李忠東

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化腐朽為神奇

二氧化碳是一種常見(jiàn)的溫室氣體，和眾多氣體一起構(gòu)成了人們賴(lài)以生存的大氣層。它在強(qiáng)烈吸收地面長(zhǎng)波輻射后，能向地面釋放出波長(zhǎng)更長(zhǎng)的輻射，形成天然的溫室效應(yīng)，對(duì)地面起到保溫作用。二氧化碳的存在，將地表溫度維持在15℃左右。其濃度一旦低于150ppm（1ppm為百萬(wàn)分之一），植物的光合作用就會(huì)停止，全世界的植物都會(huì)死亡。沒(méi)有了植物，動(dòng)物和人類(lèi)也會(huì)隨之消亡了。自工業(yè)革命以來(lái)，由于人類(lèi)活動(dòng)排放了大量的二氧化碳等溫室氣體，使得大氣中溫室氣體的濃度急劇升高，結(jié)果造成增強(qiáng)的溫室效應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)化以前全球年均大氣二氧化碳濃度為278ppm，2012年增至393.1ppm，到2014年4月，北半球大氣中月均二氧化碳濃度首次超過(guò)400ppm。2019年5月，地球大氣中二氧化碳濃度又創(chuàng)新高，達(dá)到415ppm，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

大氣溫室效應(yīng)的不斷加劇導(dǎo)致全球氣候變暖，產(chǎn)生一系列當(dāng)今科學(xué)不可預(yù)測(cè)的全球性氣候問(wèn)題。國(guó)際氣候變化經(jīng)濟(jì)學(xué)報(bào)告顯示，如果人類(lèi)一直維持如今的生活方式，那么到2100年，全球平均氣溫將有50%的可能會(huì)上升4℃。如果全球氣溫上升4℃，地球南北極的冰川就會(huì)融化，海平面將因此上升，全世界40多個(gè)島嶼國(guó)家和人口最集中的沿海大城市都將面臨淹沒(méi)的危險(xiǎn)。盡管科學(xué)家已作了種種努力，力求減少排入大氣中的二氧化碳的數(shù)量，但迄今仍收效甚微。人類(lèi)活動(dòng)不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，若不將其排入大氣，那么，它的歸宿在哪里？目前，人們普遍采取的措施有兩種。

一是碳封存。即將二氧化碳安全運(yùn)送到封存地，然后將其長(zhǎng)時(shí)間地和大氣隔離?，F(xiàn)有地質(zhì)封存、海洋封存和化學(xué)封存3種重點(diǎn)封存方式。地質(zhì)封存是指把二氧化碳送入海底鹽沼池、油氣層、煤井等不一樣的地質(zhì)體中。為了使二氧化碳維持在接近于液體的超臨界狀態(tài)，通常地質(zhì)封存儲(chǔ)存的深度定為800米以下。海洋封存是指通過(guò)管道或者船舶運(yùn)送二氧化碳，并將其儲(chǔ)存在深海的海水中或者深海海床上，主要有溶解型和湖泊型2種封存方式。前者是將二氧化碳運(yùn)送到深海中，讓它自然分解，然后變成自然界碳循環(huán)的組成部分;后者則是將二氧化碳送入到海平面下3000米的深海里，利用深海的壓力使二氧化碳永沉海底，變成液態(tài)，成為二氧化碳湖?；瘜W(xué)封存是指通過(guò)一系列繁雜的化學(xué)反應(yīng)將二氧化碳轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的碳酸鹽，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久封存二氧化碳的目標(biāo)。

英國(guó)Ecotricity 公司CEO 戴爾·文斯展示用二氧化碳制造的零污染“空氣鉆石”。

二是變廢為寶。就是將二氧化碳中的一些物質(zhì)加以利用。例如，英國(guó)Ecotricity公司CEO戴爾·文斯領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出利用從大氣中捕獲的二氧化碳制造鉆石的技術(shù)，生產(chǎn)出零污染的“空氣鉆石”，現(xiàn)有產(chǎn)量為200克拉/月，2021年將擴(kuò)大到1000克拉/月。此外，英國(guó)牛津大學(xué)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型的鐵劑催化劑，可以直接將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為烴類(lèi)噴氣燃料。在燃燒過(guò)程中，二氧化碳從噴氣燃料中再次釋放，因此具有從整體上實(shí)現(xiàn)碳中性的可能性。

這其中最令人鼓舞的，是科學(xué)家研發(fā)出了把二氧化碳“吃掉”的技術(shù)。

? ? ? 空氣食物不是夢(mèng)

憑空變出食物看似不可能，但事實(shí)證明可以實(shí)現(xiàn)。芬蘭太陽(yáng)能食品公司使用碳捕獲技術(shù)從空氣中提取二氧化碳，然后結(jié)合水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和維生素，同時(shí)使用合作伙伴Fortum公司100%可再生的太陽(yáng)能，生產(chǎn)出全新的蛋白質(zhì)粉Solein。這是一種外觀和味道都像面粉的高蛋白，含有50%～65%的蛋白質(zhì)、5%～10%的脂肪和20%～25%的碳水化合物。Solein可以添加到面包和意大利面等食物中，或者添加到植物性肉類(lèi)或奶制品替代品中，有一天甚至可以作為實(shí)驗(yàn)室里培育肉類(lèi)的材料來(lái)源。該公司宣稱(chēng)其產(chǎn)品“不受農(nóng)業(yè)限制”，這并不是信口開(kāi)河，因?yàn)槭覂?nèi)生產(chǎn)意味著不依賴(lài)于耕地、水或天氣情況。

芬蘭太陽(yáng)能食品公司成立于2017年，由芬蘭國(guó)家研究院的科學(xué)家組建。Solein項(xiàng)目于2018年啟動(dòng)。在公司的試驗(yàn)工廠(chǎng)里，研究人員事先在發(fā)酵罐中用液體培養(yǎng)一種微生物，類(lèi)似于生產(chǎn)酵母和乳酸菌的自然發(fā)酵過(guò)程。然后在其中大量補(bǔ)充氫氣泡、二氧化碳、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和維生素，就能生產(chǎn)Solein，每天的產(chǎn)量大約為1千克。這與啤酒廠(chǎng)釀酒的方法類(lèi)似，不同的地方是不需要加糖。Solein與其他蛋白質(zhì)補(bǔ)充劑一樣，沒(méi)有明顯的味道，幾乎可以添加到任何零食或膳食中。Solein的生產(chǎn)對(duì)氣候的友好程度是肉類(lèi)的100倍、植物性蛋白質(zhì)的10倍，而且使用的水也非常少。其生產(chǎn)成本為5～6美元/千克，與現(xiàn)有的植物或動(dòng)物蛋白產(chǎn)品的價(jià)格相似。該公司的目標(biāo)是2021年將Solein正式推向市場(chǎng)，成為多種食品的原料，出現(xiàn)在數(shù)百萬(wàn)份餐食中。到2023年，計(jì)劃每年生產(chǎn)200萬(wàn)份餐食，創(chuàng)造8億～12億美元的收入。到2050年，該產(chǎn)品希望能成為蛋白質(zhì)市場(chǎng)的一部分，為90億人提供食物。

來(lái)自空氣的蛋白質(zhì)粉Solein

Solein 成為多種食品的原料。

用二氧化碳、陽(yáng)光和微生物生產(chǎn)食物的新方法，并希望借此防止世界糧食供應(yīng)崩潰，這一愿景得到了微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨的支持。為此，芬蘭太陽(yáng)能食品公司CEO帕西·瓦伊尼卡解釋道：“為了拯救地球免遭氣候變化的影響，需要切斷糧食生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)的聯(lián)系。Solein之所以被描述為‘來(lái)自空氣的食物，在于所有的生產(chǎn)過(guò)程都是由可再生能源驅(qū)動(dòng)的，最大限度地減少了產(chǎn)品的碳足跡。”

瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)的微生物學(xué)副教授托馬斯·林德認(rèn)為，來(lái)自微生物的蛋白質(zhì)在為人們提供食物的同時(shí)還能減少碳排放，是一種非常不錯(cuò)的食品加工工藝。使用二氧化碳作為食物中的碳源，意味著可以在任何地方生產(chǎn)食物。從農(nóng)業(yè)中解放出來(lái)的土地可以用來(lái)逐漸恢復(fù)森林，未來(lái)樹(shù)木可以從大氣中吸收更多的二氧化碳。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景無(wú)疑是令人興奮的，Solein讓人發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用可再生能源，或者利用碳減排設(shè)施，使排放到空氣中的二氧化碳總量與從大氣中移除的二氧化碳總量達(dá)到平衡是可行的。但在確定與這些產(chǎn)品相關(guān)的碳排放之前，還需要進(jìn)行更多的相關(guān)研究。有一點(diǎn)必須考慮，生產(chǎn)“來(lái)自空氣的食物”需要準(zhǔn)備大量混凝土和鋼材建造大型發(fā)酵罐，這勢(shì)必導(dǎo)致額外的碳排放。

? ? ?負(fù)碳酒潔凈味純

傳統(tǒng)的伏特加酒獨(dú)具一格，享有盛名。為了減少碳排放，一種負(fù)碳伏特加酒應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的伏特加酒相比，這種負(fù)碳伏特加酒毫不遜色。美國(guó)布魯克林空氣公司（Air Co.）開(kāi)發(fā)出一種新的生產(chǎn)工藝，創(chuàng)建了世界上第一家負(fù)碳伏特加酒廠(chǎng)。正如該公司的名稱(chēng)Air Co.，這款新品牌伏特加酒的原料不是谷物（特別是大麥、小麥和黑麥），而是從空氣中捕捉二氧化碳，用于伏特加酒的制作，其中不含任何糧食成分?；蛘哒f(shuō)，它其實(shí)并不是釀造的，而是直接將空氣中的二氧化碳變成了酒精。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)令人鼓舞，制造這樣一瓶酒所消耗的二氧化碳，相當(dāng)于8棵樹(shù)每天吸收的二氧化碳。傳統(tǒng)的伏特加酒通過(guò)發(fā)酵富含淀粉的谷物（例如小麥或土豆）制成，釀造一瓶伏特加酒產(chǎn)生的二氧化碳達(dá)6千克。而Air Co.的產(chǎn)品實(shí)際上是負(fù)碳性的，每生產(chǎn)一瓶酒反而能減少0.454千克的二氧化碳。

每生產(chǎn)一瓶負(fù)碳伏特加酒能減少0.454千克的二氧化碳。

在美國(guó)宇航局獎(jiǎng)賞百萬(wàn)美元征集二氧化碳轉(zhuǎn)化方案的競(jìng)賽中，Air Co.的碳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)榜上有名。綠色植物利用太陽(yáng)的光能、二氧化碳和水制造有機(jī)物并釋放氧氣，光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)物主要是碳水化合物，并釋放出氧氣。Air Co.的造酒工藝的原理與之相同，但效率更高。

Air Co.使用一臺(tái)小型的太陽(yáng)能機(jī)器將水分解成氫氣和氧氣，將氫氣與從附近工廠(chǎng)收集到的二氧化碳結(jié)合在一起，在專(zhuān)用催化劑反應(yīng)堆里，通過(guò)由金屬鈀、錫組成的Pd-Sn合金催化劑的作用形成純酒精。這個(gè)過(guò)程僅向大氣排放氧氣。然后通過(guò)蒸餾去除水分，只留下96.5度的酒精，再采用秘密工藝將酒精提純并稀釋至40度。整個(gè)過(guò)程均使用太陽(yáng)能，最后得到凈負(fù)碳的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的伏特加酒在發(fā)酵時(shí)，會(huì)產(chǎn)生甲醇和碳酸等雜質(zhì)，很難通過(guò)蒸餾去除。而新的碳轉(zhuǎn)化工藝完全避免了雜質(zhì)的產(chǎn)生，使負(fù)碳伏特加酒更純凈，味道更純正。

建造負(fù)碳伏特加酒廠(chǎng)的最大優(yōu)勢(shì)在于高度模塊化，能夠在僅約46～93平方米的空間里操作運(yùn)行。由于免去了運(yùn)輸原材料的交通需求，因此可在都市地區(qū)建廠(chǎng)，在全國(guó)范圍內(nèi)部署。而傳統(tǒng)伏特加酒的制作離不開(kāi)谷物發(fā)酵，釀酒公司需要數(shù)千英畝的土地來(lái)種植玉米、土豆或小麥。

目前，Air Co.僅有9名員工，負(fù)碳伏特加酒是首款產(chǎn)品，生產(chǎn)模式具有優(yōu)秀的可持續(xù)性。該公司會(huì)繼續(xù)留在當(dāng)?shù)匾原h(huán)保的方式擴(kuò)大業(yè)務(wù)規(guī)模，繼而在美國(guó)其他地區(qū)開(kāi)設(shè)更多的釀酒廠(chǎng)。該公司長(zhǎng)期的發(fā)展目標(biāo)是成為一家消費(fèi)型企業(yè)，使用由二氧化碳制成的純乙醇制造香水和家庭清潔用品，以幫助減少溫室氣體的排放。