在不列颠哥伦比亚省，有一个小山谷，斯阔米什河在那里蜿蜒流过马拉穆特的悬崖，这是一个受欢迎的徒步旅行地点。与卑诗省的大部分地区一样，四面八方的山丘密布着冷杉。坐落在那个山谷中的是一个新奇的工业工厂，旨在复制数百万棵树所做的事情：从空气中吸收二氧化碳。
该工厂由碳工程公司建造，碳工程公司是直接空气捕获 (DAC) 技术的先驱。在一座长而矮的建筑中，一个巨大的吊扇将空气吸入室内，在那里它与一种液体化学物质发生反应，从而抓住二氧化碳分子。这种“吸附剂”流入附近的一台机器，该机器对气体进行转化，然后将其储存在加压罐中。目标是帮助消除大气中最普遍的气候变化罪魁祸首。Squamish 工厂每年将处理多达 1,000 公吨的二氧化碳。这与地球年排放量相比微不足道，去年估计为 330 亿公吨，但该工厂只是一个试点设施。
如果该过程可以大规模放大，那么所有捕获的 CO2 会发生什么情况?首席执行官史蒂夫奥尔德姆解释说，有几种可能性。例如，您可以将其中的一部分出售给苏打水制造商或混凝土制造商等公司。您还可以将其转化为液体燃料，用于汽车、卡车、飞机和发电厂。这会释放更多的二氧化碳，但在奥尔德姆的愿景中，它涉及公司机器的庞大网络，你只需在整个过程中直接运行污染即可。他说，你可以一遍又一遍地这样做，让一个社会可以永久燃烧化石燃料，而不会加剧全球变暖。称之为捕捉和释放。奥尔德姆认为我们都应该加入这种碳回收模式：“我们等不及了。我们必须得到与脱碳现在。”
当然，世界各国政府可以做的远不止捕捉和释放。他们可以通过使用直接空气捕获来捕获多余的大气碳并将其深埋在地球深处，从而扭转工业革命的趋势，从而彻底扭转气候变化。消除我们在过去 150 年中排放的数十亿吨所谓的遗留碳的大气不会便宜。按照目前的价格，在本世纪剩下的时间里，各国每年总共将不得不支付大约 5 万亿美元。但是一个可怕的报告8 月，联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 警告说，我们的气候状况可能下降得如此之快，以至于我们别无选择。奥尔德姆认为，政策制定者很可能会决定消除所有遗留的碳是值得的。“我个人喜欢水处理的比喻，”他说。“当霍乱和伤寒导致水问题时，世界各国政府都建造了水处理基础设施。这是他们提供给公民的一部分。今天我们有空气问题，所以我们需要一个空气处理基础设施。”
用二氧化碳吸入机解决气候变化?乍一看，这听起来像是尼尔·斯蒂芬森科幻小说中的一些东西——或者特别疯狂的硅谷 TED 演讲。事实上，多年来，DAC 一直处于疯狂科学家的领域。全球只有少数初创公司在摆弄原型，很少有认真的投资者关注。
随着更早的 IPCC 报告的发布，这一切在 2018 年发生了变化。该小组警告说，如果我们想让地球变暖不超过 1.5 摄氏度——巴黎协议关于减缓气候变化的目标——我们需要大幅削减大气中的二氧化碳。植树造林会有所帮助。转向可再生能源也至关重要。但考虑到人类的单调乏味的风能和太阳能的怀抱，警监会想通，我们不得不开始到2100年直接把碳从大气中一个大量的碳。每年 100 亿公吨，相当于我们目前二氧化碳排放量的近三分之一。
直接空气捕获以及其他捕获和封存计划——从种植树木到弄清楚如何让海洋生物锁定多余的碳——突然变得炙手可热，甚至可能对我们的长期生存至关重要。政策制定者和企业，甚至一些环保主义者，都引起了人们的注意。到 2021 年春季，包括百事可乐、阿拉斯加航空公司、高露洁棕榄和摩根士丹利等华尔街巨头在内的 100 多家全球最大公司已承诺到 2040 年实现“净零”排放，埃隆马斯克的基金会成立1 亿美元用于XPrize，这是一项为期四年的竞赛，旨在刺激任何导致“负排放”的技术(包括 DAC)的发展。
公共资金也开始流入。联邦政府和几个州已经通过了对可以从大气中提取碳的公司的税收抵免。参议院 8 月批准的基础设施法案包含115 亿美元用于各种碳捕获工作，其中包括 35 亿美元用于建设四个“区域直接空气捕获中心”，联邦政府希望这些中心能够创建大型清洁能源工作网络。民主党 3.5 万亿美元的预算蓝图包括 1500 亿美元，用于补偿转向低排放工艺的能源生产商——乔曼钦的摇摆投票支持这一举措——其中可能包括直接空气捕获。一些民主党人正在特别为 DAC 推动更高的税收抵免。6 月，美国能源部宣布了温和的正如能源部长詹妮弗·格兰霍姆 (Jennifer Granholm) 所说，1200 万美元用于支持“杰出的创新者”开发可以“帮助我们避免气候变化最坏影响”的 DAC 技术。即便是 Stripe 和 Shopify 等少数科技公司，也已投入数百万美元的预算来购买以任何合理方式封存的二氧化碳。“你已经获得了如此巨大的动力，”智库 Carbon180 的执行董事 Erin Burns 说。
作为回应，DAC 的先驱们兴高采烈地赶出新工厂。总部位于瑞士的 Climeworks 正在考虑在中东建立一个设施。纽约的全球恒温器正准备明年在智利建立其首个大规模装置。Oxy Low Carbon Ventures(石油巨头 Occidental 的一个部门)将使用 Carbon Engineering 的技术建造德克萨斯工厂，最终能够每年去除高达 100 万公吨的大气二氧化碳，是 Squamish 工厂的 1,000 倍。
这听起来似乎是一个聪明的主意，但当您仔细观察这些公司所设想的世界时，它会变得更加复杂。根据企业家们的说法，拯救地球的唯一可行途径是让化石燃料公司加入进来。这部分是因为 Big Oil 拥有大规模建造此类设施的基础设施和专业知识，并将捕获的二氧化碳通过管道输送到可以永久封存的地方。但这也是因为，在 DAC 发明者眼中，内燃机还会伴随我们一段时间。他们设想在接下来的几十年中主要将 DAC 用于捕获和释放：从空气中收集二氧化碳，将其转化为合成燃料，燃烧这些燃料，然后重新捕获二氧化碳。我们不会在 2060 年或 2070 年之前开始去除遗留碳，因为只有这样 DAC 才会通过小的改进，
发明者坚持认为，从长远来看，他们的技术可以拯救我们。与此同时，他们正在寻求政府以及他们在埃克森美孚、壳牌和西方石油等公司的合作伙伴的帮助。
2. 看到我们困境的科学家们
直接去除碳的概念出现在 1990 年代后期，当时少数科学家设想了一个令人沮丧的现实：尽管人们越来越意识到人类活动产生的二氧化碳正在使地球变暖，并可能带来灾难性后果，但人类似乎并不急于停止燃烧化石燃料。
其中一位科学家是克劳斯拉克纳，他是一位说话温和的理论物理学家，他对气候工程越来越感兴趣。我们在他位于亚利桑那州立大学的实验室见面，他的研究生在那里修修补补一个小风洞，将空气吹过拉克纳的 CO2 吸入材料，以试图提高它们的性能。他告诉我，他的团队仍处于早期试验阶段;研究人员并不完全相信 DAC 将在大规模上可行。“我不承诺任何事情，”他说。“我真正向你保证的是，如果我们未能尝试使直接空气捕获发挥作用，生活就会变得更加艰难。”
拉克纳是一位身材高大的德国移民，早在 20 世纪 90 年代就预测，化石燃料的排放量将急剧增加，因为快速发展的中国和全球南方将需要与其他国家一样的廉价增长机会。当时，太阳能和风能在成本上无法与化石燃料竞争。
“如果你想提取化石碳，请做我的客人……但你必须向我证明已经储存了等量的碳。”
由于排放量即将爆炸，拉克纳认为解决问题的唯一方法就是再次吸收它们。1999 年，他与人合着了一篇关于“煤炭利用和燃料系统”会议的论文，呼吁发展 DAC 技术。他回忆说：“我担心的是，我们将有很多借口为什么我们可以在大气中含有更多的二氧化碳——除非我们有一个廉价的解决方案来恢复它。”他设想了一个认证系统：如果一家公司想排放一吨二氧化碳，它必须证明它已经排放了一吨。“如果你想提取化石碳，请做我的客人，”拉克纳告诉我。“但你必须向我证明，等量的碳已经被储存起来了。”
在接下来的几年里，他周游世界，谈论他的想法，并发现另外两位科学家也有类似的想法。一位是彼得艾森伯格，他是哥伦比亚大学地球研究所的老朋友和物理学家。早在 70 年代和 80 年代，作为埃克森美孚研发实验室的负责人，艾森伯格就曾尝试过从空气中收集二氧化碳的概念——他称之为“人工光合作用”。另一个志同道合的人是哈佛物理学家大卫基思，他一直在研究太阳能地球工程，这是一种通过限制照射地球的阳光量来抑制变暖的方法。这三个人最终都会成立公司来开发 DAC。
基思是第一个把它拉下来的。2004 年，他在卡尔加里大学成立了一个研究小组，并投身于化学领域。捕获二氧化碳并不是一门新艺术。几十年来，潜艇和航天器的设计师一直在这样做，以保持船上空气的透气性。化石燃料公司也设计了“洗涤器”系统来从烟囱中捕获二氧化碳，尽管这些系统从未大规模部署——可能是因为公司认为它们太贵了。可以在不同温度下封存二氧化碳的吸附剂化学品是可用的。困难在于 CO2非常稀在日常空气中——大约 0.04%。任何 DAC 系统都必须移动大量空气才能捕获相对少量的碳。不过，这似乎是可行的：“我们从学术角度研究得越多，我们就越发现这里没有科学的阻碍，”基思原始研究小组的成员、现为碳工程业务发展总监的杰夫·霍姆斯 (Geoff Holmes) 说.工程和设计方面的一大挑战是：您是制造数百万个小型设备并将它们分散到世界各地，还是建造数量较少的大型工厂?您能否用可再生能源或足够少量的化石燃料为这些工厂供电，使它们吸收的碳远远多于释放的碳?
基思的团队选择扩大规模，设计每年可捕获 100 万吨或更多二氧化碳的工厂——大致相当于217,000 辆汽车的排放量。他的团队一开始做出的另一个节省成本的决定是：他们只使用现有的现成零件和技术。例如，他们将使用全球工厂部署的相同类型的冷却塔将吸附剂暴露在外部空气中。为了净化捕获的二氧化碳，他们重新利用了废水处理和采矿部门的技术。碳工程过程的最后一步涉及高达 900 摄氏度的温度——能源密集型——因此他们设计了一个可以使用可再生能源或天然气运行的工厂。如果是气体，由此产生的排放物可以被捕获并通过它们启用的过程进行输送。
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基思和他的合作伙伴于 2009 年正式启动了碳工程，从比尔盖茨和默里爱德华兹等人那里获得了 350 万美元的种子资金，默里爱德华兹是加拿大亿万富翁，他们从艾伯塔省的油砂中提取肮脏的原油。后来又有 300 万美元来自政府来源。到 2015 年，该小组受到实验室结果的鼓舞，开始构建 Squamish 原型。
福尔摩斯告诉我，掌握直接空中捕获是一项需要进行数千次细微调整的任务。他说，“没有一个灯泡”。“没有人跑出实验室说，'是的，我解决了它!'”在他看来，DAC 学习曲线类似于太阳能电池板的学习曲线，经过数十年的渐进改进——可能每年提高 2% 的产量——现在是世界上建造和安装成本最低的能源。
其他球队走的路线略有不同。克劳斯拉克纳想要一个小到可以放在任何地方的系统，而且需要很少的电力来运行。他着手创建一棵“机械树”，上面布满了一排排干燥的吸附剂。与竞争对手的设备不同，他的树木不需要风扇来吹过吸附剂。他们靠风。这意味着他们每天只需要几次电力，当“树叶”塌陷到一个罐子里，在那里用蒸汽提取二氧化碳。每棵树只能去除少量的碳，但由于这些设备耗电量很少，Lackner 设想以森林数量安装它们——数百万台。由于二氧化碳均匀分布在低层大气中，您可以将它们放置在地球上任何有电源和足够基础设施的地方，以掩埋、运输或以其他方式使用提取的碳。
这台机器高约 60 英尺。在顶部，我可以看到一排风扇吹过一个装有吸附剂涂层陶瓷的大型金属手风琴。
Eisenberger 与来自哥伦比亚大学的经济学家 Graciela Chichilnisky 共同创立了 Global Thermostat，后者帮助设计了京都议定书中的碳交易机制。与拉克纳一样，两人选择了更小、更低功耗的设计。风扇将空气吹过涂有吸附剂的陶瓷立方体，每小时几次用蒸汽击打以去除结合的 CO2。他们设计的系统与工业流程相匹配——你可以在工厂的空调机组旁边安装一个，其废热可以用来为机器提供动力。(由 Climeworks 建造的早期工厂，其技术大致相当，由地热能提供动力。)
