大气中的二氧化碳水平已首次达到百万分之400，至少是 80 万年来的首次。 基林父子测量的锯齿状曲线本月短暂地攀升至该里程碑之上，之后北半球春季的萌芽生长开始将二氧化碳吸回空中。但人为温室气体污染似乎将继续上升，而陆地或海洋上的光合植物只能做到这么多。随着温室气体水平进一步升高，机器能帮助清洗天空中的多余二氧化碳吗？
在早春的一天，带着温暖的希望和降雨的威胁，我前往哥伦比亚大学的穆德大楼和前洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家克劳斯·拉克纳的实验室。他爽朗的笑声掩盖了他正式的德语措辞和物理学家用数字来混淆视听的习惯。我做好准备迎接可能难以理解的玩笑，我来到这里是为了了解拉克纳可能拯救世界的科技：一种可以直接从空气中捕获二氧化碳的塑料树脂。
该树脂放置在一个透明的温室外，温室内有罗勒植物、竹子、一种室内植物和在紫外线下发出诡异紫红色的黄瓜。植物的叶子在戴森无叶风扇的风中沙沙作响。在大型储罐旁边，一台计算机监视器记录着二氧化碳水平，一侧的管子将温室内的环境与外界隔开。在紫外线照射下，植物正在忙着吸收二氧化碳来制造叶子、根和蔬菜。“黄瓜靠二氧化碳长胖了，”拉克纳一边笑着一边说道。
一种嵌入了 25 微米树脂颗粒的淡米色聚丙烯塑料以长毛地毯样品的形式插入管子中，几乎立即，随着树脂结合二氧化碳形成碳酸氢盐（一种产生的盐）时，温室内的二氧化碳水平开始稳步下降。这种类型的盐，如果存在钠原子，可能更常见的是小苏打，可以保留二氧化碳。树脂吸收二氧化碳的能力甚至比植物更强，这取决于材料的相对湿度。这使得该过程是可逆的；只需加水即可再次获得二氧化碳。
这不是开玩笑。一个用于储存一些树脂的聚碳酸酯塑料瓶最终被划伤。“他们弄坏了塑料，”拉克纳指着条纹状、混浊的硬塑料瓶，对他的实验室同谋们说道。树脂在其积极寻求化学平衡的过程中从聚碳酸酯中吸收了二氧化碳。
拉克纳计算出，当风力强劲时，在 24 小时内，超过 700 公斤的二氧化碳会通过这个实验室门大小的开口，这要归功于另一个戴森风扇或者仅仅是风大的建筑物顶部。这是一张这种材料可能从空气中吸收的量。或者，它可以被改造成刷状或折叠的棋盘结构，以暴露更多的树脂。
当然，700 公斤的二氧化碳仅相当于 13 个人一天的呼吸量。需要大量的这种树脂机器才能对从大气中吸收这种微量温室气体以降低大气浓度产生重大影响；拉克纳估计，需要 1000 万棵这样的人造“树”才能使大气浓度每年下降 0.5 ppm。每台机器捕获每公斤二氧化碳大约需要 1.1 兆焦耳的电力用于泵送和压缩。这还不包括为了再次获得二氧化碳以便树脂可以重复使用以捕获更多二氧化碳而润湿过滤器（和蒸发）所需的所有水。然后可以将压缩和捕获的二氧化碳用于工业目的，例如提高石油采收率以改善这一切的经济效益，或者埋在地球表面深处。换句话说，需要一个庞大的空气捕获机器工业基础设施来弥补我们庞大的化石燃料工业基础设施的影响。
树脂如何工作是该实验室另一项实验的重点。树脂隐藏在一个泡沫塑料冷却器中（用一条深蓝色的哥伦比亚领带作为实际的闩锁），暴露在水和二氧化碳中并精确称重，同时保持温度恒定。其想法是保持二氧化碳稳定在 400 ppm，没有温度变化，然后改变条件以确定树脂的工作效果如何。
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事实上，很可能另一种类似的材料更适合直接从空气中捕获二氧化碳。TerraLeaf正在研究使用叶绿素铜钠盐——植物中的叶绿素通过添加钠离子和铜转化为盐——与导电聚合物配对，形成一种可以从空气中吸收二氧化碳（或其他温室气体）并形成碳基化学物质，甚至可能是燃料的膜。哈佛大学科学家大卫·基思和他的团队正在努力制造一种能够使用氢氧化钠（也称为碱液）从空气中吸收二氧化碳的机器，然后重新加热以释放二氧化碳，从而实现连续运行。毕竟，这就是在潜艇和宇宙飞船上重新创造可呼吸空气的方式。还有来自 Climeworks、佐治亚理工学院和南加州大学等团体的更多选择。
但拉克纳的聚合物可能在价格上难以匹敌。据拉克纳称，这种由陶氏化学制造的树脂，被称为 Marathon MSA，应用于食品加工和水净化等领域，每公斤仅需 2.50 美元。经过近十年的实验，他们仍在制作第一卷材料。
然而，这可能证明了这种直接空气捕获的最终挑战：成本。一方面，目前没有人愿意为从空气中吸收二氧化碳买单，另一方面，也很少有人愿意为储存或使用的二氧化碳付费。美国物理学会的估计（pdf）表明，这种空气捕获的成本可能约为每吨捕获的二氧化碳 600 美元，这使得即使是拉克纳的大型树脂“树”也成为减排领域的特斯拉跑车。捕获一种仅占空气 0.04% 的气体可能被证明是太耗能且成本太高而无法维持。
再说一次，鉴于目前温室气体浓度已经出现的气候变化影响，世界可能别无选择。拉克纳及其同事在去年 7 月发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中指出，空气捕获可能被证明是解决运输温室气体排放的唯一方法，所有这些尾气管和发动机排气管都位于世界各地数百万辆汽车、飞机和其他车辆上。“鉴于全球气候挑战的巨大性，我们认为这种[空气捕获研发]需要紧急扩大规模，”研究团队写道。目前，用于二氧化碳减排技术的 2500 万美元的维珍地球挑战奖已将拉克纳的工作以及其他四项空气捕获方案确定为获奖考虑对象。其他可能性包括生物炭和生物燃料以及二氧化碳捕获，以及努力加强捕获二氧化碳的自然过程，如岩石风化和植被再生。
人类文明几乎没有减少二氧化碳的意愿，这是最便宜的工业方法：减少来自最大、最集中来源的温室气体污染，例如燃煤发电厂或炼油厂。在这些工业设施中进行碳捕获的成本明显低于一般空气捕获，并且可以减少来自二氧化碳最大单一来源的排放。正如普林斯顿大学机械工程师罗伯特·索科洛所说：在消除这些污染源之前，从空气中捕获二氧化碳毫无意义。
最终的问题可能是这项技术无法在一夜之间奏效。即使拉克纳能够部署数百万棵使用这种树脂的人造树，至少也需要数十年才能恢复工业化前的大气二氧化碳浓度。然后问题就变成了：大气中合适的二氧化碳浓度是多少，谁来决定？最终，可能更容易的是首先停止向空气中排放二氧化碳，让光合植物处理剩下的问题。