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科学家希望通过释放更多的二氧化碳来限制气候变化

2020

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如今,二氧化碳受到了很多关注。 审查是可以理解的:5月11日,天然气的水平达到了百万分之415,比过去80万年的典型大气水平高出100多ppm。 即使我们今天停止排放,这种长寿命的温室气体将在未来数千年内使地球变暖。

但是,还有另一种温室气体甲烷,一些科学家认为这是稳定气候的许多策略中的低成果。 周一在斯坦福大学自然可持续发展期刊上发表的令人惊讶且违反直觉的提议中,科学家认为我们可以通过化学方法将甲烷转化为二氧化碳来限制变暖。 研究报告的主要作者罗布杰克逊说:“我们的论文是一个关于消除甲烷的呼吁”。

甲烷或CH4目前在空气中的浓度为每十亿分之八十八,相当于工业革命前的两倍半。 60%的甲烷排放是人为造成的,来自农业来源,如稻田和打嗝牛,以及化石燃料生产。 这种气体是短暂的,在大气中平均持续十年。 但它很难在短时间内加热。 甲烷在20年内使大气的温度升高到二氧化碳的84倍,是一个世纪以来的28倍。

斯坦福大学的团队认为,虽然这种分子的化学成分使其成为一种有关的温室气体,但它也有助于提供潜在的解决方案。 甲烷和氧气反应形成二氧化碳和水。 该反应在热力学上是有利的,因为它释放能量。 事实上,它在大气中自然发生。 如果我们能够创造一种加速这种自然趋势的工业过程,该论文提出,它可以作为减缓变暖的重要策略。

在地面上,这看起来可能类似于直接碳捕获的拟议设计 - 大型风扇吸入空气并通过有助于甲烷转化为CO2的介质运行。 与碳捕获不同,废气不需要泵送和储存。 相反,二氧化碳只会飘走。 因为它不像甲烷那么强大的温室气体,净效应仍将是全球变暖的削减。 转换大气中所有人为造成的甲烷将释放额外的82亿公吨二氧化碳,即几个月内全球排放的二氧化碳排放量。 即便如此,该过程将消除我们自开始燃烧化石燃料以来所经历的变暖的全部六分之一,该论文估计。 杰克逊说:“这会让我们有时间来解决更困难的二氧化碳来源。”

当然,这个提案只是处于创意阶段,其实施仍存在许多挑战。 该论文指出,最明显的一点是甲烷在空气中非常分散。 它的含量为1, 860 ppb,占空气中所有分子的一小部分,稀释度约为CO2的200倍。

甲烷的化学结构也构成了转化它的障碍。 作者写道,由于它的四面体形状,从中心碳中分出的四个氢原子会催化一个明显的催化进入点。 仍有一些有希望的证据表明,沸石是一种具有许多微孔的矿物,可用于转化甲烷。 这些微小的孔隙可以帮助浸泡甲烷并与金属催化剂反应,促进其转化为二氧化碳。

而且,就像碳捕获一样,这个过程可能会消耗很多能量。 建造设备,开采沸石和运行风扇将需要动力。 美国国家海洋和大气管理局的大气化学家Ed Dlugokencky表示,即使对于使用风将空气通过催化剂的被动系统,它似乎也需要大量的能量。 杰克逊表示,甲烷转化系统理想情况下可以在零碳源上运行,如风能和太阳能。 并且,由于反应释放能量,他认为可以重新捕获并使用它来保持运行。

但也有货币问题。 现在,由于向大气释放碳基本上是免费的,因此没有办法从这个过程中赚钱。 无论是法律授权还是碳价格都需要对工业扩大甲烷捕获产生兴趣。 正如该报指出的那样,以每公吨二氧化碳500美元的价格,通过将甲烷转化为二氧化碳而产生的全球变暖潜能的抵消将产生每吨甲烷转化12, 500美元,从而使加工有利可图。

一些人认为依赖碳定价过于乐观,而且我们的资金更好地花在可再生能源上。 Sgouris Sgouridis说:“这个想法非常实质性和能量密集,甚至不能以超过500美元/吨的价格竞争,除了不必要(并且在政治上不可行)之外,可再生能源(目前大多不需要碳价)是真正的意外收获。”哈利法大学的工业和系统工程科学家,以及最近一项将可再生能源和碳捕集能​​源系统的能源投入与产出进行比较的研究的作者。“为什么你会采用非常昂贵的战略而不是扩大更便宜的战略呢?”

因为甲烷是短暂的,所以让大自然处理它可能更好。 NO对于CH4对全球变暖的贡献,有一个更简单的解决方案,“NOAA®碳循环温室气体集团负责人Pieter Tans说。 我建议我们以已知方式减少CH4排放,并让大气在大约10年内将其氧化成二氧化碳。“

杰克逊认为,即使面临挑战,这项技术也可能在气候行动的未来占有一席之地。 他希望他的提议引发对催化甲烷转化的理想材料的研究,以及集中甲烷进入的工业设施的想法,使其更容易反应。 对于杰克逊而言,这不仅仅是为了稳定我们目前正在变暖的星球。 该技术甚至可以在继续减少排放方面发挥作用,即所谓的“大气恢复”。“我认为修复空气比稳定空气更好,”他说。 “我想重置大气甲烷的时钟。”

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