全球碳中和運動缺乏一個明確的理論基礎

 

自工業(yè)革命以來，人為的大規(guī)模CO2排放來源包括能源領域和非能源領域兩個方面。能源領域主要是化石能源燃燒所產生的排放，而非能源領域則是來自于化工、鋼鐵、水泥等工業(yè)制造過程中的化學反應。前者占CO2排放總量的80%左右。

 

化石能源燃燒主要通過蒸汽機、內燃機和燃氣輪機進行，對應的主要燃料分別是煤炭、石油和天然氣。以上三種燃燒技術都涉及到共同的物理化學原理，即碳氫化合物加氧燃燒，釋放能量產生動力，同時形成二氧化碳，并通過水蒸汽散發(fā)余熱。

 

近兩個多世紀以來，人類依靠化石能源燃燒的“火”建立了現(xiàn)代工業(yè)與文明。然而事實證明，這一集中式燃燒化石能源的“舊火”系統(tǒng)越來越不可持續(xù)，對經濟、安全、健康、環(huán)境的威脅也越來越大。美國洛基山研究院主席兼首席科學家Amory Lovins（盧安武）博士在2011年出版的《重新發(fā)明火》【1】一書中指出，鑒于“舊火”系統(tǒng)對人類在地球上生存的嚴重威脅，非常有必要重新發(fā)明“火”，以“新火”代替“舊火”，徹底改造現(xiàn)有的能源系統(tǒng)。他預計，到2050年，美國經濟將達到2010年規(guī)模的2.6倍，而通過“新火”替代“舊火”，不再需要消耗任何石油、煤炭和核電，就可為美國節(jié)約5萬億美元的能源開支，且這一切可以完全利用現(xiàn)有的技術來實現(xiàn)，不需要任何政府補貼和國會法案的支持。

 

這里的“新火”即指那些不需要燃燒碳氫化合物就能夠獲取能量的技術手段，主要包括源于地上的節(jié)能和可再生能源，廣義層面也包括挖自地下的地熱和核能，即我們常說的“零碳”能源。然而，以零碳能源代替化石能源來解決CO2排放問題，與CO2的關系是間接的。由于當前CO2排放的主要來源是化石能源燃燒，因此有必要直接就CO2排放問題開展一些理論探索，如化石能源能否不通過燃燒來獲取能量？有沒有好的辦法來消除CO2對大氣的影響？化石能源燃燒的過程是否可逆？能否通過“逆燃燒”的辦法，將CO2和水合成為碳氫化合物？

 

此外，燃燒過程產生大量的廢熱，除了可以梯級利用部分之外，大多數(shù)還是通過水吸熱相變，從液態(tài)變成氣態(tài)，并以水蒸氣的形式散發(fā)到空氣中。有沒有可能通過“逆蒸汽機”的方法，將這些水蒸汽冷凝成液態(tài)水，從而釋放熱量，為我所用？

 

回答上述問題，筆者認為答案無疑是肯定的。

 

■化石能源能否不通過燃燒獲取能量？能！燃料電池就是通過非燃燒的方式從化石能源中獲取能量。

 

■能否消除CO2對大氣的影響？能！碳捕獲、利用和封存(CCUS)技術就是基于這個問題來發(fā)展起來的，核心是轉換利用，而不是簡單的地質封存。

 

■能否通過“逆燃燒”的辦法，將CO2和水合成為碳氫化合物？能！這方面的技術進展非常快速，并且有望很快得到商業(yè)化推廣。北京光合新能公司的等離激元技術，就是利用工業(yè)廢熱或太陽能光熱，在常溫常壓下將CO2和水低成本地合成為碳氫化合物，該技術目前正在中試階段。

 

■能否通過“逆蒸汽機”的方法，將燃燒過程產生的大量水蒸汽冷凝成液態(tài)水，從而釋放熱量，為我所用？能！這方面我國已經進入規(guī)?；茝V的階段了。北京國際能源專家俱樂部2017年評估與推廣過的湖南東尤水汽能技術就是將空氣中的水蒸汽進行冷凝放熱，并通過熱泵技術提前所釋放的熱量，給政府辦公大樓、醫(yī)院和廠房提供取暖和制冷服務，成本比常規(guī)燃氣取暖和中央空調要低很多。這一技術在湖南已經有了多個商業(yè)化運營的案例實證。

 

筆者認為，工業(yè)化時代是通過蒸汽機燃燒化石能源“賣碳”方式來支持經濟增長，經濟增長與CO2排放成正比。與此模式相反，碳中和時代需要通過減碳來支持經濟的持續(xù)增長，經濟增長要與CO2成反比，形成越來越大的剪刀口。在新模式下，我們需要更多的“逆燃燒”和“逆蒸汽機”技術。