2022年4月22日是第52个世界地球日（Earth Day）。50多年来，气候变化和其他环境问题仍然威胁着地球的健康。宾夕法尼亚州立大学大气科学教授迈克尔·曼（Michael Mann）说：“每一天都应该是地球日。没有一个宜居的星球，我们将一无所有。”
图源：www.earthday.org
今年世界地球日的主题是“投资我们的星球（Invest in Our Planet）”，旨在鼓励企业、政府和公民立即就气候变化和其他问题采取行动，以大胆的行动、创新与实行，由绿色经济、落实永续商业模式，来建立健康的城市、国家及经济，共同打造一个丰饶且公平的未来。
近年来，随着国际社会对于节能减排意识日益增强，投资星球的“生意”已经悄悄地在国际市场上形成了很多新赛道。人们正在探索将二氧化碳等温室气体变废为宝，回收再利用，并形成有效、稳定的商业模式，来减少碳排放对地球的伤害。
铜冶镇化工厂每年将把约16万吨二氧化碳回收生产燃料。
图源: Carbon Recycling International
在中国河南省铜冶镇，煤炭开采和金属冶炼是主导产业。在一座庞大的工业园区里，煤炭被不断地燃烧为焦炭和石灰，这两种原料是生产钢铁的关键原料。因此，这里也曾是中国大气污染最严重的地方之一。
好消息是，今年这里的一家化工厂将建设世界上最大的二氧化碳回收设施。石灰窑产生的二氧化碳、多余的氢气和焦化炉产生的二氧化碳将被用于生产甲醇——一种用于燃料和制造塑料的工业化学品。支持该行动的雷克雅未克碳回收国际公司（Carbon Recycling International，CRI）表示，建成后的铜冶镇工厂每年将回收约16万吨二氧化碳，相当于数万辆汽车的排放量。
将温室气体变废为宝这是一个诱人的想法。目前，许多国家都在致力于捕获碳排放并将其储存起来。但也有人打算将它们重新利用起来，生产出有用的产品，比如说钻石、伏特加、燃料、聚合物、建筑材料等。
2021年，马萨诸塞州一家市场调查公司Lux Research的 告显示，已经有超过80家公司正在研究利用二氧化碳的新方法。虽然眼下这些产品的市场规模还很小，只有不到10亿美元。但Lux Research预测，到2030年，二氧化碳回收的市场规模将增长到700亿美元，到2040年可能达到5500亿美元。
碳排放回收行业已经不再是一片蓝海。
从二氧化碳到甲醇
将二氧化碳应用于生产并不是个新想法。在此之前，每年大约有2亿吨的二氧化碳被用于化肥生产、石油开采等。现在，科技公司正在把眼光聚焦在新能源电池和催化剂等领域。
2012年，CRI在冰岛一座地热发电站旁边开设了第一家二氧化碳制甲醇工厂。依靠冰岛相对低碳的电 ，CRI工厂通过电解水产生“绿色”氢气。然后，这些气体被合并、加热、加压、催化，缓解二氧化碳键的断裂。通过这种方法，该工厂每年可以回收5500吨二氧化碳。
二氧化碳+氢气+催化剂=燃料或化学商品。这种商业模式的主要成本围绕着制造氢气、捕获二氧化碳以及打破分子的强碳氧键以形成新分子所需的能量等。这就是为什么早期工厂都建在具备高纯度废二氧化碳、广泛可用的备用氢气和热能或低成本可再生电力流这些条件的地方。
虽然用这种新技术来生产甲醇的成本更高，但是需要寻找可再生燃料的公司愿意为此支付溢价。除了铜冶镇的工厂外，CRI还在中国江苏省和挪威北部等地的大型工厂开展了此项工作。还有一些来自比利时、瑞典和丹麦等公司也在同一赛道快速奔跑，预计在未来三年间投入运营。
CRI第一家靠二氧化碳回收制甲醇的工厂
图源: ARCTIC IMAGES/Alamy
从二氧化碳到电化学
一些初创企业有不同的想法：二氧化碳在电化学电池的应用中更便宜、更高效，比建造大型、集中化的项目更适合。总部位于加利福尼亚州的创业公司“十二号”的目标是在今年年底前建成一个集装箱大小的电解槽系统，该系统每天利用电力将超过一吨的二氧化碳转化为合成气。这种一氧化碳和氢气的混合物可以广泛用于制造其他化学品，包括燃料。“十二号”希望能以此为有减排需求的公司提供服务业务，通过收取转换费用以及出售最终产品来实现盈利。
将二氧化碳转化为化学物质和燃料的电化学电池
图源: Twelve
电化学不仅仅针对合成气。阿姆斯特丹的一家可再生能源化工公司Avantium正在尝试用改进的催化剂来生产甲酸，然后甲酸再被转化成更有价值的化学品。
还有一些化学家希望制造出更复杂的碳分子，从而获得更高的价格。比如加拿大多伦多大学的电气工程师和材料科学家Edward Sargent团队揭开了一个将二氧化碳和水转化为环氧乙烷的电化学系统，有望被广泛用于制造聚合物。
Avantium正在尝试用改进的催化剂来生产甲酸。
图源: Avantium
从二氧化碳到聚合物
还有一种出路。
有研究人员认为，将回收的二氧化碳锁定在可使用数十年的产品中更有意义。这时候，聚合物就登场了。
英国牛津大学化学家Charlotte Williams开发了一种催化剂，可以将二氧化碳转化为用于制造聚氨酯泡沫的多元醇。多元醇通常由昂贵的环氧化合物制成。但该催化剂能让二氧化碳取代聚合物链中的一些环氧化合物。这将一过程可以捕获二氧化碳并减少环氧化物的消耗，而环氧化物本身就有很大的碳足迹。
Lux Research认为将二氧化碳纳入产品的最大机会在于混凝土和其他建筑材料。因为混凝土是唯一一种可以永久封存产品中二氧化碳的材料。该技术经过验证且可扩展，可以满足全球对混凝土的巨大需求。
加拿大公司CarbonCure将废弃的二氧化碳泵入新拌混凝土中，形成纳米碳酸钙，提高了混凝土的抗压强度，从而减少了水泥用量。该公司表示，这可以将每吨混凝土的碳足迹减少约5%（或6千克二氧化碳）。目前，该公司已在世界各地的混凝土工厂安装了550台二氧化碳注入装置，其中大部分位于北美，可实现固碳15万吨。
向混凝土中泵入二氧化碳能将气体封存多年，甚至几个世纪。
图源: CarbonCure Technologies
能盈利吗？
目前，人们尚不清楚从工业二氧化碳排放中回收的产品是否真的能起到保护气候的作用。因为如果分子燃烧或分解，它们捕获的二氧化碳仍会释放到大气中。直接从大气中捕获二氧化碳可能效果更明显，但成本也会极高。
许多以这种方式制造的产品只是短暂地推迟了碳进入大气的过程——燃料燃烧、化学制品降解、制造过程中消耗的二氧化碳会再次释放。比如，回收二氧化碳生产的大部分甲醇最终会回到甲醇动力汽车中作为燃料燃烧。
除此之外，还有个问题——成本。美国国家可再生能源实验室的Josh Schaidle领导了一项对11种二氧化碳转化产品的分析。他认为，在制造燃料和其他化学品方面，目前大多数二氧化碳衍生产品都要比传统技术生产的竞争对手更贵。然而，如果能够找到降低成本的方式，并让世界摆脱化石资源依赖的税收减免、补贴和配额，二氧化碳转化产品仍可能拥有强大的商业前景。
虽然开发思路不尽相同，但至少有一点，各公司达成了广泛共识：二氧化碳回收技术最终应该尽可能多地从大气中提取原料，而不是从工业废气中提取。
奥斯陆一家名为Norsk e-Fuel的项目正在朝着这个方向迈出了第一步——在挪威的赫里亚建立了一个试点工厂，旨在开始将二氧化碳衍生的合成气转化为航空燃料。其中一些二氧化碳将直接来自空气，使用的碳捕获技术来自于Climeworks——从苏黎世瑞士联邦理工学院分离出来的一家公司。
Climeworks的这项技术最早运用于2021年9月其在冰岛建立的首个大型直接空气捕捉工厂，每年捕获4000吨二氧化碳，并将其泵入地下。以这种方式封存一吨二氧化碳的成本为600-800美元。虽然不便宜，但该公司表示，随着规模的扩大，成本有望削减到原来的十分之一。
人们为了重新利用温室气体而绞尽脑汁。即使将今天化石能源排放的二氧化碳转化为产品对气候的好处有限，但是仍不妨碍众多科技公司看好该赛道未来的前景。
因为聪明的公司发现，在走向绿色和增加长期利润之间不再是一道选择题，只有实现可持续发展才是通往繁荣的正确道路。这不仅仅关乎利润，更关乎人类的未来。
参考资料：
1.doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-00807-y
2.https://www.earthday.org/earth-day-2022/
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