现在可能是认真对待甲烷去除的时候了
如果你听说过被称为沸石的粘土状矿物，你很可能会和猫同住一个家。你可能也知道它是粉末状的，它能很好地吸出液体和气味，是掩盖猫科动物轻微侮辱的理想选择。麻省理工学院（MIT）土木工程教授迪塞·普拉塔（Desirée Plata）将沸石用于另一种分子净化：将其与金属催化剂结合在一起。在普拉塔的例子中，铜会增加一些热量，它会捕获并破坏甲烷，甲烷是最强大的温室气体之一。
甲烷是一种不切实际的增温剂。二氧化碳在大气中存在数千年，与之不同，自然力在大约十年内将其清除，主要是当它与空气中的其他分子发生反应时。但在短暂的一段时间里，甲烷在高空混合，其冲击力远远超过其重量，在20年内产生的变暖效应是二氧化碳的80倍。据估计，到目前为止，它造成了三分之一的人为变暖，尽管受到的关注要少得多。众所周知，很难追踪气体的来源。一些甲烷被困在地下，然后被天然裂缝或人们钻入地下寻找石油或甲烷本身释放，这是一个更为无痛的名字“天然气”但它也可以由微生物在生物量丰富、氧气极少的地方重新创造：稻田、垃圾填埋场、湿地或奶牛消化道内。
在过去几年里，大气中甲烷的浓度一直在飙升，这让气候科学家感到困惑和担忧。根据国家海洋和大气管理局的数据，2021的测量值将显示出科学家们开始测量天然气以来的最大增幅。（这些数据需要几个月才能跟上。）这是暂时的还是由某些排放源造成的持续上升？或者大气中的混合气体发生了其他变化，甲烷比以前更不容易被破坏？斯坦福大学研究甲烷的气候科学家罗伯·杰克逊说，“我不知道”是一个诚实的答案。“浓度的增加是可怕的。如果这种情况继续下去，这将是一个可怕的消息。”
杰克逊补充说，很明显，世界的首要任务是减少甲烷排放。有时，这就像在泄漏的管道阀门上拧一个螺丝，或者堵住一口不起作用的气井一样简单。但这种精准的策略也有局限性。有了二氧化碳，瞄准所谓的“超级发射器”就如同在地平线上搜寻燃煤发电厂的烟囱一样简单。但类似的甲烷排放源往往更为零星——这里的管道泄漏，那里的垃圾填埋场羽流——环境监管机构在有限的监督下进行的一场打地游戏。问责也很棘手：特定牛群的甲烷排放量无法像装满汽车的高速公路排放的二氧化碳那样一致。
据估计，天然气排放量约占甲烷排放量的40%，这一点更为棘手，而且随着世界变暖，天然气排放量可能会加快，部分原因是燃烧了生活在永久冻土或海冰下的释放气体的微生物。杰克逊说：“自然排放的问题是，我们对它们无能为力。”。“很难估计切萨皮克湾的排放量，或者更可怕的是，测量如果北极开始融化会发生什么。这让魔鬼从瓶子里出来，而且不可能把它放回去。”
杰克逊和其他科学家认为，也许是'；除了减少新的排放外，现在是考虑从大气中去除甲烷的时候了。考虑到二氧化碳是导致气候变暖的主要原因，人类将生活在今天，这一想法对于二氧化碳来说要先进得多，也许是有充分理由的；数千年来，中国一直在排放二氧化碳。但对于甲烷，支持者认为，迅速采取行动是有道理的——由于其寿命较短，有机会在几十年内恢复到工业化前的水平。杰克逊和其他科学家认为，甲烷的加热效应长期被低估，因为当前的气候政策强调的长期温度目标远远超出了甲烷分子的寿命。当你考虑到现在防止变暖的好处时，降低甲烷水平的价值就会飙升。
但这个想法提出了一个悖论：可能有太多的甲烷来自世界各地，单靠减排就无法做到这一点，杰克逊说。然而，空气中可能没有足够的空气来将其取出。
从化学意义上讲，销毁甲烷是一项相对容易的任务。大自然总是这样做。甲烷是一个四面被氢包围的单碳原子，这些键通过一种称为氧化的过程被分解。氧化过程包括氧原子加上一些能源和化学催化剂的刺激。
甲烷行动的科学顾问雷纳德·德·里克特解释说，有很多方法可以使这种化学反应发生。甲烷行动是一个倡导从环境中去除气体的非营利组织。大多数甲烷与大气中的氯原子或羟基自由基反应时会自然氧化。因此，一个想法是喷洒铁盐，也许在货船的帮助下，这将诱使更多的氯原子从咸水海洋空气中逸出。哥本哈根大学的研究人员正在实验室气体室里测试这个想法。德里克特支持的另一个概念是，使用热塔被动吸入空气，并通过光催化分解甲烷——这一过程涉及阳光和金属催化剂。但这两种想法都尚未在现实世界中得到验证。
与这些方法相比，Plata基于沸石的去除是一门古老的科学。这个想法源于生产甲醇的行业。甲醇是一种液体化学物质，除其他外用作防冻剂，可以转化为乙醇等多种燃料。微生物自然会这样做。它们坐在海底，从下面的地面获取少量甲烷，从上面的空气中获取少量氧气，然后产生甲醇。工业玩家试图用粉末状沸石作为一种“分子筛”来复制这一点，这种“分子筛”将甲烷捕获在其孔隙中，然后用热、氧和金属催化剂氧化分子。
对于甲醇生产商来说，这种设置的问题是反应难以精确控制。这种混合物容易过度氧化，将珍贵的甲醇转化为二氧化碳和水蒸气。普拉塔说：“工程师们一直在思考如何防止这种情况发生。”。他们的解决方案是尝试一些时髦的修改，比如用甲烷和氧气交替注入反应，尽管这会使整个过程效率低下。
但普拉塔的目标不是生产任何甲醇；这只是为了去除甲烷。因此，她的解决方案是：不要让二氧化碳流汗。普拉塔说：“当我这么说的时候，人们都吓坏了。”。是的，建议把一种温室气体变成另一种有点奇怪。但是，她说，由于二氧化碳的增温效应大大降低，与甲烷相比，它对气候的相对影响“微不足道”。在实验室里，普拉塔将铜和沸石的混合物烘干，并将其放入一个含有各种大气气体混合物的试管中，其中包括不同浓度的甲烷。普拉塔说：“这是可行的。我可以这么说。我们可以转化低浓度的甲烷。”。“问题是你能以多快的速度让它发挥作用。”
上个月，普拉塔的团队从美国能源部获得了200万美元的拨款，旨在迅速将这项技术移出实验室。下一步是将他们的粉末催化剂转化为更容易推动空气通过的沸石基过滤器——她将这一过程比作汽车后部的催化转化器。普拉塔希望在甲烷集中的地方安装过滤器，但没有足够的甲烷燃烧——这一过程被称为燃烧，通常用于清除天然气和油井泄漏的甲烷。燃烧和其他热技术可以摧毁浓度低至百万分之2000的甲烷。她设想这种基于沸石的过滤可以用于浓度较低的环境，比如矿井或室内奶牛场。
杰克逊参与了一个研究类似技术的团队，他说他喜欢沸石策略，因为它发生在“盒子里”与从货船向露天喷洒化学物质不同，更容易计算甲烷被破坏的程度，以及空气中是否存在连锁反应——更多的反应会产生你可能不想要的副产品。但他承认“沸石不是魔法。”关键问题之一是生产一种能让尽可能多的空气流过的材料，并降低反应温度，以节约能源。（尽管与其他方法相比有所改进，但普拉塔的实验室工艺在温和的300摄氏度下效果最好。）
但杰克逊认为，这个概念正在接近可行性，因为他将其描述为部署到没有良好技术来销毁或减少大量甲烷排放的地方的最佳地点。杰克逊说，随着时间的推移，我们的想法是将可以过滤的甲烷浓度降低到大气中气体背景水平的百万分之二左右。
亚利桑那州立大学的地球物理学家、二氧化碳捕获技术的先驱克劳斯·拉克纳说，实现这一目标将非常困难。拉克纳说，从大气中去除任何一种气体的挑战都是相似的，但在他看来，要想大规模生产甲烷，要困难得多。他说，相比之下，大气中甲烷的浓度相对较低，二氧化碳浓度为百万分之412，几乎不可能通过足够多的过滤器将足够多的空气收集起来。更重要的是，即使你可以，“你必须拿出很多来改变现状”，因为自然过程可能会在全球范围内取代人工移除的甲烷。海洋会多释放一点，微生物会少咀嚼一点。“你必须像大自然一样伟大，”他说。
与大自然一样大的障碍是潜在的成本。这将需要大量的被动机器来处理足够的大气，以降低总体浓度，或者需要消耗大量能量的风扇，即使是二氧化碳捕获也“几乎负担不起”。（据估计，到本世纪末，人类将需要建造约10000个直接空气捕捉设施，以实际降低二氧化碳水平。）但是，他补充说，继续研究各种策略是有用的。“说到底，你可以说我们有一份保险单，”拉克纳说，尤其是在甲烷排放开始真正失控的情况下，比如北极变暖导致天然气失控释放的情况下。
杰克逊承认这些挑战，减少甲烷排放和二氧化碳排放是首要任务。这意味着对排放者有更严格的规定，并更好地监控气体泄漏的位置。他说，目前，“尚不清楚谁会为甲烷去除买单”，即使这项技术将用于高排放的企业，比如奶牛场或煤矿。
但他补充说，这可能会改变。甲烷去除的想法越来越受到关注，包括在政府间气候变化专门委员会2021份报告中对各种技术的分析。他还指出，最近100多个国家签署了全球甲烷承诺，这是一项由美国和欧盟牵头的努力，旨在到2030年将排放量从2020年的水平减少30%。这可能会鼓励各国考虑更严格的甲烷生产设施的规定，或许会对甲烷排放的碳当量给予更高的价值，转化为排放的动机或排放税。杰克逊说，关键是我们现在应该尽一切努力阻止气候变暖：“甲烷是我们实现这一目标的最强杠杆。”
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