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华盛顿特区—每秒钟，我们的身体都会在组织中捕获二氧化碳，通过血液运输，然后将其倾倒在肺部，并从那里呼出。这种无意识的过程是人类为大气中温室气体积累做出贡献的另一种方式——尽管其体积与燃烧化石燃料相比微不足道。这种新陈代谢过程的关键是一种叫做碳酸酐酶的酶，它在捕获和释放二氧化碳方面的效率是人类工程师希望在发电厂规模上模仿的。
研究工程师哈里·科达托斯和他在联合技术公司（UTC）的同事们正在研究这样的系统，并获得了美国能源部新的ARPA-E计划的资助。毕竟，UTC子公司汉密尔顿桑德斯特兰自20世纪60年代以来就一直在使用不同的技术为太空计划制造二氧化碳捕获装置。但科达托斯在上周在华盛顿特区举行的ARPA-E峰会上表示，碳酸酐酶“每秒捕获600个分子”。“将这种酶从体内取出具有挑战性。我们的身体会不断再生这种酶，因为它会降解。”
因此，科达托斯和UTC的想法不是使用酶本身，而是掌握其化学原理，并“在发电厂烟气这种非自然环境中使用它，”科达托斯说。关键似乎是位于酶核心的一个单一锌原子，它的结构类似于金字塔。这种结构使碳酸酐酶能够抓住二氧化碳，“不太松也不太紧，”科达托斯解释说，这对于高效捕获然后释放温室气体至关重要。
UTC并非孤军奋战。仅在ARPA-E计划中，37项获得资助的开发技术中有四项涉及研究更节能的方法来捕获化石燃料发电厂烟气中的二氧化碳。宾夕法尼亚州伯利恒市利哈伊大学的化学家大卫·摩尔利用电力本身为二氧化碳捕获的吸附材料充电。纳尔科公司正在开发一个“电化学平台”来完成这项工作。加利福尼亚州海沃德的Porifera, Inc.的物理学家奥尔吉卡·巴卡金计划使用由碳纳米管组成的薄膜将二氧化碳与其他气体分离——使用碳来捕获碳。
能源部长朱棣文在会议上告诉ScientificAmerican.com，“我们需要开发能够使我们以清洁的方式使用化石燃料的技术。”“这不是五年、十年就能解决的问题。我们需要半个世纪才能将碳排放量降到我们需要保护气候的水平。”与此同时，美国将需要稳定的电力供应，而今天，这意味着燃煤或核能，朱棣文说。
然而，一些公司正在研究将化石燃料发电厂的二氧化碳排放转化为有用的东西，如水泥。Calera公司将加利福尼亚海岸莫斯兰丁发电厂的烟气鼓入海水中，以生产由碳酸盐制成的骨料，碳酸盐是海洋生物用来建造贝壳的相同矿物质，也许更常见的是粉笔。风险投资家维诺德·科斯拉在ARPA-E峰会上说，这是该技术的早期投资者，“他们今天正在生产数百甚至数千吨产品。”“这是一种以零价格捕获碳的方式，因为它是一种你可以出售的产品。它将二氧化碳从一个问题变成了一个原料。”
UTC方面，正在开发一种基于碳酸酐酶化学的膜系统，虽然不是零成本，但可以节省30%的能源，否则需要用胺或其他已知的化学物质来捕获碳。“液态胺与二氧化碳的反应相当缓慢——动力学迟缓，”科达托斯指出。
也许这就是为什么南方公司宣布将不再资助一项拟议项目，该项目旨在在阿拉巴马州一家燃煤发电厂使用此类胺来捕获二氧化碳，尽管它已从联邦政府获得了2.95亿美元的资金（大约是UTC获得的100倍）。陶氏化学公司负责能源和气候变化业务的副总裁道格·梅在会议上告诉ScientificAmerican.com，“这很昂贵”，该公司开发了这种基于胺的技术。“它还没有达到应有的水平。”
法国阿尔斯通电力公司发言人蒂莫西·布朗补充道，该公司为发电厂开发了这种基于胺的捕获技术。“我们认为，国会应该通过全面的气候立法，以确立维持这项技术日益增长的势头所需的确定性，因为它已被证明具有缓解二氧化碳排放和创造就业机会的能力。”
一旦捕获二氧化碳，要找到储存场所也并非易事。尽管在西弗吉尼亚州登山者燃煤发电厂的一个试点项目中，将二氧化碳注入深层岩层的工作进展顺利——迄今为止已储存了3000公吨，该设施的所有者美国电力公司的加里·斯皮兹诺格尔说——但公众的反对阻止了俄亥俄州一个类似的政府资助项目。
尽管如此，要么必须开发和部署碳捕获和储存技术，要么必须大幅增加风能、太阳能和核能等低排放电力来源。白宫科技政策办公室顾问约翰·霍尔德伦在ARPA-E峰会上发表讲话时指出，“80% [人类温室气体排放]来自煤炭、石油和天然气，它们提供了世界80%的能源供应。”“这告诉你们能源系统需要进行多大的改造。”