二氧化碳:囚禁不如利用

本报讯（记者潘希）把造成气候变暖的“罪魁祸首”二氧化碳打入“地宫”，是国际上“去碳技术”的主要途径。但中国工程院院士、四川大学校长谢和平认为，与其将二氧化碳“囚禁”，不如拿来高效利用。
 
为了减缓气候变暖，人们曾寄希望于将二氧化碳“囚禁”，注入超过1000米深的永久封存地层，比如地下油气田孔隙、咸水层、废弃煤井或深海海床。这项被称为碳捕获与封存（Carbon Capture and Storage，简称CCS）的技术，一直以来在国际上被认为是温室气体减排中“去碳技术”的主要途径。
 
然而，“二氧化碳会与地层中原有的岩石、地下水发生化学反应，影响地质结构的长期稳定，甚至诱发地震。”日前，谢和平对《中国科学报》记者说。
 
事实上，世界各国的科学家们也一直在尝试二氧化碳的利用。人们曾将二氧化碳转化为有机物及高分子聚合物等化工产品；另一种途径是将二氧化碳与水分解，转化为甲醇、石油等再生能源。但上述这些方法和技术成本高、能耗高、碳循环周期短、工业规模小，对二氧化碳减排的贡献小，普遍不被看好，不适合作为缓解温室效应的核心技术。
 
而在谢和平的研究中，只要利用地壳中1%的钙、镁离子对二氧化碳进行矿化利用，按照理论上50%的转化率计算，就可以满足人类约8.5万年的减排需求。这个技术路线被称为碳捕获和利用（Carbon Capture and Utilization，简称CCU），最新研究成果发表于7月出版的《四川大学学报》上。
 
“天然矿物或工业废料中蕴涵着丰富的镁、钾、硫、钛等人类所需要的资源，碳捕获和利用的新理念和技术路线，即为在低能耗、低成本条件下，利用二氧化碳矿化，转化联产高附加值的化工产品。”论文的第一作者谢和平说，这是将二氧化碳作为一种资源，真正实现高效利用。
 
这项研究的优势在于，矿化二氧化碳的同时，生产化工产品或建筑材料，充分发挥原料自身价值。而过去的碳捕获与封存则是一项纯投入的环保技术，整个过程中还需要消耗能量，导致新的二氧化碳排放。
 
例如，氯化镁是海水、盐湖中镁的主要形式，海水中镁离子含量约1500万吨。我国四大盐湖区镁盐储量达数十亿吨。实验和计算结果表明，每10吨六水合氯化镁可矿化1.5吨二氧化碳，产氯化氢1.8吨（约产36%的盐酸5吨），产碳酸镁2.9吨。碳酸镁可作为耐火材料、锅炉和管道的保温材料，以及食品、药品、化妆品等的添加剂，盐酸是重要的化工材料，具有较好的应用前景和利润空间。
 
谢和平补充说，在工业废料的矿化上，我国每年产出约5000万吨磷石膏固废，而堆积的磷石膏固废已超过5亿吨，我们课题组提出的“利用二氧化碳矿化转化磷石膏固废的系列技术，产物硫酸铵是重要的肥料，碳酸钙可用作水泥原料，也可作为工业添加剂，产品附加值很高”。
 
事实上，可能成为二氧化碳矿化“对象”的，还有很多。谢和平介绍说，根据研究，自然界中的很多矿物都可以转化为高附加值的化工产品。钾长石中可以提取稀缺的钾元素；利用钙钛矿中的钙离子矿化转化二氧化碳，同时可获得高附加值的二氧化钛。
 
“碳捕获和利用应是我国乃至全球二氧化碳减排近期开展的方向和重点。”谢和平说，当然，这其中还有很多关键性技术难题等待科学家们去破解，从而真正实现技术的大规模工业化应用。