吸净空气中的二氧化碳

■ 甘锡安

地球已不容许人类继续排放二氧化碳到大气中，但已排放的二氧化碳也不会消失，所有迹象显示，二氧化碳浓度会持续升高数十年。

我们该如何防止大气二氧化碳浓度超过目前的0.04%？除了禁止使用碳燃料，另外一个选择是抽取大气中的二氧化碳。扩大森林面积或许可以增加一些吸收量，但仍不足以隔离人类制造的过多二氧化碳。

要遏止气候变迁，必须大规模吸收二氧化碳，其实基本概念已相当成熟。用气体洗涤器除去空气中的二氧化碳已有数十年历史，包括处理潜水艇与宇宙飞船人员呼出的空气以及制造液态氮。空气捕集机和叶片式产品一样，也有各种外形和大小，有些展示机的目标是超越实验室原型机，每天可吸收一吨以至数百吨二氧化碳。哥伦比亚大学和全球研究科技公司设计的机型可说明这种技术原理：把吸附剂制成细小纤维，排列在宽1.0米、高2.5米，形状类似壁炉滤网的平板上，再将这些过滤板直立起来，装在12.2米标准货柜上的水平圆形轨道上，围绕着轨道旋转，直接与空气接触。过滤板吸满二氧化碳后，可从轨道卸下，放入货柜中的再生室。附着在吸附剂上的二氧化碳在再生室中释出，并压缩成液态。处理过的过滤板再装回轨道，继续吸取空气中的二氧化碳。

要做到实际可行，设备必须轻巧：一天之内要让700千克以上二氧化碳通过和房门大小相仿、位于地面或高处的进气口，这样的吸收量相当于13个美国人在一天内制造的二氧化碳，还要迎着秒速6米的风，与风车差不多。

在评估成本时必须考虑二个基本步骤：由空气抽出二氧化碳，以及由吸附剂抽出碳。与风车比较的结果，我很早就认为以吸附剂滤除二氧化碳的成本可以很低，由吸附剂抽出二氧化碳之后的处理步骤才是影响成本的主要因素。然而要除去数百万部车辆排放的二氧化碳，捕集空气仍是比较实际的做法，因为交通工具会释放大量二氧化碳，滤净大气应该是比较可行的方法。

干的好？还是湿的好？

根据化学家的观点，好的吸附剂必须有够强的吸附力来结合二氧化碳，但吸附能力又不能太强，否则后续释放出二氧化碳的成本会很高。目前环境空气中的二氧化碳浓度约为0.04%，而燃煤火力发电厂废气中的浓度为10%～15%。但浓度不同的二氧化碳所需的吸附剂强度其实差不多，因此空气捕集用吸附剂的吸附强度可能和用于洗涤废气的吸附剂相仿。

吸附剂可制作成固体或液体。液体的优点是很容易在捕集器和再生器之间输送，缺点是不易和空气间维持足够的接触面，但我们相当了解有关的化工方法，例如任职于卡加立大学和碳工程公司的凯斯，采用的解决方案是让氢氧化钠在一片塑料表面上流动，再以风扇吹送空气。要移动液体很容易，但二氧化碳与氢氧化钠之间的结合力相当强，因此要使它离开吸附剂相当困难。

固体吸附剂比较理想，因为可做成凹凸不平的表面，提供更大的结合面积，提高捕集率。但要让固态吸附剂进出再生室比液态困难，全球恒温公司和美国佐治亚理工学院正在合作研究一种固体吸附剂，加热后可将吸附的二氧化碳释出。

有几种创新的吸附剂可在碳酸盐和重碳酸盐之间来回变化，其中一种称为负离子交换树脂。目前有许多化学程序采用这种类似塑料的碳酸盐聚合物，包括用来制造去离子水的方法：树脂中的正离子固定不动，而负离子则可以移动，将树脂放在可提供不同负离子的溶液中，一组负离子就可交换成另外一组。

全球研究科技公司已开发出这种碳酸盐树脂，将干燥树脂制成的过滤板与空气接触，吸附二氧化碳，直到树脂变成重碳酸盐状态为止。重复使用时，在树脂上喷水，即可释出二氧化碳，同时使树脂变回碳酸盐，干燥后可再度吸附二氧化碳。