减少二氧化碳六种办法评估

　　戴维·基思做梦也没有想到会接到白宫的邀请。2001年12月，美国政府的“气候变化技术(President’s Climate Change Technology Program)”项目的官员邀请他和另外20多名科学家，对一项名为“对迅速或剧烈的气候变化的应对方案”的计划进行讨论。虽然美国政府在公众面前一直坚持没有确凿的证据能证明地球在变暖，但他们已经开始悄悄地寻找减缓地球变暖趋势的可行方法了。

　　二氧化碳是最主要的温室气体，它把地球上的热量阻拦在大气层中无法排出，致使地球越来越热。世界上大多数工业国家都已经宣布会通过控制二氧化碳的排放量来阻止全球变暖的趋势，而美国总统乔治·布什在2001年却拒绝签署旨在控制二氧化碳排放量的国际条约—《京都议定书》，反而让政府部门去寻找别的解决办法。

　　基思是加拿大卡尔加里大学化学和石油工程系的一位物理学家和经济学家，他在减缓全球变暖趋势的问题上已经进行了数十年的研究。在这次会议上，他和其他一些科学家—其中包括花了毕生精力研究和设计核武器的、来自美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家们，提出了一些对地球的气候进行“地质工程改造”的构想，这些构想都是要在全球的尺度上对气候进行修复。这次会议的组织者、美国气候变化研究项目的前任高级科学家、劳伦斯·利弗莫尔实验室已经退休的物理学家迈克尔·麦克拉肯说：“我们在无意中改变了气候，那么为什么不能多花些心思来使它重新回归平衡呢？”

　　基思说：“来自利弗莫尔的一些制造原子弹的家伙竟然能说出为环境而斗争是完全错误和荒谬的这样的混账话来。如果把这次会议现场直播的话，一定会引起骚乱。”好在世界上越来越多的物理学家、海洋学家和气候学家都已经开始严肃地思考改造地球气候的技术了。其中有些人提出可以建造给整个地球使用的空调设备，比如将大镜子悬浮在轨道上从而把太阳光反射到地球之外，或者让厚厚的云层来遮盖太阳的光线等。而另一些人则建议我们可以从空气中、汽车的尾气中或是发电站搜集二氧化碳，然后将其深埋在地下或是使其与其他化学物质反应，变成石头。

　　事实上，二氧化碳并非一直都是我们的头号敌人。在过去的40万年里，大气中的二氧化碳浓度始终在180～280ppm之间波动(1ppm是指每100万个空气分子中含有1个二氧化碳分子)。然而在19世纪晚期，当人类开始大规模地使用矿物燃料之后，大气中的二氧化碳便开始以值得警惕的速度增长了—在不到100年的时间里其浓度就从280ppm增长到了目前的将近380ppm。专家预测，到2050年大气中的二氧化碳含量将会高达500ppm，而且到本世纪末这个数字还会再翻一番。随着二氧化碳的含量越来越高，地球也会变得越来越热。劳伦斯·利弗莫尔的气候学家、世界气候控制领域的权威人士之一的肯·卡尔德拉说：“现在的问题是我们究竟能做些什么来减缓这一趋势。”下面是一些正在考虑中的地质工程改造方案(其中一个方案早已动工实施)。

　　把二氧化碳封存在地下

　　可行性：10 成本：$$ 风险：4

　　在加拿大萨斯喀彻温省的东南角、“机会之城”韦本镇外，一条钢制的管道从180多平方千米的油田边缘的草原上直插入1200米深的地下。石油工程师每天都要把5000吨压缩的液态二氧化碳通过这条管道注入到地底的空腔中。这样做的目的有两个：一是利用高压二氧化碳把石油从多孔岩石的缝隙中压到地面来，另一个是把二氧化碳封存在地下。

　　欢迎来到世界上最大的二氧化碳封存站。这个项目名叫韦本工程，始建于2000年7月，是加拿大EnCana石油和天然气公司与加拿大石油技术研究中心的一个合作项目。包括美国能源部在内的十多家赞助单位向这个项目投入了1300万美元的资金，到目前为止，工程师们已经封存了600万吨二氧化碳，大致相当于19亿升汽油燃烧产生的二氧化碳总量。

　　时间表：和其他的地质工程方案不同，这个项目已经开始动工了，目前有6个以上的主体工程项目正在施工当中。美国麻省理工大学能源和环境实验室的首席研究工程师霍华德·赫尔佐格说，目前这个浓缩二氧化碳项目最大的问题是二氧化碳的来源。空气中充满了大量的二氧化碳，但是把它们分离、压缩并送到地下的过程需要耗费大量的金钱。而在美国和其他很多国家，法律并没有要求二氧化碳的主要排放源—使用矿物燃料的发电站承担捕获二氧化碳气体分子的责任。

　　前景：到2033年，韦本项目将会封存2500万吨二氧化碳。项目主管迈克·莫里说：“这相当于每年公路上减少了6800万辆汽车，而且这还仅仅是在一块小油田上进行的试验。”而千百万年来在地底存储着大量盐水的地下盐水层则可以容纳更多的二氧化碳。人类每年要向大气中释放280亿吨二氧化碳，地质学家估计地下贮藏处和盐水层可以容纳的二氧化碳量多达200万亿吨。

　　风险：二氧化碳被注入到地底之前，会被压缩到一种“超临界状态”，这是一种具有极大的密度和粘度的状态，它更像是一种液体，而不是气体。处在这种状态下的二氧化碳能够在地底被封存千万年之久。这种做法最大的危险是如果工程师在勘探石油或天然气的过程中不小心降低了蓄“水”层的压力的话，二氧化碳就会泄漏出来。此外，还有一种风险是二氧化碳有可能会通过地下岩层天然形成的缝隙缓慢地渗透到地下室或地窖中。基思说：“如果你走进一间充满二氧化碳的地下室，虽然你看不见它，也闻不到它，但是它会要了你的命。”

　　过滤空气中的二氧化碳

　　可行性：4 成本：$$$ 风险：4

　　克劳斯·拉可纳对身边的那些质疑声早已习以为常了。当他于1999年3月在一次关于煤和燃料的国际研讨会上第一次提出从空气中过滤出二氧化碳的观点之后，对他的质疑就一直没有中断过。这位哥伦比亚大学地球工程中心的物理学家回忆说：“每个人的第一反应都是根本不相信。”

　　他提议建造一个巨大的过滤器，其工作原理和捕蝇纸类似，当它在风中摇摆的时候就能捕获二氧化碳分子。氢氧化钠、氢氧化钙等可以与二氧化碳发生反应的化合物会在这种多孔的过滤器中循环，就像防冻剂在汽车的散热器中循环一样。然后将二氧化碳从生成的化合物中分离出来，留待处理，而与二氧化碳发生反应的化学物质则重新进入过滤器进行循环。

　　时间表：拉可纳正在与工程师艾伦·赖特展开合作，后者在美国亚利桑那州成立了全球研究技术公司。赖特正在开发一种风力净化器，但是他对这个项目闭口不提，他估计要完成这个项目至少还需要两年。

　　前景：风力净化器可以安装到任何容易获取二氧化碳的地方，这样就无需将它们搬来搬去。拉可纳计算了一下，一台大屏幕等离子电视大小的风力净化器每年可以封存25吨二氧化碳—相当于一个美国人每年为大气贡献的二氧化碳的总量。而一台61米高，50米宽的工业尺寸的风力净化器每年可以封存9万吨二氧化碳。

　　风险：有些专家怀疑从反应化合物中分离出二氧化碳的过程是否可行，因为这个过程需要消耗矿物燃料中的能量。赫尔佐格说：“二氧化碳在空气中的含量很低，因此净化空气的过程需要大量的能量。”此外，如果想把人类释放到大气中的二氧化碳全部搜集起来，所需要的净化器的尺寸会有美国亚利桑那州的面积那么大。

　　向海洋倾倒铁粉

　　可行性：10 成本：$ 风险：9

　　2002年1月5日，美国加州大学圣迭戈分校思科里普斯海洋学院的“雷弗尔号”研究船离开新西兰，前往位于南极边缘的、寒冷而充满了暴风雨的南太平洋。科学家们在那个地方倾倒了约2.7吨铁粉，并放置了一些仪器来测量数据。

　　这个试验的目的是为了验证海洋学家约翰·马丁提出的一个猜想。在十多年前举行的一次演讲中，马丁声称：“只要给我半箱铁粉，我就能制造一个冰河纪。”他这番话是在暗指富含矿物和营养物质的南太平洋却缺乏海洋生物这个奇怪的事实。马丁推断这片海洋患上了“贫血症”—缺少浮游生物所必需的营养物质铁。马丁相信，只要往这个区域加入铁，就能够使消耗二氧化碳的浮游生物大量繁殖，从而使地球冷却下来。

　　美国加利福尼亚州蒙特利尔市附近的莫斯兰丁海洋实验室的主任、海洋学家肯尼思·科尔是这次南太平洋航行计划的首席科学家。他说项目进展顺利，成功证明了少量的铁就可以让浮游生物大量繁殖。

　　时间表：科学家们表现得比较谨慎，他们认为人类对海底深处环境的认识还远远不足，还不能展开大范围的实验。今年10月，科尔和另一些科学家将会聚集在新西兰，参加一个由美国国家科学基金会、新西兰大气和水资源研究所和国际地圈生物圈计划赞助的会议，讨论下一步工作应如何开展。

　　前景：向海洋倾倒铁粉是目前最廉价、也是最容易实现的一种降低大气中二氧化碳含量的方法。科尔估计只需要0.5千克的铁粉就足以培育出能够吸收5万千克二氧化碳的浮游生物。“即使这个过程的效率只有1%，每消耗半吨二氧化碳的成本也只要1枚硬币。”

　　风险：科尔说：“现在还不能确定这种做法会给其他海洋生物和食物链带来怎样的连锁反应。”人们的一个担心是大量的浮游生物在消耗二氧化碳的时候，也会吞食其他的营养物质。深海洋流会把富含养料的南太平洋的海水运送到其他区域。科尔说：“为了降低大气中的二氧化碳而给海洋施肥的做法，可能会出人意料地把海洋变成不毛之地。那样就太糟糕了。”

　　把二氧化碳变成石头

　　可行性：7 成本：$$ 风险：3

　　美国科罗拉多大峡谷是世界上最大的二氧化碳存放地。几亿年前，这个地方还是一片汪洋。富含二氧化碳的水和其他化学物质发生反应，形成了碳酸钙或是石灰石，这些略带粉色的条纹形成了今天的峡谷岩壁。

　　自然界中二氧化碳变成岩石的过程相当缓慢，不过美国亚利桑那大学戈德华特材料科学实验室的研究人员正在研究加快这一过程的方法。迈克尔·麦凯尔维和安德鲁斯·奇梅什亚用廉价且容易获得的蛇纹岩和橄榄石作为供给料，通过化学反应把二氧化碳变成了碳酸镁。为了使“矿石碳化”反应能够开始进行，二氧化碳需要和供给料及碳酸氢钠一类的催化剂一起被压缩并加热。

　　时间表：要想把这个项目全面推广以固化上百万吨二氧化碳的话，需要消耗大量的蛇纹岩和橄榄石。一座进行碳化矿石生产的工厂就能挖掉一座山。不过麦凯尔维说：“我们可以把固化的二氧化碳回填到挖矿石的地方去。”

　　前景：矿石碳化过程只不过是自然界的良性过程的一种加速模式而已。科罗拉多大峡谷的石灰岩厚达150多米。麦克尔维说：“千百万年来它们一直那样静静地躺在那儿，没有妨碍任何人。”

　　风险：每固化1吨二氧化碳的成本大约是70美元，这个成本太高了。此外，供给料和二氧化碳需要被加热到一个很高的温度。他说：“你需要燃烧矿物燃料来为矿石吸收二氧化碳提供能量。”

　　增强云层反射太阳光

　　可行性：6 成本：$$ 风险：7

　　在全球暖化问题的解决方案中，有一些并没有涉及到封存二氧化碳的方法，而是通过反射或过滤太阳光来达到减少热量的目的。

　　每一天，地球上都有1/3的海洋面积覆盖着海洋层积云，其中大多数位于热带地区。当水蒸气附着在尘埃或其他颗粒上时便会聚成微小的水滴，形成云层。如果用细小的盐粒来协助形成云层的话，不但可以生成更多的水滴，而且云层会变得更白，反射性能更好。美国科罗拉多州玻尔得市的美国国家大气研究中心的高级研究合作人、物理学家约翰·莱瑟姆说，只要让海洋层积云的反射率(又称反照率)提高3%，就能反射足够的阳光，降低地球的温室效应。莱瑟姆解释说：“它就像一面镜子，把原本应该照射到地球的太阳光给反射回去了。”

　　目前莱瑟姆正在和英国爱丁堡大学工程设计领域的退休教授斯蒂芬·索尔特合作制造盐粒喷射器，索尔特目前正在设计用全球定位系统导航的、可以在热带地区巡弋的风力船。他说：“我打算用小型快艇组成一支船队，它们在顺风和逆行都能行驶。它们会推动水下的推进器产生电流，为喷射提供能源。”

　　索尔特的设想是在每艘船上都安装4个18米高的“Fletter”转子，这些转子外表上看起来就像是巨大的烟囱，它们起着帆的作用。船上安装的电动发动机让转子旋转起来，在风中形成压力差(转子前方的压力较低，后方压力较高)，便会产生使船只前进的推力。转子的顶端安装的叶轮会把纯净的盐水雾喷射到空中。

　　在对整个计划进行测试之前，索尔特无法确定要减轻全球暖化的趋势总共需要多少艘船。“可能在5000～30000艘之间。”这个数字听起来似乎比较大，可是索尔特提醒我们说，二战期间美国仅在1944年就造了10万架飞机。

　　时间表：莱瑟姆最早提出这个想法是在1990年的一篇论文中。不过他说：“文章发表之后就像是石沉大海，波澜不兴。”去年，他在一个由麻省理工大学和廷德尔气候变化研究中心在英国召开的地质工程会议上再一次陈述了他的观点。“有很多原本被认为是荒谬的观点，因为其合理性而在后来获得了广泛的支持。我们的工作也是这种情况。”莱瑟姆说。他还需要几百万美元来对他的计划进行试验。“和温室效应给地球带来的损失比起来，这点钱根本就不值一提。”

　　前景：这个计划最大的好处是它很容易被撤消。莱瑟姆说：“如果在试验的过程中出现了一些有害的效果的话，我们可以随时停止，只要4～5天所有的迹象就都会消失。”

　　风险：用蒸发海水的方式得到盐粒子对于形成海洋层积云来说相当不错，但这样得到的盐粒子过于细小了，以致无法形成积雨云。索尔特说：“必须让盐粒更大一些才能形成积雨云。但就算盐粒够大，这种方法在湿度较低的地方也无法工作。”

　　用镜子反射太阳光

　　可行性：1 成本：$$$$ 风险：5

　　在所有的方案中，最具创意的是用一面静止在地球和太阳之间的“太空镜子”来反射太阳光。就职于美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家洛厄尔·伍德计划用直径只有百万分之一厘米的铝金属丝组成的网格来建造这面镜子，金属丝之间的间隔只有千分之一厘米。他解释说：“这就像是一面用极纯净的金属制成的窗户一样。”这面镜子并不会真正阻挡太阳的光线，而是会过滤掉一些红外辐射，让它们不会到达地球。

　　时间表：伍德研究这个方案已有十多年。他说这种方法只能当作一种替补，只有当其他方案都失败了，或是无法满足未来几十年的需要的时候，才能考虑这种方案。

　　前景：一旦镜子进入了太空，人类就无需花费更多的成本来维护它了。从地球上看，这面镜子就像是太阳中间的一个微小的黑点。迈克尔·麦克拉肯说：“其实人们根本看不见它，植物的光合作用也不会因为太阳光照的减少而受到影响。”

　　风险：伍德计算出，只要把进入到地球的太阳辐射减少1%，就能稳定地球的气候。不过要做到这一点需要一面大小约155万平方千米的镜子，或者若干面小一些的镜子。要把这么大尺寸的东西送上太空是一个巨大的挑战，更不用说它极其昂贵的造价了。

　　关键词

　　可行性：从1(必须有重大的技术突破)到10(现有技术即可实现)

　　成本：从$(像低廉的煤气价格)到$$$$(与曼哈顿计划并肩)

　　风险：从1(非常安全)到10(可对生命造成威胁)

　　二氧化碳泵压系统

　　将高压二氧化碳和水注入到地下，把石油从岩层中挤压出来。此后这些二氧化碳就会一直呆在地下了。

　　空气过滤器

　　让可以和二氧化碳发生反应的液态化学物质在塔顶的空气过滤器中循环，这样当空气流过过滤器的时候，二氧化碳分子就会被捕获。

　　制造云雾的船只