氣候變化面臨著一個巨大的困境：我們從空調中獲得瞭如此舒適的體驗，以至於自1990年以來，全球用於空調的能源消耗已經增加了兩倍。到本世紀中葉，這一數字還將以更快的速度增長——並且假設燃煤發電廠提供電力，這可能會導致足夠的二氧化碳排放，使地球再升溫致命的半攝氏度。
週二發表在《自然通訊》上的一篇論文提出了部分補救措施：供暖、通風和空調（或HVAC）系統會移動大量空氣。它們可以在一小時內更換辦公室大樓內五到十倍的空氣量。從大氣中捕獲二氧化碳的機器——一種正在開發中的氣候變化解決方案——也依賴於移動大量空氣。那麼，為什麼不透過將碳捕獲機器附加到空調上來節省能源呢？
這個來自德國卡爾斯魯厄理工學院化學工程師羅蘭·迪特邁爾領導的團隊提出的未來主義方案更進一步。研究人員設想了一個由模組化元件組成的系統，由可再生能源驅動，不僅可以從空氣中提取二氧化碳和水。它還將把它們轉化為氫氣，然後使用多步化學過程將氫氣轉化為液態碳氫燃料。結果是：“個性化、本地化和分散式的合成油井”在建築物或社群中，作者寫道。“設想的‘大眾石油’模式，類似於太陽能電池板的‘大眾電力’，”將使人們“能夠控制和集體管理全球變暖和氣候變化，而不是依賴於化石能源工業巨頭。”
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
迪特邁爾說，該研究小組已經開發出一個實驗模型，可以完成該過程的幾個關鍵步驟，並補充說，“未來兩三年內的計劃是擁有第一個實驗展示，我可以向您展示一瓶從空調裝置中捕獲的二氧化碳中提取的碳氫燃料。”
迪特邁爾和多倫多大學化學工程師兼合著者傑弗裡·奧津都無法預測建築業主需要多久才能購買和安裝此類裝置。但奧津聲稱，許多必要的技術已經可以商業化獲得。他說，碳捕獲裝置可以來自一家名為Climeworks的瑞士“直接空氣捕獲”公司，而將二氧化碳和水轉化為氫氣的電解槽可以從西門子、Hydrogenics或其他公司獲得。他補充說：“您可以使用羅蘭令人驚歎的微結構催化反應器，將氫氣和二氧化碳轉化為合成燃料。”這些反應器正在由德國公司Ineratec推向市場，該公司是從迪特邁爾的研究中衍生出來的。由於該系統將依賴於先進形式的太陽能，奧津認為結果是“光合作用建築”。
作者計算得出，將該系統應用於歐洲最高的摩天大樓之一，法蘭克福的展覽中心大廈，每年將提取和轉化足夠的二氧化碳，從而產生至少2000公噸（660,000美國加侖）的燃料。他們說，整個法蘭克福市的辦公空間每年可以產生超過370,000噸（1.22億加侖）。
哈佛大學應用物理學和公共政策教授大衛·基思說：“這是一個絕妙的概念——它讓我的一天都變得美好。”他沒有參與這篇新論文。他建議，由此產生的燃料的最佳用途將是“幫助解決我們最大的兩個能源挑戰”：提供一種碳中和燃料，以填補風能和太陽能等間歇性可再生能源留下的空白，併為“難以電氣化的交通運輸和工業部門”提供燃料，例如飛機、大型卡車以及鋼鐵或水泥製造。基思已經透過他創立的Carbon Engineering公司瞄準了其中一些市場，該公司專注於大規模液態燃料生產的直接空氣碳捕獲。但他表示，他對在分散式建築物或社群基礎上這樣做“深感懷疑”。他說：“規模經濟無法被忽視。我們有巨型風力渦輪機是有原因的，”而且我們沒有後院一體化的紙漿造紙廠來處理我們的庭院垃圾也是有原因的。他認為，以“適當的規模”從空氣中提取二氧化碳並將其轉化為燃料“更快更便宜”。
其他沒有參與這篇新論文的科學家指出了另外兩個潛在問題。伍斯特理工學院化學工程師詹妮弗·威爾科克斯說：“羅蘭提出的想法很有趣，但需要進行更多的審查，以確定該方法的真正潛力。”威爾科克斯說，雖然利用HVAC系統已經產生的空氣流動似乎很有意義，但建造和執行必要的 fans 並不是直接空氣捕獲系統如此昂貴的原因。她說，“主要的資本成本是固體吸附材料”——即二氧化碳附著在其上的物質——主要的能源成本是隨後從這些材料中回收二氧化碳所需的熱量。此外，她認為，任何可用的太陽能或其他無碳能源都將更好地用於取代燃煤發電廠，以首先減少排放到空氣中的二氧化碳量。
佐治亞理工學院化學工程師馬修·J·雷爾夫說：“將捕獲的碳轉化為液態燃料的想法很有說服力。“我們在液態燃料基礎設施方面進行了鉅額投資，使用它具有巨大的價值。您不必建造全新的基礎設施。但這在家庭層面實現這一概念有點異想天開”——部分原因是所涉及的氣體（一氧化碳和氫氣）有毒且易爆。雷爾夫說，將它們轉化為液態燃料的過程是眾所周知的，但它會產生一系列產品，這些產品現在通常在大型煉油廠中分離出來——需要大量的能量。“有可能可以在提議的規模上解決這個問題，”他補充道。“但我們目前還沒有做到這一點，而且從經濟角度來看，它可能不是最有效的方法。”然而，雷爾夫說，直接空氣捕獲二氧化碳有一個意想不到的好處，它可能有助於刺激市場對該技術的接受度：辦公室大樓如此頻繁地更換空氣的一個原因僅僅是為了保護工人免受二氧化碳水平升高的影響。他的研究表明，從氣流中捕獲二氧化碳可能是一種降低能源成本的方法，透過減少換氣頻率。
迪特邁爾反駁了認為規模越大總是越好的觀點。他指出，小型模組化工廠是化學工程某些領域的一種趨勢，“因為它們更靈活，並且不涉及如此大的財務風險。”他還預計，隨著各國政府正視實現氣候解決方案的緊迫性，以及各司法管轄區日益徵收碳稅或強制執行嚴格的建築物能源效率標準，成本將不再是障礙。
他說：“當然，這是一個有遠見的視角，它依賴於這種分散式產品賦能於人民的想法，而不是將其留給工業界。工業參與者觀察情況，但只要短期內沒有利潤，他們就不會採取任何行動。如果我們擁有安全且經濟實惠的技術，即使可能不是最便宜的，我們也可以在個人中產生一些動力”，就像太陽能產業的早期階段發生的那樣。“然後我預計工業界也會採取行動。”