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二氧化碳也能赚钱?

Anna Carthaus
2019年11月24日

二氧化碳是排名第一的气候杀手。与此同时,它又是不可或缺的气体。如今有新技术可以将二氧化碳转化为燃料,拥有庞大的市场潜力。

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Deutschland | Inbetriebnahme eFuel-Forschungsanlage am KIT
图像来源: picture-alliance/dpa/M. Murat

(德国之声中文网)罗兰·迪特迈尔(Roland Dittmeyer)和他的同事每天可以生产10升的燃料。虽然只有10升,但已经是一个小规模的革命性进展。因为这名卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的教授及其研究伙伴使用绿色能源和最简单的材料-水和空气,生产出了燃料。

空气中原本就存在二氧化碳,但目前的二氧化碳浓度不断升高。各国在2015年签署的《巴黎协定》达成共识,将地球暖化控制在工业革命前水平的摄氏2度内,并减少大气中的二氧化碳浓度。但在现实中,全球二氧化碳排量仍不断增加,若20国集团无法达成气候目标,德国在2020年前减少40%二氧化碳排量的计划也将受挫。届时二氧化碳将成为"问题儿童"。

使用绿色电力

在如此晦暗的时刻,一项能减少空气中二氧化碳浓度还能生产出燃料的技术,听起来如同一场美梦。这个项目正在卡尔斯鲁尔被付诸实行。新创公司Climeworks、Ineratec、Sunfire以及卡尔斯鲁厄理工学院首次在一个小型设施中协力整合了四个必要步骤,以利用二氧化碳、水和绿色电力生产燃料。

KIT的研究协调员迪特迈尔表示,迄今每日的生产量是10升,预计在2到3年内,这个研究设施所搜集的成果就能被用于建设更大的设施,每日将可产出200至300升燃料。"达到这样的数量后,就能更准确和广泛地研究其特性,直至进行试飞。"接着该研究所还计划建造一个原型设施,每日生产1500至2000升燃料,并装在可运输容器中。迪特迈尔表示,分散概念的优势在于,反应堆可以依照绿色电力的可用量灵活运行。

Deutschland Energy Lab 2.0 Karlsruher Institut für Technologie KIT
减少空气中二氧化碳浓度还能生产出燃料,这个项目正在卡尔斯鲁尔付诸实行图像来源: picture-alliance/dpa/M. Murat

应用领域:飞机及重型车辆

迪特迈尔说:"目标很明确:未来我们将通过可再生能源发电。如果能直接使用就是最好的情况。"他估计这项技术的效率为60%,"意思是我们投入的电力有60%会成为化学燃料"。但这与采用高效率电池或氢燃料技术的运输领域无法有效配合,"例如飞机或重型发电机,这样的能源密度根本不够"。

在这样的商业模式中,二氧化碳定价或是采用混合比例将起关键性作用,毕竟(至少目前的)生产成本高于化石动力燃料的市场价格。KIT教授迪特迈耶表示:"未来几年内也不会有太多改变。所以必须为其开通进入市场的道路。"在有利条件下,即电价便宜时,卡尔鲁厄的电子燃料价格为一升1至1.5欧元,比免税的煤油价格高出近一倍。

通过这个正在进行新试验的小型设施,卡尔斯鲁厄理工学院促进了一个崭新的生产过程:从空气、燃烧燃料或工业生产过程中收集二氧化碳,以生产高质量产品或永久储存于地底。这项技术的名称是 CCUS(碳捕集、利用与储存)。

价值数百亿的市场

据国际能源署表示,CCUS是能减少煤炭、天然气或钢铁、水泥或化学等关键行业(仍将是现代社会基础的行业)排放的少数技术解决方案。若想达到气候保护目标,必须在2040年通过CCUS减少7%的二氧化碳排放量。

Infografik IEA-Szenario für Emissionsminderung EN

这不仅是出于生态迫切性,而且还有庞大的经济潜力:根据企业顾问公司波士顿咨询公司(BCG)估计,CCUS在未来10年内能达到900亿美元的价值。虽然40年前就存在CCUS构思,但由于技术与经济原因一直被忽视。波士顿咨询公司认为,这样的状况很快就会出现转变。

该公司在评估中将低成本领域(气体处理、铵及乙醇生产)、难以缩小规模的产业(水泥及石油)和煤炭及天然气的能源生产作出区分。由于低成本领域内分离二氧化碳最容易,BCG估计,新技术在该领域中将有700亿美元的市场潜力。不过低成本领域的二氧化碳排量只占总体约3%。另一方面,BCG认为在二氧化碳排放量最高的煤炭和天然气行业中,CCUS的投资报酬率最低。但若二氧化碳价格能相应的提升,将能改变现况。

优势或劣势?

环境保护组织世界自然基金会(WWF)的贝尔曼(Erika Bellmann)则不这么乐观。在个人机动性方面,她认为"碳捕集及利用"(CCU)并不具优势,反而是直接电气化或氢动力较有利。"搜集工厂排放的二氧化碳制成并节省燃料,乍听之下很吸引人。但可惜太过短视,因为CCU的生产过程非常非常耗能。"她指出,一辆采用CCU燃料的汽车,耗电量是电动车的至少5倍。

贝尔曼表示,能源转型虽然已出现进展,但迄今仍只有三分之一的能源来自可再生系统。"如果现在在德国生产CCU燃料,最终的排放量总额将比只用汽油或柴油更高。"

贝尔曼还认为,从空气中滤出二氧化碳的技术还不够成熟,无法大规模投入使用。"现在可能的做法是:直接到工厂、钢铁厂、水泥厂或化学厂使用这些工厂的排放。"如此一来,被减少的二氧化碳还是来自化石燃料-即使用可再生能源减少排放,却无法将排放降至零。鉴于世界气候委员会建议自2080年甚至要开始产生负排放,此路可谓是一条死胡同。

更有用的做法是将CCU用于化工行业中,生产耐久的原材料。此外,贝尔曼也提倡将二氧化碳储存于地底下的CCS技术。例如在生产水泥时,技术上无法避免产生二氧化碳排放。由于放弃使用水泥的可能性不大,所以有必要以无害的方式进行储存。"这非常麻烦,这会耗费太多精力,但是别无选择。"