二氧化碳的好归宿
李忠东
化腐朽为神奇
二氧化碳是一种常见的温室气体，和众多气体一起构成了人们赖以生存的大气层。它在强烈吸收地面长波辐射后，能向地面释放出波长更长的辐射，形成天然的温室效应，对地面起到保温作用。二氧化碳的存在，将地表温度维持在15℃左右。其浓度一旦低于150ppm（1ppm为百万分之一），植物的光合作用就会停止，全世界的植物都会死亡。没有了植物，动物和人类也会随之消亡了。自工业革命以来，由于人类活动排放了大量的二氧化碳等温室气体，使得大气中温室气体的浓度急剧升高，结果造成增强的温室效应。据统计，工业化以前全球年均大气二氧化碳浓度为278ppm，2012年增至393.1ppm，到2014年4月，北半球大气中月均二氧化碳浓度首次超过400ppm。2019年5月，地球大气中二氧化碳浓度又创新高，达到415ppm，引起了社会各界的广泛关注。
大气温室效应的不断加剧导致全球气候变暖，产生一系列当今科学不可预测的全球性气候问题。国际气候变化经济学报告显示，如果人类一直维持如今的生活方式，那么到2100年，全球平均气温将有50%的可能会上升4℃。如果全球气温上升4℃，地球南北极的冰川就会融化，海平面将因此上升，全世界40多个岛屿国家和人口最集中的沿海大城市都将面临淹没的危险。尽管科学家已作了种种努力，力求减少排入大气中的二氧化碳的数量，但迄今仍收效甚微。人类活动不可避免地会产生大量的二氧化碳，若不将其排入大气，那么，它的归宿在哪里？目前，人们普遍采取的措施有两种。
一是碳封存。即将二氧化碳安全运送到封存地，然后将其长时间地和大气隔离。现有地质封存、海洋封存和化学封存3种重点封存方式。地质封存是指把二氧化碳送入海底盐沼池、油气层、煤井等不一样的地质体中。为了使二氧化碳维持在接近于液体的超临界状态，通常地质封存储存的深度定为800米以下。海洋封存是指通过管道或者船舶运送二氧化碳，并将其储存在深海的海水中或者深海海床上，主要有溶解型和湖泊型2种封存方式。前者是将二氧化碳运送到深海中，让它自然分解，然后变成自然界碳循环的组成部分;后者则是将二氧化碳送入到海平面下3000米的深海里，利用深海的压力使二氧化碳永沉海底，变成液态，成为二氧化碳湖。化学封存是指通过一系列繁杂的化学反应将二氧化碳转变成稳定的碳酸盐，进而实现长久封存二氧化碳的目标。
英国Ecotricity 公司CEO 戴尔·文斯展示用二氧化碳制造的零污染“空气钻石”。
二是变废为宝。就是将二氧化碳中的一些物质加以利用。例如，英国Ecotricity公司CEO戴尔·文斯领导的研发团队开发出利用从大气中捕获的二氧化碳制造钻石的技术，生产出零污染的“空气钻石”，现有产量为200克拉/月，2021年将扩大到1000克拉/月。此外，英国牛津大学的一个科研团队开发出一种新型的铁剂催化剂，可以直接将大气中的二氧化碳转化为烃类喷气燃料。在燃烧过程中，二氧化碳从喷气燃料中再次释放，因此具有从整体上实现碳中性的可能性。
这其中最令人鼓舞的，是科学家研发出了把二氧化碳“吃掉”的技术。
空气食物不是梦
凭空变出食物看似不可能，但事实证明可以实现。芬兰太阳能食品公司使用碳捕获技术从空气中提取二氧化碳，然后结合水、营养物质和维生素，同时使用合作伙伴Fortum公司100%可再生的太阳能，生产出全新的蛋白质粉Solein。这是一种外观和味道都像面粉的高蛋白，含有50%～65%的蛋白质、5%～10%的脂肪和20%～25%的碳水化合物。Solein可以添加到面包和意大利面等食物中，或者添加到植物性肉类或奶制品替代品中，有一天甚至可以作为实验室里培育肉类的材料来源。该公司宣称其产品“不受农业限制”，这并不是信口开河，因为室内生产意味着不依赖于耕地、水或天气情况。
芬兰太阳能食品公司成立于2017年，由芬兰国家研究院的科学家组建。Solein项目于2018年启动。在公司的试验工厂里，研究人员事先在发酵罐中用液体培养一种微生物，类似于生产酵母和乳酸菌的自然发酵过程。然后在其中大量补充氢气泡、二氧化碳、营养物质和维生素，就能生产Solein，每天的产量大约为1千克。这与啤酒厂酿酒的方法类似，不同的地方是不需要加糖。Solein与其他蛋白质补充剂一样，没有明显的味道，几乎可以添加到任何零食或膳食中。Solein的生产对气候的友好程度是肉类的100倍、植物性蛋白质的10倍，而且使用的水也非常少。其生产成本为5～6美元/千克，与现有的植物或动物蛋白产品的价格相似。该公司的目标是2021年将Solein正式推向市场，成为多种食品的原料，出现在数百万份餐食中。到2023年，计划每年生产200万份餐食，创造8亿～12亿美元的收入。到2050年，该产品希望能成为蛋白质市场的一部分，为90亿人提供食物。
来自空气的蛋白质粉Solein
Solein 成為多种食品的原料。
用二氧化碳、阳光和微生物生产食物的新方法，并希望借此防止世界粮食供应崩溃，这一愿景得到了微软创始人比尔·盖茨的支持。为此，芬兰太阳能食品公司CEO帕西·瓦伊尼卡解释道：“为了拯救地球免遭气候变化的影响，需要切断粮食生产与农业的联系。Solein之所以被描述为‘来自空气的食物，在于所有的生产过程都是由可再生能源驱动的，最大限度地减少了产品的碳足迹。”
瑞典农业科学大学的微生物学副教授托马斯·林德认为，来自微生物的蛋白质在为人们提供食物的同时还能减少碳排放，是一种非常不错的食品加工工艺。使用二氧化碳作为食物中的碳源，意味着可以在任何地方生产食物。从农业中解放出来的土地可以用来逐渐恢复森林，未来树木可以从大气中吸收更多的二氧化碳。这项技术的发展前景无疑是令人兴奋的，Solein让人发现通过使用可再生能源，或者利用碳减排设施，使排放到空气中的二氧化碳总量与从大气中移除的二氧化碳总量达到平衡是可行的。但在确定与这些产品相关的碳排放之前，还需要进行更多的相关研究。有一点必须考虑，生产“来自空气的食物”需要准备大量混凝土和钢材建造大型发酵罐，这势必导致额外的碳排放。
负碳酒洁净味纯
传统的伏特加酒独具一格，享有盛名。为了减少碳排放，一种负碳伏特加酒应运而生。与传统的伏特加酒相比，这种负碳伏特加酒毫不逊色。美国布鲁克林空气公司（Air Co.）开发出一种新的生产工艺，创建了世界上第一家负碳伏特加酒厂。正如该公司的名称Air Co.，这款新品牌伏特加酒的原料不是谷物（特别是大麦、小麦和黑麦），而是从空气中捕捉二氧化碳，用于伏特加酒的制作，其中不含任何粮食成分。或者说，它其实并不是酿造的，而是直接将空气中的二氧化碳变成了酒精。统计数据令人鼓舞，制造这样一瓶酒所消耗的二氧化碳，相当于8棵树每天吸收的二氧化碳。传统的伏特加酒通过发酵富含淀粉的谷物（例如小麦或土豆）制成，酿造一瓶伏特加酒产生的二氧化碳达6千克。而Air Co.的产品实际上是负碳性的，每生产一瓶酒反而能减少0.454千克的二氧化碳。
每生产一瓶负碳伏特加酒能减少0.454千克的二氧化碳。
在美国宇航局奖赏百万美元征集二氧化碳转化方案的竞赛中，Air Co.的碳转化系统榜上有名。绿色植物利用太阳的光能、二氧化碳和水制造有机物并释放氧气，光合作用所产生的有机物主要是碳水化合物，并释放出氧气。Air Co.的造酒工艺的原理与之相同，但效率更高。
Air Co.使用一台小型的太阳能机器将水分解成氢气和氧气，将氢气与从附近工厂收集到的二氧化碳结合在一起，在专用催化剂反应堆里，通过由金属钯、锡组成的Pd-Sn合金催化剂的作用形成纯酒精。这个过程仅向大气排放氧气。然后通过蒸馏去除水分，只留下96.5度的酒精，再采用秘密工艺将酒精提纯并稀释至40度。整个过程均使用太阳能，最后得到净负碳的产品。传统的伏特加酒在发酵时，会产生甲醇和碳酸等杂质，很难通过蒸馏去除。而新的碳转化工艺完全避免了杂质的产生，使负碳伏特加酒更纯净，味道更纯正。
建造负碳伏特加酒厂的最大优势在于高度模块化，能够在仅约46～93平方米的空间里操作运行。由于免去了运输原材料的交通需求，因此可在都市地区建厂，在全国范围内部署。而传统伏特加酒的制作离不开谷物发酵，酿酒公司需要数千英亩的土地来种植玉米、土豆或小麦。
目前，Air Co.仅有9名员工，负碳伏特加酒是首款产品，生产模式具有优秀的可持续性。该公司会继续留在当地以环保的方式扩大业务规模，继而在美国其他地区开设更多的酿酒厂。该公司长期的發展目标是成为一家消费型企业，使用由二氧化碳制成的纯乙醇制造香水和家庭清洁用品，以帮助减少温室气体的排放。
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