大氣中的二氧化碳水平已首次達到百萬分之400，至少是 80 萬年來的首次。 基林父子測量的鋸齒狀曲線本月短暫地攀升至該里程碑之上，之後北半球春季的萌芽生長開始將二氧化碳吸回空中。但人為溫室氣體汙染似乎將繼續上升，而陸地或海洋上的光合植物只能做到這麼多。隨著溫室氣體水平進一步升高，機器能幫助清洗天空中的多餘二氧化碳嗎？
在早春的一天，帶著溫暖的希望和降雨的威脅，我前往哥倫比亞大學的穆德大樓和前洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家克勞斯·拉克納的實驗室。他爽朗的笑聲掩蓋了他正式的德語措辭和物理學家用數字來混淆視聽的習慣。我做好準備迎接可能難以理解的玩笑，我來到這裡是為了瞭解拉克納可能拯救世界的科技：一種可以直接從空氣中捕獲二氧化碳的塑膠樹脂。
該樹脂放置在一個透明的溫室外，溫室內有羅勒植物、竹子、一種室內植物和在紫外線下發出詭異紫紅色的黃瓜。植物的葉子在戴森無葉風扇的風中沙沙作響。在大型儲罐旁邊，一臺計算機監視器記錄著二氧化碳水平，一側的管子將溫室內的環境與外界隔開。在紫外線照射下，植物正在忙著吸收二氧化碳來製造葉子、根和蔬菜。“黃瓜靠二氧化碳長胖了，”拉克納一邊笑著一邊說道。
一種嵌入了 25 微米樹脂顆粒的淡米色聚丙烯塑膠以長毛地毯樣品的形式插入管子中，幾乎立即，隨著樹脂結合二氧化碳形成碳酸氫鹽（一種產生的鹽）時，溫室內的二氧化碳水平開始穩步下降。這種型別的鹽，如果存在鈉原子，可能更常見的是小蘇打，可以保留二氧化碳。樹脂吸收二氧化碳的能力甚至比植物更強，這取決於材料的相對溼度。這使得該過程是可逆的；只需加水即可再次獲得二氧化碳。
這不是開玩笑。一個用於儲存一些樹脂的聚碳酸酯塑膠瓶最終被劃傷。“他們弄壞了塑膠，”拉克納指著條紋狀、混濁的硬塑膠瓶，對他的實驗室同謀們說道。樹脂在其積極尋求化學平衡的過程中從聚碳酸酯中吸收了二氧化碳。
拉克納計算出，當風力強勁時，在 24 小時內，超過 700 公斤的二氧化碳會透過這個實驗室門大小的開口，這要歸功於另一個戴森風扇或者僅僅是風大的建築物頂部。這是一張這種材料可能從空氣中吸收的量。或者，它可以被改造成刷狀或摺疊的棋盤結構，以暴露更多的樹脂。
當然，700 公斤的二氧化碳僅相當於 13 個人一天的呼吸量。需要大量的這種樹脂機器才能對從大氣中吸收這種微量溫室氣體以降低大氣濃度產生重大影響；拉克納估計，需要 1000 萬棵這樣的人造“樹”才能使大氣濃度每年下降 0.5 ppm。每臺機器捕獲每公斤二氧化碳大約需要 1.1 兆焦耳的電力用於泵送和壓縮。這還不包括為了再次獲得二氧化碳以便樹脂可以重複使用以捕獲更多二氧化碳而潤溼過濾器（和蒸發）所需的所有水。然後可以將壓縮和捕獲的二氧化碳用於工業目的，例如提高石油採收率以改善這一切的經濟效益，或者埋在地球表面深處。換句話說，需要一個龐大的空氣捕獲機器工業基礎設施來彌補我們龐大的化石燃料工業基礎設施的影響。
樹脂如何工作是該實驗室另一項實驗的重點。樹脂隱藏在一個泡沫塑膠冷卻器中（用一條深藍色的哥倫比亞領帶作為實際的閂鎖），暴露在水和二氧化碳中並精確稱重，同時保持溫度恆定。其想法是保持二氧化碳穩定在 400 ppm，沒有溫度變化，然後改變條件以確定樹脂的工作效果如何。
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事實上，很可能另一種類似的材料更適合直接從空氣中捕獲二氧化碳。TerraLeaf正在研究使用葉綠素銅鈉鹽——植物中的葉綠素透過新增鈉離子和銅轉化為鹽——與導電聚合物配對，形成一種可以從空氣中吸收二氧化碳（或其他溫室氣體）並形成碳基化學物質，甚至可能是燃料的膜。哈佛大學科學家大衛·基思和他的團隊正在努力製造一種能夠使用氫氧化鈉（也稱為鹼液）從空氣中吸收二氧化碳的機器，然後重新加熱以釋放二氧化碳，從而實現連續執行。畢竟，這就是在潛艇和宇宙飛船上重新創造可呼吸空氣的方式。還有來自 Climeworks、佐治亞理工學院和南加州大學等團體的更多選擇。
但拉克納的聚合物可能在價格上難以匹敵。據拉克納稱，這種由陶氏化學制造的樹脂，被稱為 Marathon MSA，應用於食品加工和水淨化等領域，每公斤僅需 2.50 美元。經過近十年的實驗，他們仍在製作第一卷材料。
然而，這可能證明了這種直接空氣捕獲的最終挑戰：成本。一方面，目前沒有人願意為從空氣中吸收二氧化碳買單，另一方面，也很少有人願意為儲存或使用的二氧化碳付費。美國物理學會的估計（pdf）表明，這種空氣捕獲的成本可能約為每噸捕獲的二氧化碳 600 美元，這使得即使是拉克納的大型樹脂“樹”也成為減排領域的特斯拉跑車。捕獲一種僅佔空氣 0.04% 的氣體可能被證明是太耗能且成本太高而無法維持。
再說一次，鑑於目前溫室氣體濃度已經出現的氣候變化影響，世界可能別無選擇。拉克納及其同事在去年 7 月發表在《美國國家科學院院刊》上的一篇論文中指出，空氣捕獲可能被證明是解決運輸溫室氣體排放的唯一方法，所有這些尾氣管和發動機排氣管都位於世界各地數百萬輛汽車、飛機和其他車輛上。“鑑於全球氣候挑戰的巨大性，我們認為這種[空氣捕獲研發]需要緊急擴大規模，”研究團隊寫道。目前，用於二氧化碳減排技術的 2500 萬美元的維珍地球挑戰獎已將拉克納的工作以及其他四項空氣捕獲方案確定為獲獎考慮物件。其他可能性包括生物炭和生物燃料以及二氧化碳捕獲，以及努力加強捕獲二氧化碳的自然過程，如岩石風化和植被再生。
人類文明幾乎沒有減少二氧化碳的意願，這是最便宜的工業方法：減少來自最大、最集中來源的溫室氣體汙染，例如燃煤發電廠或煉油廠。在這些工業設施中進行碳捕獲的成本明顯低於一般空氣捕獲，並且可以減少來自二氧化碳最大單一來源的排放。正如普林斯頓大學機械工程師羅伯特·索科洛所說：在消除這些汙染源之前，從空氣中捕獲二氧化碳毫無意義。
最終的問題可能是這項技術無法在一夜之間奏效。即使拉克納能夠部署數百萬棵使用這種樹脂的人造樹，至少也需要數十年才能恢復工業化前的大氣二氧化碳濃度。然後問題就變成了：大氣中合適的二氧化碳濃度是多少，誰來決定？最終，可能更容易的是首先停止向空氣中排放二氧化碳，讓光合植物處理剩下的問題。