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吸淨空氣中的二氧化碳
摘自《科學人101期》
利用空氣過濾機直接吸附二氧化碳，可有效降低大氣二氧化碳的濃度，有助於抒解全球暖化壓力。
撰文／萊克納（Klaus S. Lackner）
翻譯／甘錫安
重點提要
■以吸附劑製成過濾板，並組裝成的機器，可吸附並濾除空氣中的二氧化碳。
■如果這類機器能大量生產，可望以每公噸30美元的成本捕集二氧化碳，比商業二氧化碳供應廠的每公噸至少100美元便宜許多。
■採用改良的吸附劑，全世界1000萬部過濾機每年可使大氣二氧化碳濃度降低5ppm，將超過目前全球二氧化碳濃度增加的速率。
地球已不容許人類繼續排放二氧化碳到大氣中，但已排放的二氧化碳也不會消失，所有跡象顯示，二氧化碳濃度會持續升高數十年。儘管已開發和開發中國家大力支持再生能源，未來仍會繼續燃燒更多石油、煤和天然氣。
在交通運輸方面，石油的替代方案似乎很遙遠。將能量儲存在車內，對於電動車而言相當困難，以相同質量而言，電池儲存的能量不到汽油的1%；將氫儲存在車內所需的空間為汽油的10倍，而且儲存氫的高壓槽也相當重。另外，雖然已有幾架使用生質燃料的飛機完成處女航，但生質燃料的產量和價格是否低廉到符合航空公司需求還不清楚，海上船隻也是如此。
所以，我們該如何防止大氣二氧化碳濃度超過目前的389ppm（ppm為百萬分之一體積濃度）？除了禁止使用碳燃料，另外一個選擇是抽取大氣中的二氧化碳。擴大森林面積或許可以增加一些吸收量，但仍不足以隔離人類製造的過多二氧化碳。還好，過濾機（可想成人造樹）捕集二氧化碳的能力比體積相仿的樹木高許多。
目前有數個研究團隊在研發原型機，包括美國喬治亞理工學院、加拿大卡加立大學、蘇黎士瑞士聯邦理工學院，以及本文作者在哥倫比亞大學和亞利桑那州土桑全球研究科技公司的研究團隊。其實各種設計都以同樣的原理融入一些變化：讓空氣通過某種構造，接觸可結合二氧化碳的化學「吸附劑」後，放出氮、氧等元素。
要遏止氣候變遷，必須大規模捕集二氧化碳，其實基本概念已相當成熟。用氣體洗滌器除去空氣中的二氧化碳已有數十年歷史，包括處理潛水艇與太空船人員呼出的空氣以及製造液態氮。有洗滌功能的化學方法很多，但使用固體吸附劑的機器捕捉的二氧化碳最多、消耗能源最少。以原型機來看，若使用固體吸附劑的機器能普及，將遏止甚至逆轉二氧化碳濃度上升。
空氣捕集機和葉片式產品一樣，也有各種外型和大小，有些展示機的目標是超越實驗室原型機，每天可吸收一公噸到數百公噸二氧化碳。哥倫比亞大學和全球研究科技公司設計的機型可說明這種技術原理：把吸附劑製成細小纖維，排列在寬1公尺、高2.5公尺，形狀類似壁爐濾網的平板上，再將這些過濾板直立起來，裝在12.2公尺標準貨櫃上的水平圓形軌道上，圍繞著軌道旋轉，直接與空氣接觸。過濾板吸滿二氧化碳後，可從軌道卸下，放入貨櫃中的再生室。附著在吸附劑上的二氧化碳在再生室中釋出，並壓縮成液態。處理過的過濾板再裝回軌道，繼續抽取空氣中的二氧化碳。
空氣捕集機收集的二氧化碳可供應給工業界賺取收益，或仿照燃煤火力發電廠使用的碳捕集和儲存實驗系統，用管線送到地下。但還有一個頗具吸引力的方案是以二氧化碳做原料來製造合成液態燃料，供交通運輸使用，方法是用電流將二氧化碳分子中的一個氧原子脫離，並將水分子中的一個氧原子脫離，此過程形成的一氧化碳和氫混合物稱為「合成氣」，近一個世紀前，合成氣就開始用於生產燃料和塑膠，但以往是以其他方法製造。南非的沙索（Sasol）能源公司已開始使用由煤製造的合成氣來生產合成汽油與柴油。因此空氣捕集可平衡交通工具燃燒化石燃料排放的二氧化碳，也有助於將煤、石油或天然氣換成不需開採或鑽挖的合成液態燃料。
當然，空氣捕集不只要能吸碳，還要實際可行、低成本和省能源。要做到實際可行，設備必須輕巧：一天之內要讓700公斤以上二氧化碳通過和房門大小相仿、位於地面或高處的進氣口，這樣的吸收量相當於13個美國人在一天內製造的二氧化碳，還要迎著秒速六公尺的風，與風車差不多，雖然空氣捕集機或許不會碰到這麼強的風，甚至要將二氧化碳全部取出也不大可能，但捕集機還是必須輕巧。
■以吸附劑製成過濾板，並組裝成的機器，可吸附並濾除空氣中的二氧化碳。
■如果這類機器能大量生產，可望以每公噸30美元的成本捕集二氧化碳，比商業二氧化碳供應廠的每公噸至少100美元便宜許多。
■採用改良的吸附劑，全世界1000萬部過濾機每年可使大氣二氧化碳濃度降低5ppm，將超過目前全球二氧化碳濃度增加的速率。
地球已不容許人類繼續排放二氧化碳到大氣中，但已排放的二氧化碳也不會消失，所有跡象顯示，二氧化碳濃度會持續升高數十年。儘管已開發和開發中國家大力支持再生能源，未來仍會繼續燃燒更多石油、煤和天然氣。
在交通運輸方面，石油的替代方案似乎很遙遠。將能量儲存在車內，對於電動車而言相當困難，以相同質量而言，電池儲存的能量不到汽油的1%；將氫儲存在車內所需的空間為汽油的10倍，而且儲存氫的高壓槽也相當重。另外，雖然已有幾架使用生質燃料的飛機完成處女航，但生質燃料的產量和價格是否低廉到符合航空公司需求還不清楚，海上船隻也是如此。
所以，我們該如何防止大氣二氧化碳濃度超過目前的389ppm（ppm為百萬分之一體積濃度）？除了禁止使用碳燃料，另外一個選擇是抽取大氣中的二氧化碳。擴大森林面積或許可以增加一些吸收量，但仍不足以隔離人類製造的過多二氧化碳。還好，過濾機（可想成人造樹）捕集二氧化碳的能力比體積相仿的樹木高許多。
目前有數個研究團隊在研發原型機，包括美國喬治亞理工學院、加拿大卡加立大學、蘇黎士瑞士聯邦理工學院，以及本文作者在哥倫比亞大學和亞利桑那州土桑全球研究科技公司的研究團隊。其實各種設計都以同樣的原理融入一些變化：讓空氣通過某種構造，接觸可結合二氧化碳的化學「吸附劑」後，放出氮、氧等元素。
要遏止氣候變遷，必須大規模捕集二氧化碳，其實基本概念已相當成熟。用氣體洗滌器除去空氣中的二氧化碳已有數十年歷史，包括處理潛水艇與太空船人員呼出的空氣以及製造液態氮。有洗滌功能的化學方法很多，但使用固體吸附劑的機器捕捉的二氧化碳最多、消耗能源最少。以原型機來看，若使用固體吸附劑的機器能普及，將遏止甚至逆轉二氧化碳濃度上升。
空氣捕集機和葉片式產品一樣，也有各種外型和大小，有些展示機的目標是超越實驗室原型機，每天可吸收一公噸到數百公噸二氧化碳。哥倫比亞大學和全球研究科技公司設計的機型可說明這種技術原理：把吸附劑製成細小纖維，排列在寬1公尺、高2.5公尺，形狀類似壁爐濾網的平板上，再將這些過濾板直立起來，裝在12.2公尺標準貨櫃上的水平圓形軌道上，圍繞著軌道旋轉，直接與空氣接觸。過濾板吸滿二氧化碳後，可從軌道卸下，放入貨櫃中的再生室。附著在吸附劑上的二氧化碳在再生室中釋出，並壓縮成液態。處理過的過濾板再裝回軌道，繼續抽取空氣中的二氧化碳。
空氣捕集機收集的二氧化碳可供應給工業界賺取收益，或仿照燃煤火力發電廠使用的碳捕集和儲存實驗系統，用管線送到地下。但還有一個頗具吸引力的方案是以二氧化碳做原料來製造合成液態燃料，供交通運輸使用，方法是用電流將二氧化碳分子中的一個氧原子脫離，並將水分子中的一個氧原子脫離，此過程形成的一氧化碳和氫混合物稱為「合成氣」，近一個世紀前，合成氣就開始用於生產燃料和塑膠，但以往是以其他方法製造。南非的沙索（Sasol）能源公司已開始使用由煤製造的合成氣來生產合成汽油與柴油。因此空氣捕集可平衡交通工具燃燒化石燃料排放的二氧化碳，也有助於將煤、石油或天然氣換成不需開採或鑽挖的合成液態燃料。
當然，空氣捕集不只要能吸碳，還要實際可行、低成本和省能源。要做到實際可行，設備必須輕巧：一天之內要讓700公斤以上二氧化碳通過和房門大小相仿、位於地面或高處的進氣口，這樣的吸收量相當於13個美國人在一天內製造的二氧化碳，還要迎著秒速六公尺的風，與風車差不多，雖然空氣捕集機或許不會碰到這麼強的風，甚至要將二氧化碳全部取出也不大可能，但捕集機還是必須輕巧。
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