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華盛頓特區—每秒鐘，我們的身體都會在組織中捕獲二氧化碳，透過血液運輸，然後將其傾倒在肺部，並從那裡撥出。這種無意識的過程是人類為大氣中溫室氣體積累做出貢獻的另一種方式——儘管其體積與燃燒化石燃料相比微不足道。這種新陳代謝過程的關鍵是一種叫做碳酸酐酶的酶，它在捕獲和釋放二氧化碳方面的效率是人類工程師希望在發電廠規模上模仿的。
研究工程師哈里·科達託斯和他在聯合技術公司（UTC）的同事們正在研究這樣的系統，並獲得了美國能源部新的ARPA-E計劃的資助。畢竟，UTC子公司漢密爾頓桑德斯特蘭自20世紀60年代以來就一直在使用不同的技術為太空計劃製造二氧化碳捕獲裝置。但科達託斯在上週在華盛頓特區舉行的ARPA-E峰會上表示，碳酸酐酶“每秒捕獲600個分子”。“將這種酶從體內取出具有挑戰性。我們的身體會不斷再生這種酶，因為它會降解。”
因此，科達託斯和UTC的想法不是使用酶本身，而是掌握其化學原理，並“在發電廠煙氣這種非自然環境中使用它，”科達託斯說。關鍵似乎是位於酶核心的一個單一鋅原子，它的結構類似於金字塔。這種結構使碳酸酐酶能夠抓住二氧化碳，“不太鬆也不太緊，”科達託斯解釋說，這對於高效捕獲然後釋放溫室氣體至關重要。
UTC並非孤軍奮戰。僅在ARPA-E計劃中，37項獲得資助的開發技術中有四項涉及研究更節能的方法來捕獲化石燃料發電廠煙氣中的二氧化碳。賓夕法尼亞州伯利恆市利哈伊大學的化學家大衛·摩爾利用電力本身為二氧化碳捕獲的吸附材料充電。納爾科公司正在開發一個“電化學平臺”來完成這項工作。加利福尼亞州海沃德的Porifera, Inc.的物理學家奧爾吉卡·巴卡金計劃使用由碳奈米管組成的薄膜將二氧化碳與其他氣體分離——使用碳來捕獲碳。
能源部長朱棣文在會議上告訴ScientificAmerican.com，“我們需要開發能夠使我們以清潔的方式使用化石燃料的技術。”“這不是五年、十年就能解決的問題。我們需要半個世紀才能將碳排放量降到我們需要保護氣候的水平。”與此同時，美國將需要穩定的電力供應，而今天，這意味著燃煤或核能，朱棣文說。
然而，一些公司正在研究將化石燃料發電廠的二氧化碳排放轉化為有用的東西，如水泥。Calera公司將加利福尼亞海岸莫斯蘭丁發電廠的煙氣鼓入海水中，以生產由碳酸鹽製成的骨料，碳酸鹽是海洋生物用來建造貝殼的相同礦物質，也許更常見的是粉筆。風險投資家維諾德·科斯拉在ARPA-E峰會上說，這是該技術的早期投資者，“他們今天正在生產數百甚至數千噸產品。”“這是一種以零價格捕獲碳的方式，因為它是一種你可以出售的產品。它將二氧化碳從一個問題變成了一個原料。”
UTC方面，正在開發一種基於碳酸酐酶化學的膜系統，雖然不是零成本，但可以節省30%的能源，否則需要用胺或其他已知的化學物質來捕獲碳。“液態胺與二氧化碳的反應相當緩慢——動力學遲緩，”科達託斯指出。
也許這就是為什麼南方公司宣佈將不再資助一項擬議專案，該專案旨在在阿拉巴馬州一家燃煤發電廠使用此類胺來捕獲二氧化碳，儘管它已從聯邦政府獲得了2.95億美元的資金（大約是UTC獲得的100倍）。陶氏化學公司負責能源和氣候變化業務的副總裁道格·梅在會議上告訴ScientificAmerican.com，“這很昂貴”，該公司開發了這種基於胺的技術。“它還沒有達到應有的水平。”
法國阿爾斯通電力公司發言人蒂莫西·布朗補充道，該公司為發電廠開發了這種基於胺的捕獲技術。“我們認為，國會應該透過全面的氣候立法，以確立維持這項技術日益增長的勢頭所需的確定性，因為它已被證明具有緩解二氧化碳排放和創造就業機會的能力。”
一旦捕獲二氧化碳，要找到儲存場所也並非易事。儘管在西弗吉尼亞州登山者燃煤發電廠的一個試點專案中，將二氧化碳注入深層岩層的工作進展順利——迄今為止已儲存了3000公噸，該設施的所有者美國電力公司的加里·斯皮茲諾格爾說——但公眾的反對阻止了俄亥俄州一個類似的政府資助專案。
儘管如此，要麼必須開發和部署碳捕獲和儲存技術，要麼必須大幅增加風能、太陽能和核能等低排放電力來源。白宮科技政策辦公室顧問約翰·霍爾德倫在ARPA-E峰會上發表講話時指出，“80% [人類溫室氣體排放]來自煤炭、石油和天然氣，它們提供了世界80%的能源供應。”“這告訴你們能源系統需要進行多大的改造。”