我们的世界正面临着前所未有的气候挑战,不仅仅需要减少排放,更需要积极地从大气中移除已经存在的温室气体。在对气候变化威胁日益增长的背景下,“净负排放”——即去除的温室气体量超过产生的量——已不再是一个遥不可及的愿景,而是一个快速发展的研究和技术进步领域。历史排放已经造成了巨大的环境负担,因此,实现气候稳定不仅需要阻止进一步的排放增加,还需要扭转已经造成的损害。

在应对气候变化挑战的征程中,催化领域的突破性进展带来了希望。其中,中国研究人员取得的“电催化策略”尤为引人注目,该策略能够移除比其产生的更多的温室气体。这项创新主要集中在减少二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4),这两种人为产生的温室气体是造成全球变暖的主要原因,两者加起来约占人为原因造成的全球变暖的95%。电化学CO2还原反应(CO2RR),将CO2转化为可用的碳基燃料,是该策略的关键组成部分,并提供了一个潜在的闭环系统。这不仅仅是停留在理论层面。发表在*Science Advances*上的研究表明,已经有明确的路径来实现大气修复。

  • 催化技术的潜力: 中国研究人员开发的“电催化策略”是一个重要的里程碑。该策略通过利用电催化剂将CO2和CH4转化为更有用的物质,从而实现净负排放。这项技术的关键优势在于其能够同时处理两种主要的温室气体,并且在反应过程中不产生新的温室气体。这种策略不仅展现了技术上的可行性,还为构建闭环系统提供了可能性,使得碳循环能够更有效地进行。
  • 应用的多样性: 催化技术的应用范围远不止于CO2的转化。在可持续航空燃料、塑料回收以及生物基塑料合成等领域,催化过程都发挥着重要作用。这些不同的应用突显了催化过程在各个领域脱碳的多功能性。例如,开发可持续航空燃料,可以减少航空业对化石燃料的依赖,从而降低碳排放。塑料回收和生物基塑料的合成有助于减少塑料污染,并推动循环经济的发展。
  • 政策与合作的重要性: 实现净负排放需要的不单是技术创新,还需要一个涵盖政策、经济激励和国际合作的综合方法。关于2050年和2060年净零排放目标的讨论反映了情况的紧迫性,其中负碳技术被认为是实现这些目标的关键。然而,二氧化碳去除(CDR)的有效性取决于谨慎的政策设计。CDR必须与快速减排相结合,以避免延续对化石燃料的依赖。简单地依赖未来的移除技术来抵消当前的排放,会延误必要的行动,并加剧气候危机。碳抵消可能成为“污染许可证”,这凸显了对严格的验证和问责机制的需求。此外,负排放技术(NETs)在实现雄心勃勃的气候目标方面变得“不可避免”,这在氢经济和可持续生物能源部门的讨论中得到了证实。尽管液氢本身带来了挑战,但也在探索液氢作为一种潜在的解决方案,特别是在航空领域,尽管喷气燃料燃烧产生的排放和凝结尾云对环境造成了重大影响。
  • 除了技术和政策方面的考虑外,向净负排放未来的过渡需要我们对气候行动的理解发生根本性转变。重点必须从仅仅减少危害转向积极恢复气候。这包括探索创新方法,如塔斯马尼亚通过减少伐木实现净负碳排放的努力,以及投资于负排放科学的多维催化剂设计。开发氢经济,并转向使用CO2和可再生能源生产的“绿色”氢气,也提供了另一条有前景的途径。然而,“蓝色”氢气(使用碳捕获从天然气中生产)的可行性仍然值得怀疑,因为它可能无法达到必要的性能水平。联合国开发计划署气候变化适应门户网站强调了知识共享和合作在加速转型方面的重要性,而欧洲委员会则强调了解决权力不对称以确保公平和有效气候行动的必要性。即使是看似微小的细节,例如保持足够的通风以管理室内CO2水平,也表明人们越来越意识到温室气体的普遍影响。归根结底,实现碳净零世界,乃至更远的目标,需要一项基于科学创新、负责任的政策和对全球合作的承诺的协同、多方面的努力。