——怎样减排二氧化碳

先问一个有点无厘头的问题：世界上碳排放最多的产业是什么[1]？

相信很多人一下子就能答出来：工业！

没错，作为国民经济的支柱，工业大量消耗化石燃料作为能源，这一过程排放了很多二氧化碳；同时矿产资源的开采和材料的加工[2]也伴随着以二氧化碳为代表的温室气体的排放。

再问一个问题：世界上碳排放最多的工业部门是什么？

这个问题能答出来的人估计就少了很多了。答案是电力工业[3]。

电力工业大量燃烧化石燃料用于发电，而耗能大户例如电子工业、冶金工业（电解铝等）、氯碱工业等都仰仗电力系统提供能源。除此之外国民生产生活中其他部分例如农业和服务业也需要电力作为动力。这导致了电力工业排放了全人类28%、所有工业部门中79%的二氧化碳。

紧随其后的是陆面改变与建筑工业（12.2%）、制造业（11.8%）、其他化石燃料使用（8.5%）、工业处理与深加工（4.3%）、散逸性排放（4%）、废物处理（3.2%）和国际燃料（2.1%）[4]。顺带一提，农业生产和交通运输业分别排放了全人类13.8%和12.2%的二氧化碳。相比之下，餐饮医疗文化产业包括教育在内的服务行业、金融行业以及日常生活等那就真的是一个能打的都没有了。这三个部分的总和都只有0.46%甚至还没有工业的零头多。

这些数据一亮出来相信很多同学已经三观尽毁了。网上什么“汽车尾气是主要碳源”、“全球变暖源于中国人吃了更多的肉”也都是无稽之谈。我们个人生活相对于工业排放量简直是杯水车薪啊！是的，从这个角度来讲，我们日常生活中一直宣传的低碳生活完全没有什么卵用。哪怕全人类都采取布衣蔬食的生活方式，也未必能够抵消电力工业的增长啊……

那么，想要真正意义上减排二氧化碳，我们应该做什么？

常言道“与其扬汤止沸不如釜底抽薪”。想要解决问题当然要从碳排放的大头——以电力工业为代表的能源行业开始[5]。

很多人听到这个第一反应可能就是开发可再生能源：兴建水电站、风电站、太阳能电站；有人可能会想到用核电站或者燃料电池代替火力发电；化工狗如我大概会往氢能源方向去想；新能源汽车更是幼儿园小朋友都能插上嘴的话题；科幻迷们对于可控核聚变的讨论也已是老生常谈了。我想问的是，这口号喊了这么多年了，为啥还是没有实践呢？真的是领导人们不作为吗？

当然不。可再生能源大多是看天吃饭，不是多得用不完就是少得不够用，并网发电调峰也是一大麻烦事儿。实际上正因如此我国新疆内蒙等地的风电站、太阳能电站不得不经常弃风弃光让机组处于空转状态。在可见的未来，除非能够找到划时代的储存能源的方式，否则指望它们代替化石燃料无异于天方夜谭。

核电站的能量密度吊锤了人类现在掌握的其他所有能源，可惜民众大概宁可用爱发电也不希望原子弹放在自己家门口[6]。

燃料电池或许是一个不错的选择，但比起火电站水电站动辄百万千瓦的装机容量来，想要挑战传统能源简直就像让我一青铜玩家去和faker单挑。我们至今没有找到合适的制氢、储氢的方法因此氢能源基本只停留在概念上（最低碳的氢能源现在居然要用最不低碳的化石燃料来制造……真不知道是不是一种讽刺）。

正是蓄电池和燃料电池技术的制约才让新能源汽车一直是少数人的奢侈玩具[7]。

至于说可控核聚变……很遗憾半个多世纪来我们砸进去了上百亿美元可还是八字没一撇。

可以说，种种客观条件就已经限制了这个方案的实施，而政治家或者商业领袖们的影响力对于这种客观条件的制约几乎无能为力；破解这方面的困境只能仰仗科学家和工程师们了。这不能说领导人们不“成熟”，“成熟”没有用，这种情况下甚至“不成熟”才会有用。

这个时候就需要请出第二个方案了：减少不必要的能量消耗。举个例子来说，我们知道，电力在运输的过程中会因为电抗而发生损失，因此如果能够减少电抗损耗，就能减少为了弥补这些损耗而额外多发的电了。供暖供热也是同理。除此之外，我们通常强调的降低汽车油耗、多用公共交通也是从类似的角度着手的[8]。

这个方案其实已经取得了相当的进展。我国现在发展的特高压输电就是典型的例子；800km距离上，1100kV特高压输电在7000MW量级的损失大约是2.06%，相对于500kV超高压输电3.95%和220kV高压输电接近10%的损耗相比，已经减少了很多不必要的损耗[9]，自然可以起到减排二氧化碳的作用了。在长距离（500km以上）输电时，以直流代交流也是很不错的方案[10]。此外轨道为首的公共交通的普及以及高铁这种高效长距离运输交通工具的发展也是非常有效地降低碳排放的手段。当然还有更加异想天开的法子，例如在高耗能过程中使用超导技术等来减少能量损失。但可惜囿于成本和超导的技术难关，这个方案现在只是一个梦想[11]。

相信还有人能够想到第三个方案：储存能量。目前比较有前景的几个方案分别是蓄电池、抽水蓄能、大气扩张室和飞轮储能。其中抽水蓄能在当代的电力系统中已经有了广泛的应用，通常和水电站搭配使用。在用电低谷（电网峰值高）时，发出的电力被用于驱动电动机将一部分水抽到高处，这样一来在用电高峰期（电网峰值低）时就可以补充发电量的不足。蓄电池因其有模块化、响应快、 商业化程度高而前景广阔。目前常用的蓄电池有以下三种：铅酸电池、锂离子电池和钠硫电池。铅酸电池成本低廉，储量大但是效率比较低，比能量更是惨不忍睹，现在正在被逐步淘汰，未来将只用于电瓶车蓄电池等领域；锂离子电池比能量高、效率高、充放电快但是储量和功率都很有限，对于电网而言不太合适；钠硫电池是比较新兴的方向，其能量密度高、空间需求小、适应功率范围广、充放电效率高、耐久性佳、无废气排放和噪音的特点让这种电池成为了现阶段的研究热点[12]。 大气扩张室由于需要气体燃料，因此只在美国和德国分别有一座。飞轮储能和超级电容器一样现在还处于实验室研究阶段，不过相信在可见的未来，它们会有更为广阔的应用。

最后，我们还需要高效地能源调度和规划利用方式。我们建设超级计算机来对电网进行调峰，及时交互信息。保证精准地能量交换和调动。实际上这方面的工作已经以微网系统的形式开始运转了（尤其适合与上文中的储能系统配合）。对于个人而言，准确换乘交通工具和正常用电就是最大的帮助了[13].

能源之后，下一个是谁？

既然制造业和建筑工业紧随能源之后，那么我们也需要从它们入手。

现在来看，制造业最大的问题是能耗，所以首先还是要降低能耗。比如能够采取常温常压操作的工业部门就没必要使用高温高压操作、调节工艺流程和原料配比等。不过现在来讲，这个方案可以提升的空间已经比较有限，主要是淘汰落后产能的时候才需要采取。这是因为能源动力本身就是一笔不小的开销，因此出于节约成本的考量，大部分工业部门在建设的时候就已经在按照这个原则进行建设。而对于尚未如此的例子，往往是因为如是能够增加产量好满足市场需要。说实话，就我了解目前在医药、食品和精细化学品等工业领域已经基本淘汰了大部分高耗能操作；而在冶金、电子、建材等工业部门，由于工艺技术的限制，高能耗可以说是不可避免的了[14]。

那么对于自身就会排放二氧化碳的工业部门呢？首先当然要回收利用，这是因为二氧化碳本身也是重要的工业原料，试想一下，如果能够把工业上作为废气排放的二氧化碳收集起来用于需要二氧化碳的工业部门，不就不需要单独制造二氧化碳了吗？

实际上早在一百多年前，制碱工业已经在这一方面取得了可喜的成果[15]。此外现在也有将化肥工业和石油化工联动，利用后者产生的二氧化碳来节约成本的方案（由此还衍生出了一种叫做碳回收及贮藏的产业，下文会讲）。

其次就是改进工艺，减少不必要的碳排放。目前比较重要的碳源是钢铁、玻璃、陶瓷和水泥工业；钢铁工业使用焦炭作为燃料，用石灰石除去杂质；玻璃、陶瓷和水泥则需要大量煅烧石灰石等。现在也在开发通过减少高炉散热损失等方法减少碳排放的工艺。对于三大无机非金属材料，目前的主要方向是使用更多自身就含有钙的体系如火山灰等来减少石灰石的消耗进而减少二氧化碳的排放[16]。

最后当然是减少不必要的生产和浪费，我们现在努力在做的去产能就是重要的一环。

相信还有读者想到了我上文提到的原材料加工。对，从废旧的产品中回收金属等具有更高的效率，自然也就能够减少二氧化碳的排放，而且还顺带省下了开矿的那部分碳排放。目前全世界有大约40%的钢铁和50%的铝是由废金属回收冶炼得来。回收塑料也是一个不错的主意，一方面石油化工本身就是碳排放大户[17]，另一方面塑料带来的其他环境问题也很麻烦。不过目前来讲，限于工艺和成本的限制，大部分塑料等合成材料回收都是回收制成燃料油、溶剂油等，很难回收出单体[18]。更重要的是，通过回收，我们显著地减少了处理垃圾排放的二氧化碳和由此带来的成本，不论哪方面都是有利可图的。

建筑工业方面，少拆少建多维护就是最好的方案。但是对建筑与陆面改造这种工业部门而言，大部分的建设都是必需的，比如道路规划改建、陈旧建筑物的拆迁替代等。唯一的麻烦恐怕是那些纯粹为了政绩的建设项目。对于政治家们而言，这大概是为数不多他们的影响力真的有帮助的领域了。然而对于那些“成熟”的政治家们来说，他们未必会这么干。

那么，除了减少排放，我们还有其他方案可选吗？

当然，能节流就可以开源。现在常说的通过植被来禁锢二氧化碳的手段就是最广为人知的方法。简单来说就是种草植树。现在我们的所谓碳汇概念，就是将我们排放的二氧化碳折算成植被的吸收能力，然后在边远地区种植植被来抵消碳排放。这种方法现在已经得到了比较好的推广，阿里巴巴蚂蚁森林就是基于这一概念的项目。

但是从长远来看，单纯的增加植被面积并不太可取。一方面，植被本身的固碳能力有限，需要长年累月的积累才能发挥作用。另一方面，现在用作碳汇计算的主要植被类型，森林，在更高的温度之下反而会成为碳源。更遑论冻土和沼泽在更高温度时的影响[19]。这就要求我们根据固碳的需要调整植被面积和种类。目前来看比较好的方案是对沙漠和城市周边的荒地进行生态恢复，尤其是草本植物的覆盖。这与草本植物有助于形成富含碳酸盐的软土的机制有关，第三纪时的全球温度下降便很大程度上源于草原的扩张。

除了植被固碳，我们还可以直接收集处理工业上排放的二氧化碳也就是上文提到的碳回收及贮藏。这种工艺最早于六十年代作为脱硫脱硝过程的副产物出现；简单来说，就是让钢铁、电力等工业部门的废气通过含有三乙醇胺的体系；这种体系会吸附二氧化碳而且只要加热减压就能从中回收二氧化碳。正如上文所说，我们如果能够将工业上废气中的二氧化碳收集起来作为工业原料，一方面减少了工业本身的碳排放量，另一方面也减少了我们为了满足那些需要二氧化碳作为原料的工业部门而专门生产二氧化碳的麻烦。这种工艺在欧洲和北美的火电厂已经得到了比较好的应用，国内也有推广。

有人可能会说这些方案还不够啊！我们需要更有效的、一劳永逸的方法！

牟闷态！既然我们可以回收工业废气中的二氧化碳，我们当然也可以直接捕捉大气中的二氧化碳[20]！目前有三个直接将大气中的二氧化碳禁锢起来的方案——

①、将二氧化碳注入地层特别是油田和气田之中；

这种方案的道理在于即便油田或者气田开采完了，其中的缝隙也会残留一定的石油和天然气。加入二氧化碳可以充满这些缝隙进而将石油和天然气“挤”出来。同时，二氧化碳可以在其中被储存数千到数万年不等。更妙的是，对于一些更深的油田气田，这些二氧化碳会被运往地壳深处并回归碳循环的过程[21].

②、回收二氧化碳的同时增加海洋表面浮游植物的数量，并将二氧化碳排入大海；

这种方案的有趣之处就在于海洋浮游植物生物量庞大而且禁锢二氧化碳的能力很强，它们的遗骸会以“海雪”的形式沉降到大洋深处，回归碳循环的历程。

③、将二氧化碳压入大洋中的海岭。

海岭是大洋中板块扩张、相互远离的区域。这里不断有新的海床生成。二氧化碳在深海的高压环境之下可以与海床岩层之中的硅酸盐矿物反应生成碳酸盐和二氧化硅。这一方案可以将二氧化碳几乎半永久地禁锢在海底。

经过上文的论述，相信大家已经知道，对于现在的气候形势，我们完全有能力应对，而且是治本意义上的应对。说我们不作为恐怕是站不住脚的。