藻類植物大量捕獲空氣中的二氧化碳后得以“瘋長(zhǎng)”，把它們提煉之后，不僅可以得到人類迫切需要的動(dòng)力能源，還能將其截留住的碳?xì)堅(jiān)谰梅獯?，這個(gè)過(guò)程的碳排放量你別不相信，的確是一個(gè)小于零的數(shù)值——
負(fù)碳燃料的“魔法”（附照片）
□何積惠編譯
綠色的淤泥靜靜地冒著氣泡，汩汩流過(guò)西班牙沙漠上錯(cuò)落有致的導(dǎo)管。一旦吸足了陽(yáng)光和附近工廠排出的二氧化碳（CO2），它就會(huì)快速“生長(zhǎng)”。工人們每天會(huì)撇去一點(diǎn)淤泥，然后拿去轉(zhuǎn)化為石油。人類僅僅在一天之內(nèi)就創(chuàng)造出地質(zhì)學(xué)歷經(jīng)四億年滄桑才能完成的業(yè)績(jī)。
這究竟是一種什么樣的東西，能吸走大氣中的碳并加以永久封存？其實(shí)，它的基本理念相當(dāng)簡(jiǎn)單。只要你栽種植物——這里是指藻類，它就會(huì)自然地從大氣中汲取二氧化碳。你在提取石油后剩余下來(lái)的，是截留住的份額可觀的碳?xì)堅(jiān)?。這種殘?jiān)闶菍?shí)現(xiàn)負(fù)碳的關(guān)鍵。如果能設(shè)法將碳貯藏到不會(huì)使它分解和重返大氣的地方，那么從大氣中吸走的二氧化碳就會(huì)超過(guò)燃料排放的同類物質(zhì)。
1 神奇藻類 號(hào)稱碳中性的乙醇研制耗費(fèi)燃料驚人 被看好的藻類可在海水等處快速生長(zhǎng)
這類負(fù)碳燃料決不是在變魔術(shù)，它們可能是我們?cè)诙糁茪夂蜃兓心懿杉{的最具現(xiàn)實(shí)意義的短期解決方案。盡管目前依然處于初級(jí)階段，但美國(guó)通用電氣、“谷歌”和英國(guó)石油等公司已紛紛斥資為這個(gè)理念買單。
你每次開(kāi)車外出或登上飛機(jī)去某個(gè)陽(yáng)光明媚的地方，就是在給大氣增添更多一點(diǎn)的碳，就是在拉近一點(diǎn)與全球變暖危機(jī)的距離。生物燃料是化解問(wèn)題癥結(jié)的一個(gè)途徑，因?yàn)橹参飼?huì)在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收大氣中的二氧化碳，而不至于加深碳足跡的印痕。如今最廣受歡迎的生物燃料，要數(shù)用玉米制造的乙醇。
從理論上說(shuō)，這樣的燃料應(yīng)該是碳中性的。也就是說(shuō)，它從大氣中每汲取100個(gè)碳原子，燃燒的時(shí)候就會(huì)原原本本地歸還100個(gè)。然而，遺憾的是，事情并非那么簡(jiǎn)單。等到農(nóng)民耕作完土地，澆灌好化肥和收獲了莊稼——更不用說(shuō)運(yùn)轉(zhuǎn)乙醇工廠所燒掉的天然氣和煤炭——之際，他們已經(jīng)耗用了數(shù)量驚人的礦物燃料，哪里還談得上碳中性。
你可能會(huì)認(rèn)為，只要把生物燃料生產(chǎn)過(guò)程中排放的碳加以捕獲就能輕松地解決問(wèn)題了。比方說(shuō)，用來(lái)生產(chǎn)乙醇的發(fā)酵工藝會(huì)生成一種近乎純凈的二氧化碳流作為副產(chǎn)品。所以，農(nóng)業(yè)巨頭阿丹米公司（ADM）去年開(kāi)始在伊利諾伊州的迪凱特啟動(dòng)美國(guó)第一個(gè)大規(guī)模的碳捕獲和貯藏工程。它將用吸虹管吸出公司旗下乙醇工廠的二氧化碳，經(jīng)過(guò)壓縮處理后將它貯藏到附近的地底下。它計(jì)劃每年貯藏超過(guò)100萬(wàn)噸的二氧化碳。
然而，阿丹米公司的乙醇仍不能算是碳中性的。相反，由于制造乙醇的所有能源成本，排放量可能只是比礦物燃料減少約20%或30%。
如果把用來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)乙醇工廠的礦物燃料改換成再生能源，也許就有辦法解決問(wèn)題了。其實(shí)，那并不會(huì)解決基于作物的生物燃料引發(fā)的其他大問(wèn)題，例如同糧食作物爭(zhēng)奪土地。2010年，玉米乙醇在美國(guó)運(yùn)輸燃料中占到8%，卻消耗掉這個(gè)國(guó)家近40%的玉米。如果用乙醇取代所有的礦物燃料，其結(jié)果要么造成糧食價(jià)格大幅飆升，要么迫使農(nóng)民轉(zhuǎn)而開(kāi)墾新耕地——很可能是兩者兼而有之。為了有助于削減大氣中的溫室氣體量，我們就得尋找避免這一弊端的途徑?！皢?wèn)題是我們能夠在多大程度上擺脫對(duì)生物質(zhì)或土地的依賴?！笨的螤柎髮W(xué)土壤科學(xué)家約翰內(nèi)斯·萊曼聲稱。
這正是藻類為什么如此被看好的原因，其中尤以現(xiàn)在有藻青菌之稱的單細(xì)胞、藍(lán)綠色變種最引人注目。它們的生長(zhǎng)速度比地面作物快得多，每天可潛在形成的生物質(zhì)比大豆多20余倍。它們的石油生產(chǎn)很容易通過(guò)遺傳工程得以提高。最重要的是，它們能在海水或非可耕地稍帶咸味的地下水中生長(zhǎng)，所以不存在同糧食生產(chǎn)或森林爭(zhēng)奪土地的困擾。
這些品質(zhì)對(duì)于“生物燃料系統(tǒng)”（BFS）特別具有吸引力，那是一家以西班牙的阿利坎特為基地、利用藻青菌制造“藍(lán)色石油”的小公司。公司的樣機(jī)試驗(yàn)工廠設(shè)在西班牙的近海沙漠里，依附于一家水泥工廠，后者排放的二氧化碳正是藻類生長(zhǎng)所需要的。
2 藍(lán)色石油 占用全世界約1%牧場(chǎng)地區(qū) 或滿足全世界原油消耗需求
“生物燃料系統(tǒng)”公司總裁貝爾納德·斯特羅伊佐向《新科學(xué)家》雜志提供的數(shù)字表明，工藝處理過(guò)程所截獲的碳只是很小一部分。要制造一桶石油，藻類必需從水泥工廠的大煙囪里吸取超過(guò)2噸的二氧化碳。不過(guò)，并非所有這些都置身于大氣之外。藻類養(yǎng)殖物必須定期加以混合，這個(gè)過(guò)程需要耗用能源，就像提供化肥和通過(guò)高熱和高壓處理的獨(dú)創(chuàng)性工藝制造石油那樣。這些工藝處理所需要的礦物燃料都會(huì)釋放大約700公斤的二氧化碳。石油本身在例如汽車引擎中燃燒也會(huì)另外排放450公斤。其余部分的碳大約相當(dāng)于900公斤的二氧化碳，則暫存在殘留物中成為可以掩埋或混入混凝土的無(wú)機(jī)碳酸鹽淤泥?！八^不會(huì)重返大氣?！彼雇辛_伊佐說(shuō)。
BFS的試驗(yàn)工廠每天生產(chǎn)大約2.5桶原油/英畝藻類。斯托羅伊佐表示，按照那樣的比率，類似BFS的系統(tǒng)只要占用面積僅相當(dāng)于利比亞沙漠四分之一的地區(qū)就可望滿足全世界的原油消耗需求。3500萬(wàn)英畝固然占地廣袤，但如果因此而取代我們每天使用的9000萬(wàn)桶石油，也不見(jiàn)得讓人難以接受。它還相當(dāng)于全世界1%左右的牧場(chǎng)面積，如果將范圍擴(kuò)大到世界各地種類繁多的植物，這一構(gòu)想很快就變得切實(shí)可行了。
但是，還有一些因素需要考慮。目前雖然還沒(méi)有售油，但成本可能是一個(gè)問(wèn)題：BFS設(shè)施決不是低劣廉價(jià)的。容納養(yǎng)殖物的聚碳酸酯導(dǎo)管的成本要超過(guò)100萬(wàn)美元/英畝，攪拌藻類需要消耗大量的電力。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)2010年的一份報(bào)告稱，這可能會(huì)將藻類生物燃料的成本推高到至少5美元/升。
為了維持償付能力，“生物燃料系統(tǒng)”公司將其價(jià)值頗高的藻類副產(chǎn)品作為營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑出售，例如Ω-3脂肪酸等。此舉在剛起步的生物燃料業(yè)可能是行之有效的，但產(chǎn)品一旦充斥市場(chǎng)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑的需求就會(huì)呈現(xiàn)衰退，而且它無(wú)論如何也沒(méi)有觸及問(wèn)題的本質(zhì)。
不過(guò)，這也是其他公司正在嘗試做的?；卦O(shè)在舊金山附近的“藻類系統(tǒng)”建議將藻類裝入25米的塑料袋漂浮在海岸附近處，通過(guò)海洋培育藻類來(lái)削減成本。塑料袋讓藻類始終漂浮在水面上，那里光線極為熾烈，而且波浪的天然運(yùn)動(dòng)可起到攪拌作用。該公司計(jì)劃用導(dǎo)管輸入富含氮的廢水，為藻類生長(zhǎng)提供肥料。
“藻類系統(tǒng)”公司在亞拉巴馬海岸外的莫比爾灣建造了一個(gè)覆蓋面積達(dá)數(shù)英畝的試驗(yàn)工廠，今年可望投入運(yùn)營(yíng)。公司總裁馬修·埃特伍德說(shuō)，如果組分處理像他們?cè)谘芯繉?shí)驗(yàn)室做得那么順利的話，那么結(jié)果應(yīng)該就是碳負(fù)燃料。他補(bǔ)充說(shuō)，這種燃料在三、四年內(nèi)就能通過(guò)削價(jià)同化石石油爭(zhēng)奪市場(chǎng)。
然而，需要為藻類燃料解決的另一個(gè)問(wèn)題是化肥。藻類性喜大肆吞噬氮和磷等昂貴的營(yíng)養(yǎng)物。正像“藻類系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)所示，如果規(guī)模相對(duì)較小，來(lái)自城市和耕地的廢水還能輕松地提供這些營(yíng)養(yǎng)物。但是規(guī)模一旦擴(kuò)大，簡(jiǎn)直就沒(méi)有足夠的廢水可供調(diào)配了?！叭祟惖臓I(yíng)養(yǎng)載荷根本就是不充足的，”加利福尼亞生活周期咨詢公司能源分析師兼工程師斯特凡·翁納什說(shuō)，“你每天投給汽車的多于沖進(jìn)廁所的?！钡拇_如此，按照新墨西哥州桑迪亞國(guó)立實(shí)驗(yàn)室藻類燃料專家羅納德·佩特的計(jì)算，從藻類中生產(chǎn)甚至十分之一的美國(guó)液態(tài)燃料就會(huì)耗去比美國(guó)整個(gè)供應(yīng)量還要多的氮和磷。
研究人員有朝一日會(huì)找到解決營(yíng)養(yǎng)物問(wèn)題的途徑，例如從藻類殘余物中提取氮和磷后重新加以使用。但相應(yīng)地?cái)U(kuò)大規(guī)模最為棘手的難題是：用什么辦法搞到那么多的二氧化碳。根據(jù)佩特的計(jì)算，即使栽種藻類的人有辦法把美國(guó)每一根大煙囪都搜羅遍，也只夠每年生產(chǎn)約750億升的藻類生物燃料。那還不到當(dāng)前世界運(yùn)輸燃料需求量的十分之一。更何況，將生物燃料生產(chǎn)同燃燒礦物燃料的工業(yè)煙囪捆綁在一起，只不過(guò)是強(qiáng)行從二氧化碳中榨取第二輪能源?！斑@只是推遲排放而已?！被卦O(shè)在比利時(shí)布魯塞爾的“歐洲女戰(zhàn)神”環(huán)境問(wèn)題基金會(huì)會(huì)長(zhǎng)約納斯·赫爾塞思說(shuō)。
到目前為止，這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)有找到穩(wěn)妥的解決辦法。不少公司正致力于研發(fā)從空氣中提取和濃縮二氧化碳的技術(shù)。基地設(shè)在紐約的“全球恒溫”公司為一項(xiàng)工藝處理提出了專利申請(qǐng)，其特點(diǎn)是使用化學(xué)物質(zhì)和大約90℃的低溫廢熱從氣流中捕獲二氧化碳。據(jù)公司聯(lián)合發(fā)起人格拉謝拉·奇奇爾尼斯基透露，它的試驗(yàn)工廠已在舊金山附近運(yùn)轉(zhuǎn)了一年多，第二家也在籌建之中。她說(shuō)，公司已簽署向“藻類系統(tǒng)”提供技術(shù)的協(xié)議，并就此同若干其他藻類生物燃料公司進(jìn)行談判。
3 封存CO2以生物質(zhì)為原料促成100%負(fù)碳 為降低碳排放而發(fā)揮應(yīng)有的作用
解決這些問(wèn)題以后，藻類有望被證明是實(shí)現(xiàn)負(fù)碳生物燃料最有前途的介質(zhì)。但在此之前悄然風(fēng)行的，是一種不那么富有魅力的處理工藝。
生物燃料最廉價(jià)、維護(hù)成本最低的給料，是玉米收割后殘留下來(lái)的草泥和稻草等廢棄生物質(zhì)，還有巨型細(xì)葉芒等多年生禾草或枯死的樹木。這類原料曾被用來(lái)制造乙醇，但其效率一直因材質(zhì)搗碎方面存在的困難而受到質(zhì)疑?；卦O(shè)在洛杉磯以北的“冷卻行星能源系統(tǒng)”公司摸索出一條更完善的途徑，通過(guò)研發(fā)一種所謂的熱解變異處理，利用熱量、壓力和催化劑將生物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化為汽油、柴油和噴氣燃料中蘊(yùn)含的烴。這意味著該公司的燃料能混合到普通汽油中，藉以減少礦物燃料的總量；或者換句話說(shuō)，它有助于降低汽油的碳濃度。
作為公司的投資方之一，“谷歌”的研究人員去年將5%的“冷卻行星”燃料和95%的汽油加以混合，在芒廷維尤總部對(duì)GRide車進(jìn)行了實(shí)地行車試驗(yàn)。據(jù)副總裁麥克·洛克透露，這種混合物使汽油的碳濃度減少10%，因而提前8年達(dá)到了加利福尼亞的“2020年低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)”。
更令人欣喜的是，碳終于被封存了起來(lái)。在“冷卻行星”的熱解處理中，除了燃料之外還會(huì)形成大量的生物黑炭，這是一種富含碳、酷似木炭的化合物。但“冷卻行星”沒(méi)有像阿丹米公司那樣將殘?jiān)盥竦叵禄蚧烊胨?，而是讓生物黑炭重返土壤?div style="height:15px;">
這樣做的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在好多方面。它不以地質(zhì)構(gòu)造合適與否為轉(zhuǎn)移，因此更便于運(yùn)輸。最重要的是，生物黑炭可豐富土壤和提高作物產(chǎn)量，因?yàn)樗谋砻婷娣e較大，容易保持水分和營(yíng)養(yǎng)?！八鹬肿雍＞d的作用?！甭蹇私忉屨f(shuō)。生物黑炭專家萊曼認(rèn)為，這種物質(zhì)可以在土壤中留存數(shù)世紀(jì)之久，完全符合聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）擬定的碳封存要求。
那不是促成生物燃料負(fù)碳的惟一訣竅?！袄鋮s行星”將建造400個(gè)每年能生產(chǎn)4000萬(wàn)至2億升汽油的模塊化裝置，而不是將礦物燃料耗費(fèi)在運(yùn)輸生物質(zhì)到一個(gè)中心工廠制成燃料。在大約50公里半徑內(nèi)能搞到什么生物質(zhì)，它們便使用什么作為原料?！吧镔|(zhì)出現(xiàn)在哪兒，我們就把工廠搬到哪兒?！甭蹇苏f(shuō)，“它們猶如星巴克咖啡店一般。”
“冷卻行星”的工藝處理只讓一半的碳回歸大氣，另一半被當(dāng)作生物黑炭貯藏了起來(lái)，從而使燃料成為洛克所稱的“100%負(fù)碳”。然而，為了便于打入市場(chǎng)，公司計(jì)劃推出一個(gè)60%碳負(fù)、只將三分之一碳貯藏在植物類物質(zhì)中的版本。在洛克看來(lái)，公司找到了這個(gè)契合市場(chǎng)的“甜蜜點(diǎn)”，應(yīng)該能以大約40美分/升的價(jià)格出售其燃料。
研究設(shè)備至今只生產(chǎn)了數(shù)千升燃料。前不久，由“谷歌”、英國(guó)石油和美國(guó)通用電氣公司合資興建的試驗(yàn)工廠在洛杉磯附近投入運(yùn)營(yíng)，年產(chǎn)量大約為100萬(wàn)升。它準(zhǔn)備在20年內(nèi)建造2000個(gè)模塊化裝置，這足以提供目前世界液態(tài)燃料需求的大約10%。
“冷卻行星”的成果是鼓舞人心的。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)于2007年提出報(bào)告稱，若要讓世界避免災(zāi)難性的氣候變化，就必須開(kāi)始在2015年之前減少碳排放，到2050年降低85%。從這個(gè)意義上說(shuō)，我們甚至還沒(méi)有開(kāi)始起步。
阻止二氧化碳進(jìn)入大氣看來(lái)是行不通的，所以留給我們避免麻煩的出路只有兩條。要么著手啟動(dòng)宏偉的地球工程學(xué)方案以降低全球氣溫，這會(huì)帶來(lái)后果未必符合意愿的巨大風(fēng)險(xiǎn)。要么設(shè)法將二氧化碳從大氣中吸收掉一部分。“即使負(fù)碳生物燃料被證明只是小小的配角，它們也會(huì)對(duì)減少碳排放發(fā)揮應(yīng)有的作用?！比R曼說(shuō)，“這是一種無(wú)悔的策略?！?
