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地球工程(4)「塑膠森林」抓得住碳?

在未來,「塑膠森林」可能真的實現!你知道物理學家成功發展人造樹的原型了嗎?一棵人造樹吸收的二氧化碳效率居然高達一顆真實數目的一千倍,不過塑膠森林仍存在很多難題無法被大量實現,到底是受限於什麼難題呢?
 
 

在大自然中植物行光合作用,吸收二氧化碳來製造養分而後排放氧氣的過程,可以說是我們淨化空氣的最佳的方法。(圖/jplenio,pixabay )
▲在大自然中植物行光合作用,吸收二氧化碳來製造養分而後排放氧氣的過程,可以說是我們淨化空氣的最佳的方法。(圖/jplenio,pixabay )

 

人類正在面臨全球暖化、氣候變遷的威脅,無數的科學家都希望能夠找到降低大氣中二氧化碳濃度的有效方法。大氣中的二氧化碳濃度自西元1800年至1900年,由280ppm增加到300ppm,但在接下來的百餘年中激增至390ppm,如此劇烈的大氣成份濃度變化很可能在不遠的未來中對人類的生存帶來無法估計的打擊。對於捕獲大氣中的二氧化碳,科學家提出了物理、化學及生物三種手段。

 

所謂的物理方法便是將空氣液化,分餾出二氧化碳,期過程需要耗費大量的功能,在現在普遍以火力發電為主的能源結構中,物理方法的大量耗能甚至會造成得不償失的結果。另外,生物方法則是利用大自然中的生產者行光合作用,吸收二氧化碳產生養分的過程,將大氣中的二氧化碳化碳轉化成植物體中的固態有機體,達到減少二氧化碳濃度的目的。但植物對二氧化碳的吸收效率並不顯著,很難在短時間、小規模的情況下緩解全球暖化的趨勢。若希望能夠快速、大量的捕獲二氧化碳,化學方法或許更為可行。

 

在大自然中植物行光合作用,吸收二氧化碳來製造養分而後排放氧氣的過程,可以說是我們淨化空氣的最佳的方法。因此若想完全依賴植物大軍來緩解溫室氣體的濃度,必須進行大規模造林,這勢必會影響到許多人的居住與生活。而且植物所能吸收的二氧化碳量有限,過程緩慢,雖然利用植物吸收二氧化碳十分環保,但無法緩解溫室效應的燃眉之急。雖說如此,科學家借鑑樹木吸收二氧化碳的能力,希望透過化學方法打造出能夠快速吸收大量二氧化碳的人造樹,取代真實樹木,為人類捕獲大氣層中的二氧化碳。

 

2008年,哥倫比亞大學物理學家Klaus Lackner的研究團隊已經成功發展出人造樹的原型裝置,一個電視機大小的裝置,每年可以吸收逾20噸的二氧化碳,大約是台灣人均二氧化碳排放量的兩倍。一棵人造樹吸收的二氧化碳的效率約是一棵真實樹木的一千倍,且移除每噸二氧化碳的成本約為100美金。人造樹的二氧化碳捕獲原理是利用與樹木葉片相當的塑膠離子交換薄膜,與空氣中的二氧化碳產生離子交換,借此將二氧化碳轉變成碳酸根離子。塑膠離子交換膜的技術其實已經被廣泛利用在潛水艇的空氣淨化系統,是一項相當成熟的技術。

 

2011年,ShiftBoston公司希望設計出一種人工程式樹木,設置在土壤過淺所以不方便種植樹木的城市角落,提供遮蔭,且能夠配合人造樹的碳捕獲技術,從城市的空氣中吸收二氧化碳,淨化城市空氣品質且達到減碳的目標。雖然人工樹的設計圖已經出爐,但ShiftBoston公司卻無法負擔該技術的開發。根據負碳排研究中心估計,設置一平方公里的人工樹每年可以捕獲約400萬噸的碳。換言之,若將人工樹種滿澄清湖面,一年便可捕獲約1500頓碳。ShiftBoston估計在技術開發初期,設置一棵人工樹的成本高達35萬美元。礙於高成本,人工樹的理念一直無法被實現。該技術除了受制於成本,如何處理被捕獲的二氧化碳也是一大難題。

 

地球工程的技術在減少二氧化碳濃的的同時,往往存在著其他無法逃避的成本。任何科學技術在被廣泛利用之前,都應該被仔細的驗證,倘若在大規模應用之後,對自然環境產生了其他不可抹滅的傷害,屆時,我們或許又要面臨更可怕的生存危機。就如同人工樹的技術,若盲目的生產人造樹,妄圖解決溫室效應,很可能只是製造出更多遺害地球的塑膠垃圾而已。

 

審校:沈建豪

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