科学家希望通过释放更多二氧化碳来限制气候变化

二氧化碳最近备受关注。人们的关注也是可以理解的：5 月 11 日，二氧化碳浓度达到 415 ppm，比过去 80 万年中典型的大气浓度高出 100 ppm 以上。即使我们今天停止排放，这种长期存在的温室气体也会在未来数千年内使地球变暖。

但还有另一种温室气体——甲烷，一些科学家认为，它是稳定气候的众多策略中唾手可得的成果。斯坦福大学的科学家在周一发表于《自然可持续性》杂志上的一项令人惊讶且违反直觉的提案中提出，我们可以通过将甲烷化学转化为二氧化碳来限制变暖。该研究的主要作者罗布·杰克逊说：“我们的论文呼吁将甲烷去除视为一个机会。”

目前，甲烷（CH4）在空气中的浓度为 1,860 ppb，约为工业革命前的 2.5 倍。60% 的甲烷排放是人为的，来自稻田和牛打嗝等农业来源以及化石燃料生产。这种气体寿命很短，在大气中平均持续 10 年。但它在这么短的时间内很难使空气升温。在 20 年内，甲烷使大气变暖的程度是二氧化碳的 84 倍，在一个世纪内是二氧化碳的 28 倍。

斯坦福团队认为，尽管甲烷分子的化学性质使其成为一种令人担忧的温室气体，但它也是一种潜在的解决方案。甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水。该反应在热力学上是有利的，因为它会释放能量。事实上，它在大气中自然发生。该论文提出，如果我们能够创造一种加速这一自然趋势的工业过程，它可以成为减缓变暖的重要策略。

在地面上，这可能看起来有点像直接碳捕获的提议设计——巨大的风扇吸入空气，并通过一种有助于甲烷转化为二氧化碳的介质。与碳捕获不同，通过这种方式，废气不需要被抽出和储存。相反，二氧化碳会飘走。因为它是一种比甲烷更弱的温室气体，所以净效应仍然是减少全球变暖。将大气中所有人类产生的甲烷转化将额外释放 82 亿公吨二氧化碳，这大约相当于我们几个月内全球排放量。即便如此，该论文估计，这一过程将消除我们自开始燃烧化石燃料以来所经历的六分之一的变暖。“这将为我们赢得时间来解决更困难的二氧化碳来源，”杰克逊说。

当然，这一提议还处于构思阶段，实施起来仍面临许多挑战。论文指出，其中最明显的挑战之一是甲烷在空气中非常分散。甲烷浓度为 1,860 ppb，占空气中所有分子的很小一部分，比二氧化碳稀薄约 200 倍。

甲烷的化学结构也对甲烷的转化构成了障碍。由于甲烷的四面体形状（四个氢原子从中心碳原子分支出来），它“缺乏明显的催化切入点”，作者写道。不过，有一些有希望的证据表明，沸石（一种具有许多微小孔隙的矿物）可用于转化甲烷。这些微小的孔隙可以帮助吸收甲烷并与金属催化剂发生反应，从而促进其转化为二氧化碳。

而且，就像碳捕获一样，这个过程会消耗大量能源。建造设备、开采沸石和运行风扇都需要电力。美国国家海洋和大气管理局的大气化学家 Ed Dlugokencky 说：“看起来，即使是使用风将空气吹过催化剂的被动系统，也需要大量能源才能工作。”杰克逊说，甲烷转化系统最好使用零碳能源，如风能和太阳能。而且，由于反应会释放能量，他相信可以重新捕获能量并利用它来维持运行。

但也有资金问题。目前，由于向大气中排放碳基本上是免费的，因此无法从这一过程中赚钱。需要法律授权或碳定价才能引起人们对工业化扩大甲烷捕获的兴趣。正如论文指出的那样，以每公吨二氧化碳 500 美元的价格计算，将甲烷转化为二氧化碳所产生的全球变暖潜力的抵消将产生每吨转化甲烷 12,500 美元的收入，使这一过程有利可图。

有些人认为依赖碳定价过于乐观，我们的钱最好花在可再生能源上。哈利法大学工业和系统工程科学家 Sgouris Sgouridis 表示：“这个想法非常耗费材料和能源，即使碳价超过 500 美元/吨也无法竞争，这除了不必要（政治上不可行）之外，还使可再生能源（目前大多不需要碳定价）成为真正的意外之财。”Sgouris Sgouridis 是最近一项研究的作者，该研究比较了可再生能源和碳捕获能源系统的能源投入与产出。“你为什么要追求非常昂贵的战略，而不是扩大更便宜的战略呢？”

因为甲烷寿命很短，所以最好还是让大自然来处理它。“对于甲烷对全球变暖的影响，有一个更简单的解决方案，”NOAA 碳循环温室气体小组负责人 Pieter Tans 说。“我建议我们用已知的方法减少甲烷的排放，让大气在大约 10 年内将其氧化成二氧化碳。”

杰克逊认为，尽管这项技术面临诸多挑战，但它在未来的气候行动中仍占有一席之地。他希望他的提议能够激发人们对催化甲烷转化的理想材料的研究，以及对工业设施进行浓缩甲烷的想法，使其更容易发生反应。对杰克逊来说，这不仅仅是试图稳定我们目前正在变暖的地球。这项技术甚至可以在继续减少我们的排放方面发挥作用，即所谓的“大气修复”。他说：“我认为修复我们的空气比稳定我们的空气是一个更好的愿景。我想重新设定大气甲烷的时钟。”