坑人的固碳人造树

在微博上看到有人提到麻省理工科技创业网站的一篇文章，题为《人造树木把二氧化碳转换为氧气》[1]，细读内容的话，会发现这篇文章实在是有些标题党，里面提到的人造树并不是能利用什么神奇的技术产生氧气。其实里面介绍的，是一个利用人造树木把空气中的二氧化碳分离出来，然后深埋储藏，以此来提供一种解决全球变暖问题的思路。这种做法是属于现在流行的解决由于二氧化碳大气含量导致的全球变暖问题的方法，称为固碳或者碳封存（参考白鸟的《二氧化碳的全球通缉令》[2]），一般是用绿色的植物来通过光合作用吸收二氧化碳，也有些设想是通过化学或者物理的方法。文章里面是这么介绍的：

“另据greenupgrade.com报道，这个创意是，空气流经这些人造树结构中的叶片。空气流经氢氧化钠（NaOH），这些氢氧化钠就在合成树里面，这时，二氧化碳会发生化学反应，产生碳酸钠（sodium）液体，这些碳酸钠液体会凝结，并汇集在合成树的底部。这就是一种存储机制，可以存储大气中多余的二氧化碳。”

在哥伦比亚大学（Columbia University）的网站上可以找到相关的新闻，根据新闻的内容，这个构想的固碳人造树高300英尺宽180英尺（见上面的艺术设计图），每年可以利用氢氧化钠吸收九万吨二氧化碳，大约相当于一万五千辆汽车每年的碳排放。

这个做法听起来很美：利用氢氧化钠从空气中吸收二氧化碳，然后将生成的碳酸钠储存起来，这样子把空气中的二氧化碳含量降低了，不就解决了全球变暖的问题么？这个反应是大家在初中化学里面学到过的，整个过程中，没有污染和碳排放，看上去非常低碳、环保、清洁。

然而，事情不能这么考虑。氢氧化钠在工业生产中是制造氯气的副产物，利用的是电解饱和食盐水（氯化钠溶液）的反应，这个过程中要耗费大量的能量，这意味着大量的碳排放。让我们来估计一下，利用氢氧化钠固碳划算吗？

根据从网上找到的数据，生产一吨的氢氧化钠耗费的电能基本都在2000度左右[3,4]，让我们就按这个数值计算。如果用煤来发电的话，一度电耗费的煤大约在300克左右[5]，那么，2000度电就需要约600千克煤，按照工信部的《烧碱行业清洁生产技术推行方案》，2012年每吨烧碱的能耗目标是700.5千克标准煤[6]，所以这里600千克煤的估计相对小了一些，不过作为估算的数字来说，量级是没有问题的。考虑到煤里面绝大部分都是碳，这些煤会产生2.2吨的二氧化碳，而吸收这些二氧化碳，需要4吨氢氧化钠才可以。当然实际上煤里面并不全是碳（一般含碳量在60%左右），不过根据更准确的数字，每发一度电对应约一千克的二氧化碳排放[7]，得到的二氧化碳数字差不多。简单来说，生产一吨氢氧化钠放出的二氧化碳，起码需要四吨氢氧化钠才能够完全吸收。即使考虑到生产氢氧化钠过程中的碳排放不应该全部算到氢氧化钠头上，一部分碳排放应该属于氯气，那样得到的数字会有所出入，但结论总是一样的：考虑到整个过程中的碳排放，这种固碳方法实质上会增加碳排放，并不划算。如果考虑到发电过程中二氧化硫或者氮氧化物等污染物的排放的话，就更不划算了。

也许有读者会说，这是因为用的电是火电厂产生的，发电的过程中有碳排放，不环保，如果用核电、水电、太阳能，就划算了。实际上，目前地球上大部分的电能都是通过燃烧化石燃料获得的，只有极少数国家新能源才占总发电量的大部分，比如法国，核电占总量的约80%。即使如此，在能源危机日渐显现的今天，把宝贵的能源用在电解生产用于固碳的氢氧化钠上也是很浪费的。再说，这样固碳的到的产物是碳酸钠，这并不是一种很好的碳封存的物质。碳酸钠很容易溶于水，使得我们很难将它深埋在地下或者海底。另外，碳酸钠遇到酸性物质，将剧烈反应，放出二氧化碳。因此在实际的操作中，如果不能将碳酸钠妥善地和外界隔绝，就起不到固碳的作用；而这样封存起来，成本会很高。即使不考虑固碳人造树的生产、维护，这也并不是一种经济有效的固碳方法。

虽说如此，这种方法不失为一种比较好的低碳、环保的概念性宣传材料。另外，如果一个国家能够以适当的价格从另外一个国家进口氢氧化钠，用于这种固碳人造树的话，即使是固碳的效果并不理想，在实际统计上可以抵消自己国家的碳排放并大量增加氢氧化钠出口国的碳排放，不失为一种在碳减排国际评比中的有效政治手段。

面对形形色色的绿色、环保、低碳的倡议、活动和技术发明，我们首先需要问的，是它从经济上、从环境上、从政治上是否划得来，是否真的能够起到宣称的作用。做出这样的判 断需要对整个过程详细考察和计算，分析是不是经济划算，是不是真正能够起到宣称的保护环境，节能减排的作用，从整个社会和技术发展的角度进行经济补贴长远看起来是否划算，等等。然后，才能决定是否真正给它贴上绿色、环保、低碳的标签。比如，“地球一小时”的活动，实际上并不能够起到节能减排的作用，甚至可能因为点燃蜡烛而产生多余的碳排放[8]，作为一种宣传环保的活动形式可以理解，但是并不能作为节能减排的良药。

真诚感谢白鸟、橡树村和poguy对本文的帮助。

备注：这篇文章主要是针对中文新闻里面描写的内容，即使用NaOH吸收二氧化碳并将碳酸钠埋于地下[1]。经过更仔细地资料调查，在哥伦比亚大学的相关新闻、BREAKTHROUGH Blog上对Lackner教授的访谈等资料中，关于固碳人造树使用的具体化学物质和流程都没有仔细地描述；在Lackner教授等人创办的公司网站、以及关于他们公司成功验证固碳装置的新闻、Lackner教授的相关文章里面（链接1和链接2），也找不到相应的细节内容。不过可以肯定，中文新闻[1]里面关于将碳酸钠深埋的描述应为没有根据的说法，在其他的资料里面，吸收的二氧化碳在构想里面是可以作为油田的填充物、汽水公司的生产原料等等。并且，在这些资料里面，Lackner教授提出了应该使用可以循环的吸收物质，并进行了吸收二氧化碳能力和经济方面的估算。因此，这篇文章里的具体思考，应只针对新闻[1]，主要的目的是给大家提供一种关于环保活动和技术的不同思考角度，如果此文导致了对Lackner教授相关工作的误伤，笔者表示歉意。

参考资料：
1.麻省理工科技创业网站，《人造树木把二氧化碳转换为氧气》，
http://www.mittrchinese.com/single.php?p=30395
2. 科学松鼠会，白鸟《二氧化碳的全球通缉令》，http://songshuhui.net/archives/22671
3. 百度百科，《离子膜电解法》，http://baike.baidu.com/view/3046702.htm
4. 海川论坛，氯碱化工版《电解能耗问题》，http://bbs.hcbbs.com/viewthread.php?tid=337063
5. 科学松鼠会，《中国再次刷新火电机组最低煤耗世界纪录》，http://songshuhui.net/archives/50680
6. 中华人民共和国工业和信息化部，《烧碱行业清洁生产技术推行方案》，
http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11295091/13028361.html
7. Hong Huo et. al., Environ. Sci. Technol. 44, 4856-4861 (2010).
8. 科学松鼠会，潘龙（北京交通大学），《“熄灯一小时”会破坏电网吗？》，
http://songshuhui.net/archives/36020

<p>本文作者：沐右</p><p><a rel="attachment wp-att-52064" href="http://songshuhui.net/archives/52053/trees"><img class="size-full wp-image-52064 alignleft" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/03/trees.jpg" alt="" width="237" height="213" /></a>在微博上看到有人提到麻省理工科技创业网站的一篇文章，题为《<a href="http://www.mittrchinese.com/single.php?p=30395">人造树木把二氧化碳转换为氧气</a>》[1]，细读内容的话，会发现这篇文章实在是有些标题党，里面提到的人造树并不是能利用什么神奇的技术产生氧气。其实里面介绍的，是一个利用人造树木把空气中的二氧化碳分离出来，然后深埋储藏，以此来提供一种解决全球变暖问题的思路。这种做法是属于现在流行的解决由于二氧化碳大气含量导致的全球变暖问题的方法，称为固碳或者碳封存（参考白鸟的《<a href="../archives/22671">二氧化碳的全球通缉令</a>》[2]），一般是用绿色的植物来通过光合作用吸收二氧化碳，也有些设想是通过化学或者物理的方法。文章里面是这么介绍的：</p> <blockquote><p>“另据greenupgrade.com报道，这个创意是，空气流经这些人造树结构中的叶片。空气流经氢氧化钠（NaOH），这些氢氧化钠就在合成树里面，这时，二氧化碳会发生化学反应，产生碳酸钠（sodium）液体，这些碳酸钠液体会凝结，并汇集在合成树的底部。这就是一种存储机制，可以存储大气中多余的二氧化碳。”</p></blockquote> <p>在哥伦比亚大学（Columbia University）的网站上可以找到相关的<a href="http://www.columbia.edu/cu/alumni/Magazine/Spring2006/trees.html">新闻</a>，根据新闻的内容，这个构想的固碳人造树高300英尺宽180英尺（见上面的艺术设计图），每年可以利用氢氧化钠吸收九万吨二氧化碳，大约相当于一万五千辆汽车每年的碳排放。</p> <p><a rel="attachment wp-att-52054" href="http://songshuhui.net/archives/52053/%e6%b0%a2%e6%b0%a7%e5%8c%96%e9%92%a0%e5%90%b8%e6%94%b6%e4%ba%8c%e6%b0%a7%e5%8c%96%e7%a2%b3"><img class="aligncenter size-full wp-image-52054" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/03/氢氧化钠吸收二氧化碳.jpg" alt="" width="329" height="32" /></a>这个做法听起来很美：利用氢氧化钠从空气中吸收二氧化碳，然后将生成的碳酸钠储存起来，这样子把空气中的二氧化碳含量降低了，不就解决了全球变暖的问题么？这个反应是大家在初中化学里面学到过的，整个过程中，没有污染和碳排放，看上去非常低碳、环保、清洁。</p> <p><a rel="attachment wp-att-52055" href="http://songshuhui.net/archives/52053/%e7%94%b5%e8%a7%a3%e9%a3%9f%e7%9b%90%e6%b0%b4"><img class="aligncenter size-large wp-image-52055" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/03/电解食盐水-600x52.jpg" alt="" width="360" height="31" /></a>然而，事情不能这么考虑。氢氧化钠在工业生产中是制造氯气的副产物，利用的是电解饱和食盐水（氯化钠溶液）的反应，这个过程中要耗费大量的能量，这意味着大量的碳排放。让我们来估计一下，利用氢氧化钠固碳划算吗？</p> <p>根据从网上找到的数据，生产一吨的氢氧化钠耗费的电能基本都在2000度左右[3,4]，让我们就按这个数值计算。如果用煤来发电的话，一度电耗费的煤大约在300克左右[5]，那么，2000度电就需要约600千克煤，按照工信部的《烧碱行业清洁生产技术推行方案》，2012年每吨烧碱的能耗目标是700.5千克标准煤[6]，所以这里600千克煤的估计相对小了一些，不过作为估算的数字来说，量级是没有问题的。考虑到煤里面绝大部分都是碳，这些煤会产生2.2吨的二氧化碳，而吸收这些二氧化碳，需要4吨氢氧化钠才可以。当然实际上煤里面并不全是碳（一般含碳量在60%左右），不过根据更准确的数字，每发一度电对应约一千克的二氧化碳排放[7]，得到的二氧化碳数字差不多。简单来说，生产一吨氢氧化钠放出的二氧化碳，起码需要四吨氢氧化钠才能够完全吸收。即使考虑到生产氢氧化钠过程中的碳排放不应该全部算到氢氧化钠头上，一部分碳排放应该属于氯气，那样得到的数字会有所出入，但结论总是一样的：考虑到整个过程中的碳排放，这种固碳方法实质上会增加碳排放，并不划算。如果考虑到发电过程中二氧化硫或者氮氧化物等污染物的排放的话，就更不划算了。</p> <p>也许有读者会说，这是因为用的电是火电厂产生的，发电的过程中有碳排放，不环保，如果用核电、水电、太阳能，就划算了。实际上，目前地球上大部分的电能都是通过燃烧化石燃料获得的，只有极少数国家新能源才占总发电量的大部分，比如法国，核电占总量的约80%。即使如此，在能源危机日渐显现的今天，把宝贵的能源用在电解生产用于固碳的氢氧化钠上也是很浪费的。再说，这样固碳的到的产物是碳酸钠，这并不是一种很好的碳封存的物质。碳酸钠很容易溶于水，使得我们很难将它深埋在地下或者海底。另外，碳酸钠遇到酸性物质，将剧烈反应，放出二氧化碳。因此在实际的操作中，如果不能将碳酸钠妥善地和外界隔绝，就起不到固碳的作用；而这样封存起来，成本会很高。即使不考虑固碳人造树的生产、维护，这也并不是一种经济有效的固碳方法。</p> <p>虽说如此，这种方法不失为一种比较好的低碳、环保的概念性宣传材料。另外，如果一个国家能够以适当的价格从另外一个国家进口氢氧化钠，用于这种固碳人造树的话，即使是固碳的效果并不理想，在实际统计上可以抵消自己国家的碳排放并大量增加氢氧化钠出口国的碳排放，不失为一种在碳减排国际评比中的有效政治手段。</p> <p>面对形形色色的绿色、环保、低碳的倡议、活动和技术发明，我们首先需要问的，是它从经济上、从环境上、从政治上是否划得来，是否真的能够起到宣称的作用。做出这样的判 断需要对整个过程详细考察和计算，分析是不是经济划算，是不是真正能够起到宣称的保护环境，节能减排的作用，从整个社会和技术发展的角度进行经济补贴长远看起来是否划算，等等。然后，才能决定是否真正给它贴上绿色、环保、低碳的标签。比如，“地球一小时”的活动，实际上并不能够起到节能减排的作用，甚至可能因为点燃蜡烛而产生多余的碳排放[8]，作为一种宣传环保的活动形式可以理解，但是并不能作为节能减排的良药。</p> <p>真诚感谢<a href="../archives/author/newgnaw/">白鸟</a>、<a href="../archives/author/xiangshucun">橡树村</a>和<a href="../archives/author/poguy/">poguy</a>对本文的帮助。</p> <p><span style="color: #ff6600">备注</span>：这篇文章主要是针对中文新闻里面描写的内容，即使用NaOH吸收二氧化碳并将碳酸钠埋于地下[1]。经过更仔细地资料调查，在哥伦比亚大学的相关<a href="http://www.columbia.edu/cu/alumni/Magazine/Spring2006/trees.html">新闻</a>、BREAKTHROUGH Blog上对Lackner教授的<a href="http://www.thebreakthrough.org/blog/2008/03/from_synthetic_trees_to_carbon.shtml">访谈</a>等资料中，关于固碳人造树使用的具体化学物质和流程都没有仔细地描述；在Lackner教授等人创办的<a href="http://www.grestech.com">公司网站</a>、以及关于他们公司成功验证固碳装置的<a href="http://www.prweb.com/releases/2007/04/prweb519808.htm">新闻</a>、Lackner教授的相关文章里面（<a href="http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/01/carbon_seq/7b1.pdf">链接1</a>和<a href="http://www.americanenergyindependence.com/library/pdf/Reddy8.pdf">链接2</a>），也找不到相应的细节内容。不过可以肯定，中文新闻[1]里面关于将碳酸钠深埋的描述应为没有根据的说法，在其他的资料里面，吸收的二氧化碳在构想里面是可以作为油田的填充物、汽水公司的生产原料等等。并且，在这些资料里面，Lackner教授提出了应该使用可以循环的吸收物质，并进行了吸收二氧化碳能力和经济方面的估算。因此，这篇文章里的具体思考，应只针对新闻[1]，主要的目的是给大家提供一种关于环保活动和技术的不同思考角度，如果此文导致了对Lackner教授相关工作的误伤，笔者表示歉意。</p> <p>参考资料：<br /> 1.麻省理工科技创业网站，《<a href="http://www.mittrchinese.com/single.php?p=30395">人造树木把二氧化碳转换为氧气</a>》，<br /> <a href="http://www.mittrchinese.com/single.php?p=30395">http://www.mittrchinese.com/single.php?p=30395</a><br /> 2. <a href="../">科学松鼠会</a>，<a href="../archives/author/newgnaw/">白鸟</a>《<a href="../archives/22671">二氧化碳的全球通缉令</a>》，<a href="http://songshuhui.net/archives/22671">http://songshuhui.net/archives/22671</a><br /> 3. 百度百科，《<a href="http://baike.baidu.com/view/3046702.htm">离子膜电解法</a>》，<a href="http://baike.baidu.com/view/3046702.htm">http://baike.baidu.com/view/3046702.htm</a><br /> 4. 海川论坛，氯碱化工版《<a href="http://bbs.hcbbs.com/viewthread.php?tid=337063">电解能耗问题</a>》，<a href="http://bbs.hcbbs.com/viewthread.php?tid=337063">http://bbs.hcbbs.com/viewthread.php?tid=337063</a><br /> 5. <a href="../">科学松鼠会</a>，《<a href="../archives/50680">中国再次刷新火电机组最低煤耗世界纪录</a>》，<a href="../archives/50680">http://songshuhui.net/archives/50680</a><br /> 6. 中华人民共和国工业和信息化部，《<a href="http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11295091/13028361.html">烧碱行业清洁生产技术推行方案</a>》，<br /> <a href="http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11295091/13028361.html">http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11295091/13028361.html</a><br /> 7. Hong Huo <em>et. al.</em>, Environ. Sci. Technol. 44, 4856-4861 (2010).<br /> 8. <a href="../">科学松鼠会</a>，潘龙（北京交通大学），《<a href="http://www.bullogger.com/blogs/songshuhui/archives/356230.aspx">“熄灯一小时”会破坏电网吗</a>？》，<br /> <a href="http://songshuhui.net/archives/36020">http://songshuhui.net/archives/36020</a></p>