看气候科技初创公司Heirloom的碳捕集技术如何安全地去除二氧化碳

• 要想把全球平均气温升幅控制在较工业革命前水平的1.5摄氏度以内，人们不仅需要限制温室气体排放，还要积极地从大气中去除二氧化碳。 
• Heirloom公司的直接空气捕集技术提供了一种通过除碳实现控温目标的方法。 
• Heirloom公司的做法是利用石灰石捕集二氧化碳，然后将其安全且永久地封存在地下井，甚至是通过混凝土封存在建筑环境中。

数千年来，洪水、极端热浪、寒潮、干旱、野火、暴风雪、龙卷风、台风、海啸等灾害一直威胁着人类的健康和生存。然而，随着气候变化，极端天气日益频发，也更具破坏力。世界卫生组织（世卫组织）指出，气候变化是“人类面临的最大健康威胁之一”。据世卫组织预测，2030年至2050年间，气候变化每年将使死于营养不良、疟疾、腹泻和热应激的人数增加约25万人，而这些人多属低收入和弱势群体。

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，把全球平均气温升幅控制在较工业革命前水平的1.5摄氏度以内可能有助于防止上述的死亡。目前，全球平均气温迅速上升，升幅逼近3摄氏度。在这样的情况下，减少碳排放固然绝对是至关重要的，但仅靠减排孤掌难鸣，还必须要从大气中去除已经排放的碳。据IPCC估计，到2050年，全球每年必须去除多达60至100亿吨二氧化碳。

去除二氧化碳的方式很多，包括植树，以及碳捕集与封存。专门从事除碳技术的美国初创公司Heirloom开发了一种前景广阔的低成本解决方案，即直接空气捕集（DAC）技术，该技术借助石灰石的自然属性，可以永久地从大气中去除二氧化碳。

为何选用石灰石？

矿物会通过碳矿化这一自然过程，快速地吸收周围环境空气中的二氧化碳。直接空气捕集方式既具备可测性，又可扩大规模。而Heirloom公司的技术就是结合了这两者的特点，并选用碳酸钙（CaCO3），该矿物又称石灰石，是地球上常见的一种化合物。

Heirloom公司的商业化主任Max Scholten说：“石灰石是由氧化钙和二氧化碳组成的，把二氧化碳去除掉后，就变成了石灰，即氧化钙。这石灰想要恢复天然的石灰石状态，所以对二氧化碳十分渴求，像海绵似的，从大气中汲取二氧化碳。Heirloom公司的技术加速了这一自然过程，将吸收二氧化碳所需的时间从数年缩短到仅仅三天。”

上述技术解决方案的核心，是一种称为热再生的科学工艺。Heirloom公司在加利福尼亚州布里斯班设有可通过批量生产轻易复制的模块化DAC试验设施，使用可再生能源对电窑中的石灰石矿粉加热，将碳酸钙分离成两种不同的副产品，第一种就是Heirloom所捕集封存的二氧化碳。

捕集的碳，在某些情况下安全地封存在美国环境保护署（EPA）许可的地下六级井中，在其他情况下则与其他天然物质结合溶解在水中，以致永久地与大气隔离。例如，冰岛公司Carbfix将碳酸水注入地下，让其与地下玄武岩发生反应，最终变成石头。另一家公司，即混凝土制造商CarbonCure，则使用碳酸水来拌制新拌混凝土。

“所有的这些封存途径，在去除二氧化碳方面发挥着作用，对气候治理意义重大，”Scholten说道，并补充说Heirloom公司与CarbonCure的合作前景尤为广阔。“迄今为止，Heirloom公司将去除的二氧化碳持久地封存在混凝土中，用于湾区各地的基础设施项目。作为世界上使用最广泛的建筑材料，混凝土为二氧化碳的永久封存提供了重要的‘容器’。考虑到气候危机的严重性和加州雄心勃勃的气候目标，我们需要开始将二氧化碳永久地与大气隔离，而混凝土正是当今可用的解决方案。”

Heirloom公司的热再生工艺所产生的第二种副产品是氧化钙（CaO）。氧化钙与水结合后便暴露在大气中，从而吸收更多的二氧化碳，变回碳酸钙。随后，这重新形成的石灰石加入窑中，重新开始循环。

由于化学成分保持不变，Heirloom公司最终可以将剩余的石灰石升级再造为造纸、水处理或农业的原料。

通过行业合作扩大气候科技规模

据Scholten介绍，Heirloom公司的目标是利用上述技术，到2035年每年从大气中去除10亿吨二氧化碳。这相当于当今美国二氧化碳排放总量的20%，也是专家认为到2035年应除碳量的10%到20%。

为实现这一目标，Heirloom公司需要能够以每吨低于100美元的成本从大气中去除二氧化碳。那么首先就要从运营效率开始下手，这是借助欧特克AutoCAD软件实现的，尤其是专门针对电气行业设计的AutoCAD随附Electrical工具组合，其中包含用于创建、修改和记录电气控制系统的设计功能。

迄今为止，Heirloom公司将去除的二氧化碳封存在混凝土中，用于加利福尼亚州旧金山湾区各地的基础设施项目。Heirloom供图。

Scholten表示，Electrical工具组合对于与控制系统集成的配电盘，是不可或缺的设计工具。“没有它，就无法建造、测试和运行我们用于从大气中捕集二氧化碳的设备，”他说道。

但除了实现高效运营之外，Heirloom公司更需要做的是扩大规模。如果能设立许多设施帮助客户从大气中去除二氧化碳，效率也会随之提高。

Scholten说：“根据莱特定律，我们的模块化设施启用的越多，成本就会大大地降低，正如我们在太阳能、锂离子电池等其他模块化技术中看到的那样。没错，我们是看到了巨大的初步吸引力……但我们需要吸引数以百计的客户，才能扩大持久除碳的市场。长期承购合同是这一规模化过程的核心，那些承诺数十年采购量的买家将大大地加速这个技术的进步。”

Heirloom公司目前进展顺利：2023年9月份，该公司宣布与微软签订了长期合同，微软同意在10多年间向Heirloom购买多达31.5万吨二氧化碳去除量。

Scholten称这是迄今为止最大的二氧化碳去除合同之一。他说：“我们近期与微软达成的协议将使Heirloom公司能够获得催化项目的融资资金来建设未来的DAC设施，这就像那些推动风能和太阳能项目发展的电力购买协议一样。展望未来，我们很高兴能够建设更大规模的设施，以履行我们与买家达成的预先购买协议，进而到2035年实现10亿吨的除碳总量规模。”