“降服”CO?新路径:集“制服”与“驯化”于一体

　　在“征服”二氧化碳的攻坚战中，最具前瞻性的研究是集“制服”与“驯化”为一体，模拟自然界光合作用原理，将二氧化碳直接转化成能源。

　　化石燃料资源的疯狂开采和二氧化碳的过度排放，导致地球上的环境恶化、气候异常、资源枯竭，人类的生存面临严重的威胁。

　　既要满足不断增加能源的需求，又要解决日益严重的二氧化碳危害，人类面临着两难的境地。各国政府、科研机构和人员、企业界为此进行了多种努力和探索。

　　被动应对与主动攻坚

　　目前各方研究大致可以分为被动应对和主动攻坚两大类型。

　　被动应对的措施主要有三种，一是节能减排，大力开发和推广节能产品，以控制和降低二氧化碳排放；二是开发和推广清洁能源；三是保护和恢复地表植被，依靠植物的光合作用吸收二氧化碳。

　　这些措施目前在不少国家或地区已经得到广泛的认可和实行，但本质上属于对二氧化碳威胁的一种被动消极应对，从战略上和现实上都不能从根本上解决问题。节能减排只能延缓化石燃料资源消耗及二氧化碳排放的速度，而对于“化石资源耗尽、环境继续恶化”的未来前景则难以改变；新型清洁能源的开发尽管已经数十年，但由于功效比、投入产出比以及持续稳定性方面的限制，在全世界能源格局中，只能减轻人们对化石能源的依赖程度。专家预测，在化石能源耗尽之前，新型清洁能源难以取代其地位，承担起人类活动的主要能源的角色；至于依靠植物来吸收二氧化碳，其作用更是有限，只能用于人们生活小区的环境改善，相对整个地球而言，人类对森林植被及绿地的破坏尚未遏制，地球的“肺功能”远远没有恢复。

　　主动攻坚的方式大致分为“制服”和“驯化”两路大军。所谓“制服”，就是通过人工手段将大气中的二氧化碳锁定在特制的设备中，防止其对环境的破坏。有科学家提出，采用高压存储二氧化碳方式，将其液化，深埋海底。但是，高压存储和深埋面广量大，成本奇高；而且，对密封材料及工艺的要求，现有技术难以企及，一旦发生泄漏，将导致海水酸化，对海洋生态环境造成毁灭性的破坏。

　　所谓“驯化”，就是利用科技手段，将二氧化碳重新转化成可以利用的资源。比如，现在比较普遍地将二氧化碳用于生产纯碱、尿素、汽水的化工原料，灭火材料以及食品冷藏等等，但生产这类化工原料的资源相当广泛，而利用途径受到限制，这对于日益严重的温室气体来说，无异于“杯水车薪”。

　　集“制服”与“驯化”于一体

　　在征服“二氧化碳”的攻坚战中，最具前瞻性的研究探索是集“制服”与“驯化”为一体，模拟自然界光合作用原理，将二氧化碳直接转化成能源。一旦成功，既能直接减少大气中的二氧化碳，又能开辟一种新型清洁能源。这种思路无疑是人类最终战胜“二氧化碳”的最佳选择。

　　近年来，一些研究已经成功地用二氧化碳和水反应生成氢气和一氧化碳，从而获得了生产新燃料的物质基料。这是个巨大的进步。但是制约这些成果进入市场的最大障碍，就是实现这种转化所耗费的能源远远大于所能提供的能源。如何克服这种“得不偿失”成为人类新的攻坚目标。

　　由美国化学家、伊利诺伊大学(University of Illinois)原教授、现任Dioxide Materials Inc的CEO理查德·马塞尔(Richard Masel)领导的科研团队，成功研发出将二氧化碳低耗高效地转化成新能源的关键技术，为人类将二氧化碳“变废为宝”开辟了新的道路，受到国际上的广泛关注。他们的成果分别发表在近期的《科学》杂志和《科学美国人》杂志上。

　　该项新技术的独辟蹊径之处就在于，以自然界取之不尽的光能或者风能为初始能源，依靠现有的光能、风能发电技术，用其生产的电能将二氧化碳和水转化成一氧化碳与氢气的合成气体，这种气体就可以再生产出石油、柴油、乙醇、甲醇等工业原料。

　　这项成果的核心技术，是研发出一种以离子溶剂为电解质和催化剂的电化学系统，从而解决了二氧化碳转化为新能源中的高能耗问题，预示着二氧化碳“变废为宝”成为可能。

　　在这个系统中，通过离子溶剂的作用，水在正极上分解并释放出氢离子，氢离子渗透并且迁移至负极上，和负极上的二氧化碳反应，产生一氧化碳和氢气。由于离子溶剂这项新技术的作用，二氧化碳只需要非常低的电能就可以转化为合成气体，生产效率由之前的不到30%达到80%以上，而所消耗的电能仅为之前的十分之一。这就成功地攻克了二氧化碳在电化学转化中因超高电势导致的高耗低效这一瓶颈，解决了目前科技界在这一领域面临的普遍难题，为人类降伏“二氧化碳”开创了新的里程碑。

　　正是由于这项新技术在治理环境和能源开发中发挥双重作用，起到“一箭双雕”的效果，具有广阔的市场前景，美国《科学》杂志在刊发成果的同时，给予了极高的评价：“完全有可能利用地球上最丰富、可循环的能源物质，为包括工矿企业、汽车在内的任何设备提供动力，而不会由此产生温室气体。”

　　将带来革命性变化

　　项目牵头人马塞尔指出，这项新技术将在新能源开发领域带来一场革命性变化。它的重要意义在于：

　　首先，能够直接减少大气中二氧化碳的含量，有效缓解温室气体对人类环境的压力。他举例说，假如一个发电厂和80万辆汽车年排放二氧化碳分别为400万吨，全年的二氧化碳排放总量就是800万吨。如果将发电厂排放的二氧化碳收集起来，用这项新技术来制造汽车所需要的汽油等燃料，就可以直接减少400万吨的二氧化碳排放，同时解决80万辆汽车所需要的绝大部分燃油。

　　其次，它既不需要化石原料提供动能，仅利用光能或风能就将二氧化碳低耗高效地转化成新的可用能源物质，又不会与其他生物质能争抢资源，不对粮食生产构成威胁。这就为人类减少对化石能源的依赖，保护植被和耕地，开发可持续、可循环的新能源开辟了一条全新的途径。

　　第三，解决了目前光能、风能利用不延续、不稳定、难储运的问题，为人类更有效地利用光能、风能提供了可选择的方式。目前的光能和风能主要是转化为电能。但是，一方面电能的存储和传输，尽管有新材料、新技术的不断推出，但终究无法避免其耗减；另一方面光能和风能受制于昼夜变化及气候的影响，难以为人们有计划、有规律地利用。而这项新技术在本质上并没有将光能和电能消耗丢失，而是在与二氧化碳和水的化学反应中实现能量转化，产生出合成气体这种可以存储和运输的能源载体。如同自然界的光合作用一样，植物利用光能将二氧化碳转化成碳氢化合物(例如碳水化合物、糖，等等)，其载体就是植物、煤矿、原油，等等。人类从古至今所使用的能源物质，绝大部分都是这种转化的结果。这项人工光合作用生产的能源载体，将自然界需要十年、几十年甚至上百年、千年才能完成的转化缩短为短短的瞬间，而且同样便于存储和运输，其优势是不言而喻的。

　　第四，将“合成气体”炼制成石油、柴油、乙醇、甲醇等燃料已经是较为成熟的生产工艺，国际大型石油公司一直在用这类合成气加工成石油，这项新技术完全具备了大面积推广使用的条件。

　　马塞尔根据目前大型石油公司的需求及合作意向作出判断，这项新技术在2015年以前为推广完善期，2018年将会广泛运用。到2020年，该项新技术将作为人类控制温室气体的重要手段，纳入各国碳排放计划指标。

　　笔者认为，新技术的问世，对于中国这样一个能源需求和消耗的大国，更具有既紧迫又可行的推广价值。

　　一方面，中国既要满足经济社会发展对能源不断增加的新需求，又要不断控制和减少二氧化碳的排放，矛盾已经相当突出。11月9日，温家宝总理主持召开国务院常务会议，讨论通过了《“十二五”控制温室气体排放工作方案》。据了解，2009年我国石油进口就达2.038亿吨，依存度已经超过50%。而二氧化碳排放量大，减排的任务相当艰巨。

　　另一方面，中国已经具备利用这项新技术的条件。经过这些年的技改投入，国内已经初步建成了太阳能电池板和风能设备的规模生产，完全能够适应新技术初始电能的需要。同时，像中石油、中石化等大型企业都拥有着将合成气体炼制成能源物质的能力和工艺。

　　因此，只要国家从宏观的能源战略层面予以指导和引导，在财政和税收政策上纳入“新能源”和“减排”的范畴，予以扶持和支持，这项新技术必将在中国的未来能源战略及发展低碳经济中发挥重要的作用。（朱薇）