什么是碳去除技术，为什么加拿大能够成为全球领先者？

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全球气温从未如此之高，这种高温正在灼烧我们的社区，烧毁我们的经济。今年夏天，一场席卷风景如画的艾伯塔省贾斯珀的野火估计仅保险业就损失了 7 亿美元。今年早些时候发表的研究表明，在 25 年内，气候变化每年将给全球经济造成 38 万亿美元的损失，这一惊人数字相当于当今全球国内生产总值的三分之一。随着世界继续经历威胁生命和经济的创纪录高温，创新技术对于限制气候变化的影响并保持我们目前的生活水平至关重要。

本篇深度探讨了其中一项新兴技术——直接空气捕获 (DAC)——并评估了其在减缓气候变化方面取得有意义进展的机会和前景。

直接空气捕获技术的出现

想象一下，未来我们直接从空气中提取加速大气变暖的碳排放。这不是科幻小说，而是 DAC 技术的前提——这种方法由卡尔加里大学的 David Keith 教授等科学家多年前开创。DAC 的核心是直接从空气中捕获二氧化碳 (CO2) 并将其永久封存在地下，从而降低大气中碳的总体浓度。这很直观——我们之所以陷入这种情况，是因为我们把地下的碳提取出来并排放到空气中。为了扭转这种损害，我们必须将其从空气中分离出来，并将其封存在我们最初发现它的地下。

DAC 与传统战略截然不同，后者只注重减少未来排放。虽然通过工业电气化、可再生能源和可持续航空燃料等方式减少排放仍然是应对气候变化的短期优先事项，但随着时间的推移，我们仍未实现目标，从大气中去除二氧化碳的作用变得越来越重要。虽然减少排放至关重要，但这还不足以实现《巴黎协定》等全球协议设定的净零目标。DAC 通过积极减少大气中现有的二氧化碳来弥补这一差距。这种双重方法——减少排放和去除现有二氧化碳——对于实现净零排放和稳定全球气温至关重要。DAC 是净零中的“净”。

DAC 的重要性不仅在于其技术能力，还在于其可扩展性和多功能性。与针对特定工业过程排放的点源碳捕获不同，DAC 针对的是数十年来积累的累积排放，提供了一种几乎可以在任何有地质储存和可再生能源的地方部署的解决方案。

除了环境效益外，DAC 还代表着巨大的经济机遇。麦肯锡公司最近的一份报告估计，到 2050 年，像 DAC 这样的持久碳去除市场的规模可能达到 1.2 万亿美元。DAC 技术的开发和部署可以推动创造就业机会、刺激经济增长并促进各个领域的创新——它不仅是一种气候解决方案，也是经济增长的催化剂。

DAC 如何工作？ 

DAC 的工作原理在概念上简单，但技术上却非常复杂。大型风扇吸入环境空气，然后通过选择性结合二氧化碳分子的吸附剂（液体或固体）。想象一个只对二氧化碳有选择性但让其余空气（主要是氮气和氧气）通过的过滤器。大气中的二氧化碳含量为每百万分之 421，即 0.0042%，这意味着你需要将一百万个空气分子通过吸附剂才能捕获 425 个二氧化碳分子。作为背景，在 2023 年，二氧化碳排放量达到了374 亿吨的新高。为了将气温升高保持在 1.5 度以下，我们需要将额外的二氧化碳排放量限制在2500 亿吨——相当于我们目前排放率的约六年。捕获后的二氧化碳经过净化后，可以永久封存在地下地质构造中，在那里保存数百至数千年。

全球有 100 多家不同的公司致力于将直接空气捕获的新方法商业化，每天都有许多初创公司成立。其中许多公司是在 2021 年宣布1 亿美元碳去除 XPRIZE竞赛后成立的。每家公司都有自己的从空气中捕获二氧化碳的方法，这些方法在几个方面有所不同：

• 捕获二氧化碳的材料吸附剂。DAC工艺的核心是“吸附剂”，即选择性地吸附二氧化碳的液体或固体材料。您需要一种能够吸附二氧化碳但又不会太强以至于难以去除的材料——即二氧化碳结合的“金发姑娘区”。这种材料还需要坚固耐用、使用寿命长、能够在零下冰点的温度下工作，并且适合大规模生产。

• 从吸附剂中去除二氧化碳的方法。吸附剂饱和后，您需要找到一种方法来去除二氧化碳，就像挤压海绵一样。一些方法将吸附剂加热到高温，另一些方法将其暴露在蒸汽中，还有一些方法使用电力。找到最节能的吸附剂再生方法对于降低该过程的运营成本至关重要。吸附剂用完后，可以再次使用它来从空气中捕获二氧化碳。

• 工艺设计和反应堆工程使一切正常运转。每项初创技术的反应堆设计都不同，但理想的反应堆将是可扩展的、可大规模制造的、模块化的，并且简单且移动部件较少。步骤和移动部件越多，潜在的故障点就越多。借助石油和天然气或采矿等其他行业现有的工业部件的方法通常更有可能以经济高效的方式进行扩展，因为其他行业已有先例。

为了实现这一切，DAC 需要 100% 由低碳电力驱动，包括可再生能源、太阳能、风能、水力发电、地热能和核能。燃烧化石燃料生产能源只是为了从大气中捕获浓度低得多的二氧化碳，这是没有意义的。值得庆幸的是，加拿大目前的电力生产中有80% 是非温室气体排放源，全国范围内的低碳电力潜力巨大，魁北克、马尼托巴和不列颠哥伦比亚省拥有丰富的水力发电资源，加拿大西部拥有太阳能和风能潜力，小型模块化核反应堆也有可能出现——这是加拿大拥有创新优势的另一个技术领域。

从大气中捕获二氧化碳后，需要将其永久安全地封存在地下。地下二氧化碳封存是一种工业上成熟的工艺，自 1970 年代以来就已开始。在加拿大，壳牌探索碳捕获和封存设施自 2015 年以来一直在地下封存二氧化碳。加拿大拥有世界上最大的二氧化碳封存地质构造。仅在阿尔伯塔省、萨斯喀彻温省和马尼托巴省，就有3980 亿吨二氧化碳封存容量，几乎是加拿大 2021 年总排放量的 600 倍。

全球 DAC 项目现状

作为缓解气候变化努力的一部分，DAC 项目正在全球范围内越来越多地实施。根据CDR.fyi的数据，目前有 93 个项目，CDR.fyi 是一家公益公司，负责监测碳去除市场并跟踪全球已宣布和运营的 DAC 项目。这些项目中的大多数都是刚刚走出实验室的小规模试点项目，但也有一些出色的项目正在迅速扩大规模。

其中最引人注目的是西方石油公司位于德克萨斯州的工厂，它是世界上计划中的最大的 DAC 设施之一。该项目旨在每年捕获多达 100 万吨二氧化碳，然后用于提高石油采收率，并最终封存在地下。去年，西方石油公司以 11 亿美元收购了加拿大直接空气捕获公司 Carbon Engineering ，这家初创公司十多年前从卡尔加里大学分离出来。该设施一期工程每年可去除 50 万吨二氧化碳，目前正在建设中，预计将于 2025 年完工。该项目吸引了大量私人资本投资，私募股权公司贝莱德 (Blackrock) 为其投资了 5.5 亿美元。

另一个重要项目是 Climeworks 位于冰岛的 Mammoth 工厂，该工厂目前是世界上最大的运营 DAC 设施。Mammoth 的设计目标是每年捕获 36,000 吨二氧化碳，然后将其矿化并永久封存在地下的玄武岩岩层中。冰岛独特的火山岩有助于更轻松地将二氧化碳困在地下，并在几年内变成岩石。2022 年，Climeworks在股权融资中筹集了 6.5 亿美元，以扩大其业务并建造更多直接空气捕获设施。

最近，其他几个 DAC 项目也已宣布或开始运营，其中包括Heirloom，该公司去年在美国开设了第一家商业 DAC 设施，每年可处理多达 1,000 吨。在加拿大，Deep Sky 宣布在艾伯塔省因尼斯费尔建造其每年可处理 3,000 吨 DAC 试点和创新中心 Deep Sky Labs，该中心将于今年冬天开始运营。

DAC 与点源碳捕获相比如何？

虽然DAC与其他碳管理技术有着共同的目标——管理二氧化碳以减缓气候变化，但其方法和应用有着根本的不同。

DAC 和碳捕获与封存 (CCS) 技术都旨在降低大气中的二氧化碳水平，但它们实现这一目标的方式不同。DAC 针对的是环境中的二氧化碳，重点关注数十年来积累的累积排放量。相比之下，CCS 旨在从源头（例如发电厂或工业设施）捕获二氧化碳排放，从一开始就防止它们进入大气。

想象一下，我们的大气是一个浴缸，而二氧化碳是溢出的水。当你的浴缸溢出时，你可以做两件事——第一，你可以关掉水龙头，第二，你可以把浴缸里的水舀出来。CCS 和点源碳捕获就是关掉水龙头，在排放物进入大气之前减少排放。DAC 就是把浴缸里的水舀出来，消除已经造成严重破坏的排放。不幸的是，流速太快，我们无法关掉顶部——随着时间的推移，我们需要从浴缸里舀出越来越多的水。

此外，实施的规模和范围各不相同。DAC 通常涉及需要大量基础设施的大型项目，例如可以部署在不同地点的大型 DAC 工厂。然而，CCS 通常集成到现有的工业流程中，专注于捕获这些系统内特定点的排放。

虽然 DAC 和 CCS 都是气候缓解工具箱中必不可少的工具，但它们之间的差异凸显了应对气候变化需要采取多方面措施。通过利用这两种技术的优势，我们可以制定更全面的战略来稳定全球气温。

谁在购买碳去除信用额以及为什么？ 

DAC 公司通过出售碳去除额度来赚钱，大公司按每吨二氧化碳的价格向 DAC 公司支付费用，以从空气中去除二氧化碳。据 CDR.fyi 称，过去一年购买了近 500 万吨碳去除额度。仅微软一家就购买了超过 330 万吨的碳去除额度，这是其到 2030 年成为一家碳负排放公司的宏伟目标的一部分，其中包括从大气中去除其历史排放。

尽管碳去除行业仍处于起步阶段，但早期采用者愿意承担重大风险以加速这些新兴技术的发展。Frontier 是一家规模 10 亿美元的高级市场承诺基金，旨在从早期公司购买碳去除信用额度。在 Stripe 的带领下，Frontier 吸引了包括 Alphabet、Shopify、Meta、麦肯锡、Autodesk、H&M、摩根大通和 Workday 在内的知名支持者。

那么，是什么促使这些先锋公司对碳去除信用额进行如此大的投资呢？

当今碳排放额度的主要购买者通常是来自三大关键行业的大型跨国公司：科技、商业（如银行和咨询公司）和重工业（包括航空公司和制造商）。这些公司有几个共同点：利益相关者和客户要求他们采用可持续做法的压力越来越大，需要在人才招聘和留用方面保持竞争力，尤其是在劳动力市场紧张的情况下，更高的利润率使人们能够采取行动，以及大量的排放量超出了他们的直接控制范围。

对于科技公司来说，运营数据中心和服务器需要消耗大量能源，而这些公司的排放大部分都与电力生产有关。建设可再生能源基础设施的成本可能很高，如果电网依赖化石燃料，这些公司实现可持续发展目标的选择就很有限。在银行业，大多数排放都与投资组合有关，因此银行几乎无法控制直接减排。管理咨询公司也面临着类似的挑战，因为它们的大部分排放来自旅行，尤其是航空旅行，而航空旅行仍然严重依赖化石燃料。航空业正在探索转向由生物质制成的可持续航空燃料，而不是化石燃料，但这种替代品仍然价格昂贵，供应也不足。

由于实现净零排放目标的选项有限，许多公司都转向碳去除信用额度，从而将需求推高至前所未有的水平。以下是这些公司投资这一新兴市场的四个主要原因：

1. 实现净零排放目标：随着政府、消费者和公众对脱碳的压力不断增加，越来越多的公司正在制定雄心勃勃的净零排放目标。采用绿色实践已成为在现代经济中保持竞争力的关键。
2. 促进行业发展：早期采用者通过购买信用额度来支持碳去除公司，以帮助刺激行业发展。扩大这些项目的供应需要投资，而获得合同可以为投资者提供必要的信心。
3. 确保未来供应：尽管碳排放额度需求激增，但供应仍未跟上，许多项目仍处于早期阶段。尽管已售出 500 多万吨碳排放额度，但迄今为止仅交付了 30 万吨。企业目前正在预购碳排放额度，以确保尚未投入运营的项目的未来供应。
4. 利用市场机会：随着碳排放信用额度市场从企业对企业交易发展到透明的市场交易，交易量预计将增加。随着气候变化压力加剧，这将为利用预期的供需差距创造机会，推动企业和国家加快减排。

将 DAC 纳入综合气候战略

要真正发挥 DAC 的潜力，我们必须考虑其在更广泛、多层面的气候战略中的作用。它不是灵丹妙药，而是复杂难题的关键部分，是应对气候变化的众多工具之一。

DAC 技术最引人注目的方面之一是它与可再生能源的协同作用。虽然可再生能源对于减少排放至关重要，但它们无法解决所有来源，特别是那些难以消除的来源。DAC 可以通过从大气中去除二氧化碳来提供补充解决方案，从而创造一种平衡且可持续的气候缓解方法。

有效的政策框架对于扩大 DAC 工作至关重要。政府通过激励、补贴和监管在支持研究、开发和部署方面发挥着关键作用。公私伙伴关系也可以推动进展，将公共资金用于早期研究，将私人投资用于商业化和大规模部署。

将 DAC 技术纳入综合气候战略还需要我们转变思维方式。我们必须不再将 DAC 视为最后的手段或备用方案，而是将其视为我们应对气候变化努力的重要组成部分。这种观念的转变对于推动支持在全球范围内开发和部署这些技术所需的投资、创新和政策至关重要。

关键要点：未来的挑战和机遇

尽管 DAC 技术前景光明，但它仍面临重大挑战，必须解决这些挑战才能充分发挥其潜力。可扩展性仍然是一个主要障碍。部署 DAC 技术以产生有意义的影响需要对基础设施和技术进行大量投资。麦肯锡估计，要实现净零排放，DAC 行业到 2050 年需要累计投资 6 万亿至 16 万亿美元。我们正处于一个新行业的黎明，这个行业将比今天的石油和天然气行业更大。

成本是另一个关键因素。部署 DAC 技术的高成本可能会成为广泛采用的障碍。然而，与许多新兴技术一样，随着技术的进步和规模经济的形成，成本可能会随着时间的推移而下降。政策激励、补贴和碳定价机制也可以在使 DAC 具有经济可行性方面发挥关键作用。

能源强度是一个令人担忧的问题，特别是对于需要大量能源投入的 DAC 方法而言。确保这些能源来自可再生能源对于维持 DAC 的整体环境效益至关重要。将 DAC 与太阳能、风能、水力和核能等低碳能源相结合可以增强这些技术的可持续性并减少其碳足迹。

在全球开发和扩大碳去除解决方案的努力中，加拿大已成为一个杰出的参与者。直接空气和直接海洋捕获等工程碳去除技术成功的关键在于需要大量清洁电力。加拿大丰富的水力资源，尤其是魁北克省的水力资源，令许多国家羡慕不已。此外，该国拥有巨大的风力发电潜力和丰富的地质景观，非常适合 CCS。

加拿大拥有高技能劳动力，其中许多人拥有石油和天然气行业的背景，他们拥有管理流体和气体流动所需的专业知识——这一次，通过将碳放回其所属的地下，扭转了传统流程。为了响应提供大量激励措施的美国《通胀削减法案》，加拿大 2023 年预算推出了自己的投资税收抵免，即碳捕获利用和储存 (CCUS) 投资税收抵免，旨在鼓励对碳去除技术的投资。

加拿大拥有丰富的清洁能源、熟练的劳动力和有利的地质条件，这使其成为全球碳去除技术开发和规模化竞赛中的领导者。凭借战略投资、支持技术和市场化政策，加拿大不仅在推进自己的环境目标，而且还为其他国家树立了榜样。随着世界越来越多地转向工程技术解决方案来应对气候变化，加拿大在这一领域的优势可能使其成为碳去除超级大国——但前提是我们现在就采取行动。

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