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地理工程学 控制全球气候,降低地球温度

葛优曾在电影里突发奇想:“把喜马拉雅山炸开一个宽50公里的口子”,让“青藏高原变成另一个美丽富饶的鱼米之乡”,这并非夸夸其谈,在地理工程学中,这样的天马行空还有许多。

一种可以改变气候的科技:是现实还是只是想象?

(AFP)

到目前为止,人类的减排并不成功,也没有再签署一个非常具有约束力的环保协定,那么何不把目光重新投向科学技术,以期未来环境会有一个根本的改善?

在外太空设立一面巨大的镜子,把阳光反射出去,让地球冷却;往大洋里派出一艘船,种植海藻,让它们吸收大气中的二氧化碳。这些都仅仅是想象吗?

“绝对不是,”苏黎世联邦理工大学环境物理学教授Nicolas Gruber说:“在太空设立一面镜子的办法是可行的,当然,这很昂贵。让大洋变得肥沃可养殖,现在也有尝试的,只不过效果不显著,”他对瑞士资讯swissinfo.ch说。

禁忌观点

以上这两种方法都属于地球工程学(Geo-Engineering,或Klima-Engineering)的范畴,是指人类要对地球气候产生有意识地影响。与人工降雨或人工防雹不同,这类方法会对整个星球产生长期作用。

“在国际气候谈判过程中,还未涉及到地球工程学。对政界来说,这是一种禁忌,不过很快就要被打破了,”苏黎世气候问题专家咨询办公室Perspectives(英)外部链接的Matthias Honegger断言。

他作为专家在8月底参加了柏林的地球工程学国际会议(英)外部链接,并强调“国家首脑要意识到,如今再想把地球升温控制在2度以内,仅靠在国内贯彻一些政策措施,已经太晚了。可能还要在地球工程学上想办法”。

CO2 将二氧化碳变废为宝

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在所有的温室气体中,二氧化碳被认为是危害最大的,专家甚至将它归咎于气候变迁和全球变暖的罪魁祸首。然而很少有人知道,二氧化碳也可以转化成能源,并且减少有害效应的发生。瑞士的2个研究项目正在朝这一方向努力。

一个私人项目试图将二氧化碳吸收到巨大的吸尘器中。而一个公共项目要尝试将温室气体转化为沼气,借助一种被称作沸石的小矿石的帮助。

Climeworks,苏黎世联邦理工大学的分拆公司,近5年的目标就是开发一项新科技,将大气层中的常量二氧化碳吸收,以生产合成燃料或作其他用途。

通过特殊的纤维素过滤器,空气中的二氧化碳可以被吸收到专业吸尘器中。一旦达到最大容量,过滤器就可以利用垃圾产生的、或是其他新能源加热,从而分离出非常纯的二氧化碳。

“我们计划在交通领域,例如航空业中进行‘除碳化’,因为该行业向全球排放不高于10%的二氧化碳,”该公司的创始人之一Christoph Gebald说。

被奥迪看中

联合国气候变迁专家组IPCC称,航空业占二氧化碳人为排放的3.5%,交通业整体占到了13%。

到目前为止,Climeworks试制的直接空气采集机,每年可以自200万立方米的空气中提纯1吨的二氧化碳,显示出这一方法的前景意义。

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挑战

该科研成果吸引了奥迪的注意。这一德国汽车制造商认为该技术颇有潜力,非常适合他们大力发展合成燃料汽车的策略。

“这需要稳定的二氧化碳供给,”Gebald说:“无论是从生物体中来的, 还是从大气中”。

首先,无论是燃烧或者分解生物质,都难以产生足够的二氧化碳以满足单一汽车生产商的需求,年轻的企业家说。

因此,要成立一个试验基地,希望可以提纯更多的二氧化碳,帮助奥迪德国完成它的E-Gas合成燃料产品项目。

这项科技也可以用作其他用途。该公司属于入围“维京地球挑战奖”的11家机构之一,该奖项的奖金达2500万美金,用于奖励“环保可持续、经济可发展、在大气中减少温室气体排放”的项目。

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简单,但仅限于实验室中

要想生产合成燃料,萃取和提纯CO2只是步骤之一。

理论上讲,提取甲烷并将之输送到天然气网络中,并不困难:通过二氧化碳和氢的混合,以及外来能量的催化,在理想情况下就会产生可更新物质,一旦激发了这类反应,就会产生沼气及副产品-水。这一化学过程被称作萨巴蒂埃反应,20世纪初由萨巴蒂埃发现。

但最大的挑战在于,如何让这一过程变得更经济,并且将水分子和甲烷分离。使用催化剂虽好,但也同时带来可生成有毒一氧化碳的风险,而且往往产量不高。

在苏黎世附近的联邦材料检测研究所(EMPA)中,专家们正在尝试在低温下激发萨巴蒂埃反应,并且使用微孔矿石-沸石作为吸附剂。

“化学镀镍的沸石将会吸收反应过程中产生的水,这样就不会生成一氧化碳,而最后会产生沼气”

不过实验结果至今仍不完美。“目前还在实验阶段,沸石所能吸收的水量还有限,”研究者称。

到目前为止,还只是实验室内的化学反应。要想进入实质性制造程序,还差得很远。制造沸石如果只是少量的用于科研,是容易的,但大规模工业化生产,至今还没有找到较为实惠的方法。

更大的挑战

Borgschulte说,目前技术上也面临诸多挑战,如反应器的扩建、大量气体和能源的管理,以及资金问题等。为了让碳元素保持中性,整个过程中CO2最好以生物质的形态存在,而不是化石燃料。

“煤气的价格非常便宜,所以要和它竞争很难,”Borgschulte说:“合成气的价格是它的5倍”。

对Climeworks来说,价格也是个问题。将CO2从空气中过滤,每吨最多需要600瑞郎,苏黎世联邦理工学院的研究显示。

该公司希望,今后可将费用降低到每吨100瑞郎,这样才有竞争力。他们将宝押在了“低温”操作上,也就是在提纯二氧化碳的过程中,使用温度为“低于100摄氏度”,而不是通常使用的高于300度。

不过即使该技术日臻完善,而且在全球可以得到应用,也无补于当今的全球变暖问题。“这不是万能药,也不应该被当作是万能药,而是一项技术,一项就中长期考虑,会变得越来越重要的技术,”Gebald说。

罪魁祸首CO2

二氧化碳在气候变迁和地球变暖过程中起到了至关重要的作用。在理想状态下,CO2是碳循环过程中的一部分,从长远来看是一个中和的过程。但人类活动影响了这一过程,人们开发使用了地下的化石燃料,而且砍伐了森林。科学家已经证明,过高的二氧化碳浓度是引起地球表面变暖的原因。


二氧化碳并不是唯一的温室气体。甲烷、一氧化二氮和其他微粒物质也会进入到大气中。但和CO2相比,它们的排放量不是很大。但它们所起到的作用,还需要长期观察。

科学家们估计,总排放量的20%仍将在未来1000年间存留在大气中。

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如今,大气中的二氧化碳浓度在不断增加,世界气象组织最新的温室气体报告(英)外部链接 甚至指出,其值已经再破纪录。可面对这种局面,世界各国并未采取有效措施。

“全世界在对抗全球气候变暖方面所取得的进展非常缓慢,”位于奥斯陆的国际气候及环境研究中心这样断言:“现在,至少对挪威研究者来说,他们并没有看到具有约束力的国际环境协约有望出台,全世界在这方面的情况甚至退到了15年前,还不如当初签订京都议定书的时候”。

在9月23日于纽约举办的气候变化首脑会议外部链接上,瑞士能源部长多丽丝·洛伊特哈尔德(Doris Leuthard)也强调:“全球为对抗环境问题所采取的措施,太少了”。

阻挡太阳光

地球工程学对气候的干预大概分两类:一类是在大气中减少二氧化碳含量(CDR),还有就是减少太阳对地球的阳光照射(SRM)。

第一种方法是要人工制造一种环境系统,其目的是增加地球上的生物质(如植物和土壤),以及海洋对二氧化碳的吸收。可以在海洋中撒一些硫酸铁,促进例如海藻的生长,然后通过光合作用对二氧化碳产生影响。还有一些更富有创新精神的解决办法,例如使用“吸尘器”,也就是将空气中的二氧化碳过滤出来,瑞士已就此进行了多项研究。

第二种被称作SRM的技术是指,在太空设立相应的装置,以增加地球表面、云层或大气层的反射能力。“如果沥青的颜色是浅色的,而不是深色,那么可能会降低一座城市的温度,当热浪来临时,就会避免上百人的死亡。但这样的效果是否可以大规模的复制,目前还是一个问题,”Matthias Honegger说。

而通过飞机、宇宙飞船或空气静力气球对同温层中气溶胶粒子的效应进行研究,则是SRM技术中最有前途的一部分。“这样我们就可以分析出火山爆发造成的影响,”苏黎世联邦理工学院大气及气候研究所教授Reto Knutti说。

气溶胶,例如含硫微尘被放送到大气中,可起到类似于伞的作用,将部分阳光反射出去。

(Hughhunt)

“很多人都知道,火山爆发,例如皮纳图博火山爆发后,气温会降低”。1991年这座菲律宾火山喷出的灰尘令地球的温度在2年内降低了半度。

如今地球工程学的研究项目大多集中在小范围内的实验测试中,“也会提出一些重要问题,”Reto Knutti说:“例如哪些是附带影响?哪些又会牵扯进政治或民族问题”。

许多不确定因素

改变气候和天气-诸多案例

1877年:一位美国研究者建议,改变日本暖流(Kuroshio)的方向,将其引导通过白令海峡。目的:将北极地区的气温提升15度。

1929年:一位德国物理学家提出在空间站加设一面巨大的镜子,将照到地表的阳光集中反射到北极,令那里成为一片可居住的土地。

1946年:联合国教科文组织(Unesco)秘书长认为,在极地地区引爆原子弹可以提升北冰洋的温度,令地球北部的气候变得更温和。

1967-1972年:越战时期,美国军队在云层中喷射碘化银,以延长季风季节的时间。

1989年:一位美国气候学家相信,如果在地球运行轨道上安装一把“伞”,那么2%的阳光会被反射回去。

2006年:一位荷兰化学家建议,将硫颗粒撒在平流层,这样可以吸收一部分太阳射线,以降低地球温度。

2010年:日内瓦大学学者研究出制造人工雨的方法,可以通过激光令水珠在大气中凝结。

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当然,人为改变大气环境总会带来很多始料不及的变动,特别是对水循环和降雨会带来很大影响,Reto Knutti说。他在苏高工的同事Ulrike Lohmann解释到:“气溶胶粒子在大气中会使得地球表面的日照减少,因此会影响地球上的气候平衡。这可能会带来全球范围内的降雨减少,就像皮纳图博火山爆发后那样”。

地球工程学将彻底改变我们人类和自然的关系,也会加深各国间的误解,《Fixing the Sky》(凝固天空)一书的作者、科学技术历史学家James Fleming这样认为,该书记载了人类数次妄想控制天气的企图。“斯堪的纳维亚人可能突然会说,是英国人,他们把我们的天气搞坏了,反之亦然。今后类似的争论埋怨肯定不少,”他在接受绿色和平的采访(德)外部链接时谈到。

还有,如果出于政治、经济或技术原因,一项地球工程学的项目在20或30年后,突然停止了,又会带来什么后果?“我们可能要面对在一年内地球突然增温1-2°C,”Reto Knutti回答说,这比现在突然有自然灾害发生导致的增温快多了。

而且,执着于地球工程学对气候的人工改造,可能会混淆人们的视线,让人们将目光从“减少有害物质排放”这一根本问题上转开,舍本逐末。这也会威胁到国际谈判,损害环境组织的信誉。地球工程学没有涉及到问题的本质,而只是试图改变现象,环保组织强调说。

深入讨论

大部分科学家对地球工程学持怀疑,至少也是谨慎的态度。德国波茨坦可持续发展研究所所长Mark Lawrence在柏林的会议上提醒说:“没有任何一项地球工程学的项目可以迅速地、毫无障碍地进行”,必须就地球工程学的潜力、极限和效果进行深入讨论,Matthias Honegger强调。在讨论过程中,也要考虑到公众的意见。


(转译:宋婷), 瑞士资讯swissinfo.ch

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