应对气候变化看似理想且直接的解决方案之一是从大气中高效地吸除温室气体。但一项新的研究发现，这种提议非常不切实际且极其昂贵。
总统的科学顾问约翰·霍尔德伦和能源部长朱棣文过去曾表示支持捕获和储存空气中的污染物，以此作为减缓全球气温上升的一种措施。然而，在本月早些时候发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中，研究人员发现，试图洗涤空气比从一开始就防止空气变脏要昂贵得多。
对于进行这项研究的科学家来说，空气捕获被证明在很大程度上是一厢情愿的想法，它分散了人们对更有效的应对污染和气候变化策略的注意力。“我们认为澄清记录很重要，因为[空气捕获]具有政策影响，”麻省理工学院能源计划高级研究工程师兼报告作者之一霍华德·赫尔佐格说。他说，空气捕获之所以具有吸引力，是因为它让人们可以在不改变任何能源使用的情况下蒙混过关。
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空气捕获涉及使用过滤器、化学反应或特殊材料来收集二氧化碳等温室气体。许多这些技术已经存在于工业用途中，以防止二氧化碳进入关键工艺，并净化航天器和潜艇上的空气。使用这些工具应对气候变化的问题在于，从大气中提取二氧化碳是资源密集型的。“[空气捕获]需要大量能源。我们产生二氧化碳排放的原因是我们使用了大量能源。通过燃烧大量能源来控制二氧化碳是没有意义的，”赫尔佐格说。
空气捕获的另一个挑战是，覆盖地球表面的大气层非常巨大，而二氧化碳只是其中的相对较小的一部分。科学家们研究了市场上一些现有的空气捕获策略，并计算了它们在大规模净化空气方面的效率和成本。“我建议研究效率应该如何作为目标材料稀释程度的函数，”二氧化碳管理公司 C12 Energy 总裁兼论文合著者之一库尔特·曾茨·豪斯说。
小针，大草堆
他解释说，该团队研究了碳提取系统在室外空气稀释的情况下净化空气需要多少能量，这与工厂和燃煤电厂烟囱中浓度较高的二氧化碳不同，在烟囱中通常建议使用碳洗涤系统。从大气中收集二氧化碳需要梳理的空气量是发电厂所需空气量的 300 倍。“在大草堆中找针比在小草堆中找针更难，”豪斯说。
研究人员发现，企业家和科学家之前对空气捕获的成本和效率估计过于乐观。从空气中提取二氧化碳的成本可能超过每吨 1,000 美元，而安装在烟囱中的系统的成本为每吨 50 至 100 美元。“我们并不是说从空气中去除二氧化碳是不可行的；我们想问这是否是缓解气候变化的一种经济方式，在这里我们非常清楚地表明它不是，”赫尔佐格说。
豪斯还指出，从空气中提取一定量的二氧化碳所需的能量大于燃烧产生二氧化碳的煤炭所获得的能量。换句话说，用燃煤发电运行空气捕获系统会产生比它清除的更多的污染。“如果你用天然气供电，你就收支相抵，这毫无意义，”豪斯说。
豪斯认为，空气捕获在应对气候变化方面有效的唯一方法是使用太阳能或风能等可再生能源供电，在这种情况下，最好是将能源输回电网以取代化石燃料发电。“为了使空气捕获有效，人们基本上必须在商业分离系统中大大改进我们迄今为止所取得的成就，”他说。
然而，还有其他捕获碳的方法。“可能最实用的一种是生物方法，例如树木和植被。这是由太阳能驱动的。这并不便宜，但它比[空气捕获]更可行，”赫尔佐格说，并指出使用植物控制碳排放将需要大量土地。
另一种方法是在源头阻止碳排放，使用现有技术从工业场所捕获二氧化碳，然后将其储存在地下或重新用于制造。已经有化石燃料发电厂使用这些系统，但成本仍然是一个问题。“它与大规模可再生能源和核电处于同一水平，”赫尔佐格说。“与基础系统相比，它们都不便宜。”
伍兹霍尔研究中心的生态学家皮特·贝克说，更频繁的野火和虫害——本身也受到气候变化的影响——可以帮助加速这种转变。
贝克的工作将植被生长的卫星观测与树木年轮数据相结合，表明虽然北方寒带针叶林的北部地区正在蓬勃发展，但阿拉斯加布鲁克斯山脉以南的树木生长因干旱胁迫而正在放缓。
“我们看到北方寒带针叶林的理想范围正在向北移动，”贝克说。“我不知道临界点和政权广泛变化会在什么时间尺度上发生，但我认为我们现在正处于一个阶段，问题是它们是否可能在 21 世纪的时间尺度上发生。”
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