性的多孔颗粒制成的过滤器。风扇吸入大气CO2以化学方式附着在过滤器表面。一旦饱和，过滤器被加热到大约100°C，释放出高纯度的气体CO2．根据Climeworks的说法，在需要更换过滤器之前，这种过滤器可以运行几千次。和大多数DAC运营商一样，这家瑞士公司依靠废热源来最大化其释放过程的效率。
“我们需要能量来驱动我们的CO2Climeworks的公关经理路易丝·查尔斯(Louise Charles)告诉记者工程师“为此，我们只使用废弃能源和可再生能源。”
该公司的第一个商业工厂位于苏黎世附近的欣威尔，可捕获约900吨CO2每年消耗2000千瓦时的热量和大约600千瓦时的电力。这只是全球海洋总排放量的一笔小钱，但其他工厂已经开始投产，而Climeworks有雄心勃勃的计划，要捕获每年1%的二氧化碳2在2025年的排放。
“世界目前排放了400亿吨的一氧化碳2每年——这是每秒12688吨，”查尔斯继续说道。“要捕获其中的1%，需要25万个(Climeworks)工厂，相当于75万个装满收集器的海运集装箱。这听起来可能很多，但相比之下，这与上海港在两周内通过的集装箱数量相同。这是全球经济可以承受的。”
虽然全球经济可能很好地应对了这一问题，但它是否会被激励为其提供资金还有待观察2每吨600- 800美元(474- 633英镑)。部分成本可以通过向饮料行业的客户销售纯化气体和用于温室促进植物生长来抵消。然而，这还远远不够支付捕获的成本。
更重要的是，大部分卖给消费者的天然气最终又回到了大气中，降低了整体气候效益。
“从大气中消除二氧化碳是实现气候目标的关键条件:要实现2摄氏度的目标，从2050年起，我们必须每年消除100亿吨二氧化碳。”
查尔斯路易斯Climeworks
2017年，Climeworks与冰岛雷克雅未克能源公司(Reykjavik Energy)合作开展了一个试点项目，为其DAC过程利用地热。捕获的有限公司2然后将其泵入地下700米，与玄武岩基岩发生反应，将其永久封存在地质封存库中。
(来源:Arni Saeberg)
这种被称为DACCS(直接空气捕捉与碳储存)的长期封存是人类最终要降低大气CO浓度所必需的2回到19世纪的水平。
封锁公司2这意味着没有产品可供销售，因此DACC的巨大市场尚未出现。碳税可能会改变这一点，因为DACC将允许组织抵消不可避免的排放，但捕获的价格仍将大幅下降，DACC才能在商业上可行。据Climeworks称，目标为100美元每吨碳排放量是可以实现的，而且在不久的将来还可能与碳定价交叉。
“未来我们有一个明确的降低CO成本的路线图2“每吨到100美元，”查尔斯说，“反映一氧化碳实际成本的法规2排放量必须到位。我们认为每吨碳的价格为100美元至150美元，实际目标为2030美元。
“清除公司2是实现气候目标的关键条件:要实现2°C的目标，我们必须消除100亿吨CO2从2050年开始每年都是。”
Climeworks可能有一个100美元的路线图，但在这个领域有一个新的初创公司，声称已经在那里了。总部位于都柏林的硅王国控股公司(Silicon Kingdom Holdings, SKH)表示，他们的“机械树”可以被动捕获二氧化碳2使用层叠的吸附剂圆盘，将以每吨100美元的价格一次性交付DAC。这项技术背后的人是亚利桑那州立大学（ASU）主任克劳斯·拉克纳教授（左）据圣公会首席执行官PólÓMóráin介绍，Lackner将担任圣公会首席科学顾问，他是DAC领域的先驱。
Ó Móráin告诉《工程师》杂志:“如果你看看气候工程、碳工程、全球恒温器——所有这些公司实际上都是基于克劳斯的早期工作建立了他们的初创公司和技术方法，他们会公开承认这一点。”“克劳斯从1992年就开始研究这个问题，1999年，他是全球第一个说我们需要从空气中去除碳来应对气候变化的人，但很长一段时间以来，没有人听他的。”
四年前，拉克纳来到亚利桑那州立大学，希望最终将他数十年的研究成果商业化。其他DAC公司在世界各地如雨后春笋般涌现，但Lackner预计，匆忙进入市场将导致捕获的高成本。他认为，更好的做法是优化技术，交付一个可以直接从区块中生产出每吨100美元的系统，超越任何领先的竞争对手。大约一年前，莱克纳与风险投资家Ó Móráin相遇后，SKH在后者的祖国爱尔兰成立。
Ó Móráin表示:“克劳斯的重点是将其商业化，降低捕获成本并增强性能，并在设计和几何形状方面寻求创新。”“所以在某些方面，在推出和测试方面，他落后于人们，但采取了更缓慢、更深思熟虑的方法，他最终设计出了非常新颖的产品。这是向被动捕获的转变，所以我们实际上不会在捕获部分花费精力。”
SKH的柱状机械树将使用离子交换材料来收集一氧化碳2被动地，不需要风扇，甚至不需要风将空气吸入。设备关闭时高度为2.5米，但打开时会增长到10米左右，暴露出150个充满吸附剂的圆盘，每个圆盘的直径约为1.5米。其中12个圆柱的集群将能够捕获一吨CO2每天，根据圣公会
“这些圆盘被离子交换材料包裹，所以它们基本上吸引CO2Ó Móráin说。“我们不依赖动能，所以它不像风电场。它实际上只是空气与圆盘表面的接触。”
暴露在空气中20分钟后，圆盘变得饱和并返回到柱的底部，然后密封密封。此时，无论是热还是湿度的变化都可以用来释放CO2，方法也因当地气候不同而有所不同。
“我们最终获得5%至10%的利润2)专注于获取利润，”Ó Móráin解释道。“如果你想把食品或饮料的纯度提高到95%，这是一个相当标准的过程，我们的方法和其他人使用的方法没有什么不同。”
据Ó Móráin报道，Lackner的原型设备已经在亚利桑那州的恶劣条件下测试了一年多，性能没有下降。下一步将是一个每天能够捕获100公吨的试点项目。这将需要大约1200棵机械采油树，占地面积大约相当于200个40英尺标准集装箱。圣公会正在考虑在亚利桑那州和加利福尼亚州开设分店，但尚未做出最终决定。
“我们正在打赌，碳的价格将达到每吨100美元。我们不想成为一头白象，所以我们的重点是建立一些有利可图的东西。”
PólÓMóráin，硅王国控股公司
和气候工程一样，经济问题对SKH来说也很重要。目前，CO最大的市场2在能源行业，它被用于提高石油采收率(EOR)过程。这包括将天然气泵入油井，以提取原油，否则无法获得原油。
收获大气公司2开采石油似乎是一种违反直觉的减缓气候变化的方式，而气候工程公司已经表示，它不会为此提供二氧化碳。官方名称为BP的Ó Móráin对此有不同看法。他认为，提高采收率的收入流对于支持DAC的初期阶段是必要的，而不可避免的引入碳定价将最终使该技术发挥气候友好的作用。
“我们认为环保市场还不存在，”圣公会首席执行官说，“我们基本上是在赌博，碳的价格将达到每吨100美元。
“我们不想成为累赘，所以我们现在的重点是做一些有利可图的东西。我们可以满足CO的实际用例2同时市场也在为更环保的捕获和处理做准备和翻转。”
虽然提高采收率可能存在分歧，但合成燃料是DAC领域几乎所有人都热衷的领域。捕获的有限公司2它可以与其他化学物质相结合，在理论上是碳中性的燃料，只要这个过程是由废热和可再生能源提供的。与化石燃料相比，最终产品是昂贵的，但在没有现实的电气化途径的情况下，可以允许航空和航运等产业脱碳。
德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology）的罗兰·迪特梅耶（Roland Dittmeyer）教授表示：“工业部门和运输部门未来将需要一些化学能源载体。不可能直接用电完成所有事情。”。
Dittmeyer及其同事最近发表于自然通讯概述了如何利用捕获的CO将空调机组用于世界各地建筑物的DAC2然后在当地加工成合成燃料。
这种分散捕获和精炼所产生的“人群石油”可以用来为当地交通提供动力，或者被送入“可再生石油电网”。它甚至可以作为一个长期的存储介质，在未来的某个时候可以使用它。
迪特梅尔说:“从概念上讲，吸空气会导致一种循环方法。工程师“你拿公司2从空气中提取，加入可再生能源或一氧化碳2我应该说，这是一种免费的能源，因为它也可以是核能的——然后你会产生一种碳氢化合物，释放CO2再次在使用过程中。
“为什么要把它和通风系统结合起来呢?”因为在那里你已经接触了大量的空气。你已经付了这个联系的电费了。所以如果你能把这些结合起来，你就消除了直接空气捕捉的一个缺点。这就是我的动力。”
迪特梅耶的论文描述了该技术的三个潜在场景:法兰克福博览会大厦(Frankfurt Fair Tower)办公大楼、一家典型的超市和一组低能耗住宅。
作为欧盟最高的摩天大楼之一，法兰克福博览会大厦(右，图片来源:moritz320 via Pixabay)有一个暖通空调系统，接触大量的空气，研究声称有足够的CO2每年可生产2000 - 4000公吨合成燃料。如果适用于德国五大城市的所有大型写字楼，可生产240 - 480万吨合成燃料。
迪特梅尔解释说:“为了这种技术，你可能不得不牺牲摩天大楼的一到两层楼。”“我认为最先进的方式是生产氢气。所以你需要一个电解槽。有几家公司提供这种服务，通常采用模块化格式或基于容器的工厂。它可能在地下室或顶部，那里已经有大型通风设备。”
至少还需要两个反应器级；一个用于转化氢和CO2转化为反应气体或合成气，再用一秒钟将合成气转化为碳氢化合物。由卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology)衍生出来的Ineratec公司已经开发出了能够进行这种转换过程的基于容器的工厂，迪特梅尔认为这些工厂可以安装在现有的大型建筑中。
“家用空调，很明显，这不是我们的目标，”他说。“但在我看来，大型通风设备可以通过这些转换步骤进行改造。”
关于储存和运输仍然存在问题。在高层建筑或超市中储存大量燃料，以及将其转移到路边的油罐车上，都构成了明显的风险。迪特梅尔参与了一个试点项目，目前该项目每天生产10升合成燃料，并计划在未来几年大幅扩大这一规模，Climeworks是一个潜在的合作伙伴。
这位教授相信，在5到10年内，这项技术可以商业化，并在气候斗争中发挥关键作用。
迪特梅尔说:“我希望我们能看到许多这样的系统在实践中使用。“因为我们必须这么做。我们必须实现这一点，因为时间不多了。”
这是非常令人鼓舞的技术。我们如何加快实施，以避免12年内气候变化失控?
温室里。更多地在室内种植，事实上，利用所谓的Vertigro(始于德克萨斯州的El Paso)，养殖大量的藻类(产量最高的数量级农业，特别是当结合增强的二氧化碳原料时。这样剩下的部分就更有意义了。
否则，你最好开始研究如何在撒哈拉沙漠或纳米比亚沙漠重新造林。顺便说一句，祝你好运。
断言暖通空调设备提供了“免费”的空气流动，你可以携带CCS过滤器，这是不正确的。风扇的设计是为给定的压力降提供给定的空气流量，如果你将后者翻倍，电机功率消耗也翻倍——如果电机可以抽出额外的电流而不烧坏。更有可能的情况是，由于^P较高，空气流量下降降低HVAC的性能;要求车主增加车辆数量，增加能源消耗和二氧化碳排放
种植机械树木吗?我们是在拉拉王国吗?-为什么我们不鼓励种植已经存在很长时间的真树呢?顺便说一下，这也意味着惩罚砍伐树木的人，否则一个“企业家”可以在同一块土地上砍伐和种植树木……
Lalaland。我想很多政客都住在那里(或者至少是他们的思想?)
多么可爱的一篇文章。当我第一次在我的通讯中读到这个标题时，我脑海中出现了许多关于DAC的可再生/不可再生资源等问题。这篇文章回答了我所有的问题。伟大的工作!我很欣赏。
暖通空调系统的想法也很有创意。我怀疑一件事，我们每年产生大约40亿吨二氧化碳。让我们以克劳斯工厂为例，该工厂每天产生一吨二氧化碳，相当于大约1000万棵这样的树，以消除每年产生的所有二氧化碳。我很好奇生产这1000万棵树需要消耗多少能源和自然资源。我想，地球上的任何活动都需要消耗一些自然资源。因此，我们永远不能完全消除资源的损失。我们能做的就是给自己更多的生存时间。
直接空气捕捉是从空气中捕获二氧化碳的最有效的土地手段，比树木的效率高出1000倍以上。上面描述的Lackner树有两个阶段的捕获过程来产生集中的(管道准备好)二氧化碳，但单阶段过程，如阿拉巴马州的GlobalThermostat机器，每年去除4000吨二氧化碳，可以与太阳能结合，形成一个高效的提取系统。二氧化碳必须被储存或掩埋，有几个方案涉及到地面或地下矿化处理液化气体。从气候缓解的角度来看，提高石油采收率显然不是DAC的合理用途，但它在美国获得了补贴，这就是为什么(反常地)一些DAC公司正在考虑提高其技术规模。出售DAC创造的碳补偿看起来是一个巨大的新市场，至少有一家现有的DAC公司正在以50美元/吨的规模进行二氧化碳捕获。
这篇文章很棒，它让我想起了十年前我从杂志上读到的一篇类似的文章，那篇文章说的是不要储存一氧化碳2被捕获并锁在地下。本文提出了一种更好的回收捕获CO的方法2(除了苏打汽水或把它锁在地下废弃的盐矿里)?来自英国，我相信是一位退休的化学工程师他使用风能和太阳能来捕获一氧化碳2从空气中（就像这篇文章一样，尽管听起来他的方法不如这里提出的方法有效），然后，通过经过验证的工业化学过程，重组CO2转化成甲醇，然后是更大的碳链分子，可以用来驱动内燃机(就像他喜欢归档作为爱好的直升机)，比现在更接近碳循环。
只要挖一条从地中海到撒哈拉低地的通道，就能得到新的海洋。这也解决了部分海平面上升的问题。
用技术来解决我们使用技术所造成的问题，只不过是让轮子转动而已。我们需要的不是新技术，而是一种与技术的新关系。没有这个，我们就会坠入同一个悬崖，只是时间稍晚，速度稍快。
Ó Móráin解释说:“我们最终在这个阶段获得了5%至10%的(二氧化碳)浓度。”
嗯，这个阶段是不必要的，因为二氧化碳从内部燃烧或涡轮排气已经是12 - 14%。
我错过了什么?
我知道树木和植物利用这些东西来生长，为什么不停止在它们上面盖房子，也种一些呢，听起来很便宜?
二氧化碳科学家(与气候学家相反)的共识是什么?我们的植物和粮食作物消耗了多少二氧化碳?人口增长需要多少?如果我们因为忽略了整体情况而计算错误，我们很可能会饿死自己。更少的二氧化碳，更少的光合作用，更少的植物，更多的沙漠化，等等。我意识到我已经很简单地谈到了这个问题，但是我们难道不应该利用二氧化碳来保障我们最基本的需求之一:食物吗?那么这些植物释放的氧气呢?难道全球气温上升不是停止在0.9摄氏度，比十年前或更早吗?