#碳中和##双碳目标##低碳##碳达峰#
【碳中和:凭“空”制出液态燃料】

“云里铜乌风作籁,天边金掌露成霜。”这句宋诗是对金铜仙人承露盘的生动描述,表明在古代人们就懂得从空气中“捕获”所需成分——水了。

两千多年后的今天,人们依然致力于研究如何有效利用空气。只不过如今的研究大大增加了科技含量,其中的趋势之一是注重空气中碳的转化与利用。例如,微藻生物固碳技术,利用空气中的二氧化碳生产燃料、化学品和食物等;二氧化碳甲烷化技术,通过金属催化,将二氧化碳转化为天然气,实现二氧化碳资源化利用。

今天,让我们关注——

瞄向空气中碳的转化利用

有人可能会问:为什么要重视空气中碳的转化和利用呢?这主要从两点考虑——

首先是从物质上看。作为碳基生命,生物都需要碳,所以很自然地想要把空气里的碳转化为食物。

其次是从能量上看。供能所需的有机物都含有碳,而它们释放能量后会变成二氧化碳散发到空气中。如果把这些二氧化碳再转化为储能物质,就可实现碳中和,即碳的收支相抵,减轻温室效应。

去年,中国科学家在实验室中首次实现从空气中的二氧化碳到淀粉分子的全合成,为应对粮食危机和气候变化提供了一条很有前景的策略。这是受光合作用启发,人类智慧对自然智慧的一种模仿。

无独有偶,近日瑞士苏黎世联邦理工学院的科研团队设计了一套利用阳光和空气直接生产液态烃或甲醇燃料的装置,为吸收和利用二氧化碳提供了又一条光明之路。

据顶级学术期刊《自然》杂志报道,这种装置在日常条件下运行,能在一天7小时的工作时间内生产32毫升甲醇。

众所周知,自然界有一条重要定律,那就是质量守恒。物质在化学反应过程中,原子种类不变,数目不增不减,只是发生重新结合,从一种连接方式转化为另一种连接方式。就像一个班级调换座位后重新划分小组一样,又进行重组,但班里的人没有变。

如果我们想要得到甲醇或其他液态烃类燃料,那么制备它们的原料也应含有同样元素,即碳、氢、氧。空气属于混合物,里面含有氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳以及其他物质。其中二氧化碳约占0.04%,水蒸气和其他杂质约占0.002%。

这就为以空气为原料生产液体燃料提供了可能:经由空气捕获装置收集和纯化,可得到较为纯净的二氧化碳(纯度98%)和水(污染物低于千万分之二)。

接下来的任务,就是把二氧化碳和水转化为燃料。

鉴于直接转化比较困难,一种权宜之计就是先把它们制备成合成气,即氢气和一氧化碳。这是制备许多化工原料的原料气。这套实验装置采用的方法是利用太阳能,驱动二氧化碳和水蒸气与三氧化二铈发生氧化还原反应,二氧化碳和水分别被还原为一氧化碳和氢气,而三氧化二铈被氧化为二氧化铈。氧化产物二氧化铈还可通过吸热,还原为氧气和三氧化二铈,便于再次循环利用。

市面上,三氧化二铈价格大约为1万元/吨,称不上昂贵,且可循环利用。合成气一氧化碳和氢气进入反应设备后,生成目的产物液态烃或甲醇,也就是空气燃料。

说到这里,大家或许会想到,二氧化碳合成淀粉的路线里,也有合成甲醇这一步,但那里用的是氢气还原,而这里用的是三氧化二铈还原。

“质”“量”兼优的能源利用方式

这条以空气为原料制备液态燃料的路线,理论上可行,实际上是否行得通呢?

首先让我们看一下产量。研究人员发现,该装置在正常工作条件下一天运行7小时,通过连续17次氧化还原循环,共获得96.2升的合成气。这些合成气,可在装置中进一步加工成甲醇。

装置测得的合成气单程摩尔转化率为27%,产生的甲醇纯度为65%。

剩余未转化的合成气经过6次循环转化后,最终总摩尔转化率为85%。一天运行7小时后,就得到了上述所提到的纯甲醇32毫升。这个产量的燃烧热和一盏功率为9瓦的日光灯照明15小时消耗的电量相当。

当然,这种设备并非只生产甲醇,通过选择具体的合成工艺,也可定制其他烃类燃料。

研究者认为,如果该项成果投入商业应用,将会创造巨大收益。例如,商业规模的太阳能燃料工厂可使用10个定日镜场,假设每个定日镜场收集100兆瓦的太阳辐射热能,系统总体效率为10%,那么每天就可生产95000升煤油,足够为一架载有325名乘客的空中客车提供从伦敦到纽约往返一趟的燃料。

这样看来,产量算是可观,那么这些燃料的质量如何呢?

我们和常规的航空燃料对比一下:目前生产航空煤油的常规方式是重油加氢裂化,产物中会不可避免地带有含硫化合物、含氮化合物、稠环芳烃、重金属等空气污染物。而通过该太阳能氧化还原装置生产出来的喷气燃料,通过燃烧测试表明,有害物质排放显著减少。相比之下,优势明显。另外,石油属于不可再生能源,而空气可源源不断地获取,从长远来看也更有前景。

在这个太阳能氧化还原装置里,二氧化碳和水在太阳能作用下会转化为液体燃料,而当液体燃料投入使用后又会生成二氧化碳和水。从物质角度考虑,碳排放和消耗相等,所以研究者称其为“碳中和的里程碑”。

从能量角度考虑,在燃料制备过程中,能量大多来自太阳能,而后续燃料燃烧又可根据需要转化为其他形式的能量。因此,这相当于间接利用了清洁能源。

面向未来发掘“清风”潜力

谈到这里,有人可能会质疑:为什么不直接制备氢气做燃料?这样就不再产生二氧化碳了呀!

其主要原因有两个:一是氢气作燃料,虽可减排,但不能吸收大气中已有的二氧化碳;二是限于目前的储氢技术,氢能在交通、家居等场景的普及还不现实。

其实,这项成果对未来最大的意义,并不是提供一个终极的能源生产方式,而是提供一个比较有性价比的固碳乃至碳中和手段,同时有望缓解碳氢燃料短缺且不可再生的危机。

此外,研究者算了一笔账:基于当前太阳能燃料系统的工作性能,空气捕获装置捕获量每年达到10万吨二氧化碳时,大约需要4500平方米的占地面积。假设系统总体效率为10%,那么这样一个太阳能燃料工厂每年将生产约3400万升燃料。相比之下,2019年全球航空煤油消耗量为4140亿升,若要完全满足全球需求,所有太阳能发电厂的总占地面积约为45000平方公里,相当于撒哈拉沙漠面积的0.5%。在人迹罕至的荒漠里,除了“大漠孤烟直,长河落日圆”的胜景之外,还可平添几分科技氛围。

这样看来,太阳能燃料系统原料易得、环境友好、占地面积并不大,似乎很容易推广。而实际上面临着诸多挑战:太阳能热化学燃料的初始投资成本很高,每升常规喷气燃料的成本通常不超过1美元,每升太阳能喷气燃料的成本却到了10美元。所以,其在短期内并不占优。

鉴于此,研究者拿出方案:呼吁政策支持,为第一代商用太阳能燃料发电工厂创造一个短期市场;实现自我提升,通过规模效应和流程优化,降低关键部件的生产成本,从而提升市场竞争力。

从质量守恒的角度来看,碳虽不会消失,但可转化为一种有益的存在形式,不管是淀粉还是燃料。这些转化途径都不是终极方式,也不是非此即彼。碳中和不会就此止步,未来会出现更多脱碳途径,各自发挥不同作用、适用不同条件。

“惟江上之清风,与山间之明月,耳得之而为声,目遇之而成色,取之无禁,用之不竭。是造物者之无尽藏也”。说出此话的北宋文学家苏轼尽管很有洞察力,但他或许想不到清风不仅能为“无米炊”,还能化作“万金油”。的确,到目前为止,我们还不知道二氧化碳究竟蕴藏着多大的转化潜力、存在多少种可能的用途。这一切,均取决于人类的想象力,这正是创新和改变的源泉。

“那些短暂的相遇,短暂的美好
会不会在心里埋下长久的种子

我越来越相信,用爱来连接着的人
一定会重逢

在某个时间、某个地点、
某个现在我无法想象的形式

又或许在彼此的脑海和广袤的银河星海里
我们早已经无数次电波冲撞
无数次...喜悦相逢”

余华说:死亡不是失去了生命,而是走出了时间
博尔赫斯说:死亡,就像水消失在水里
许嵩说:生死亦是闲事,因为其必然性

希望终将奔赴那老地方的人们
天涯里自会相逢

经验连续不断地发生着,这是因为活的生灵与周围环境之间的相互作用被包含在这个生命的进程里。在抵抗和冲突的条件下,这种相互作用所牵涉的自我和世界的各个方面和各个元素,使经验获得了情感和观念的性质,以至于有意识的意图得以显现。然而,所获得的经验时常是尚未完成的。
事物被经验到,但却不是以这样一种方式被经验到的,即它们构成了一则经验。存在着分心和散漫;我们的所观与所思,我们的所求与所得,彼此争执着。我们将手放上犁又将手收回来;我们开始,然后就停止,这不是因为经验已经达到了它由以发动的终点,而是因为有着外来的干扰或内在的懒散。
与这样的经验形成对照的是:当被经验的材料经过其历程而达到完满时,我们便具有了一则经验。只有然后再然后,这一则经验才在一般的经验之流中得以整合,并与其他的经验相区分。
一件作品以令人满意的方式完成了;一个问题获得了它的解答;一场游戏从头玩到了结束;一个情境,无论是吃饭、下棋、谈话、写书,或者参与政治运动,都会丰满起来,它的终结便是一种完满完成而非戛然而止。这样一种经验是一个整体,并且随身携带着它自己个性化的性质和自我满足。
它就是一则经验。
由于连续融合的缘故,当我们具有一则经验时,就没有任何空洞、机械的连接以及死点。有暂停和休息的地方,但它们乃是要强调和界定运动的性质。它们对已经经受的东西进行总结,防止它消散和白白蒸发。连续的加速令人难以喘息,也妨碍其中的部分获得独特性。在一件艺术作品中,不同的行为、情节和事件融化并合成为一体;但是,在这么做时,它们并没有消失,也没有失去自己的特性——就像在一次亲切的交谈中,存在着连续的交换和融合;但是,每个谈话者不仅保持着他自己的特性,而且较之惯常来说,更为清楚地表明了这种特性。
一则经验具有一种统一,这种统一给予其名称,那顿饭,那场暴风雨,那次友谊的破裂。这种统一的存在乃是由一种单一性质所组成的,该单一性质遍及整个经验,尽管其组成部分是变化的。这种统一既不是情感的、实践的,也不是理智的,因为这些术语所命名的区别乃是反思可以在其中所作出的。
在关于一则经验的论述中,我们必须使用这些解释性的形容词。当我们在一则经验发生之后再于心中重温它时,我们也许会发现,某一种属性而非另一种乃是充分占优势的,以至于它将经验刻画为一个整体。
我们来谈论达致或得出结论的思想经验。该过程的理论公式常常由这样一些术语组成,以便有效地掩盖“结论”与每个发展着的整体经验的圆满阶段之间的相似性。显而易见,这些公式所采用的提示来自那些孤立的前提命题以及当它们出现在打印纸上时的结论命题。印象来自首先存在着两种独立而现成的实存物,然后被巧妙地处理以便引起第三种实存物。事实上,在思想经验中,只有当结论变得明显时,前提才浮现出来。
经验,如观察暴风雨达到其高潮后渐渐平息的经验,乃是诸素材的一个连续运动。就像暴风雨中的大海,那里有一连串的波浪;建议跃出并在冲突中被破坏,或者被合作的浪头推动向前。如果达致一个结论,它也仅是一种预期和累积运动的结论、最终达到完满的结论。“结论”不是分离和独立的事物;它是一个运动的圆满完成。
因此,一则思想经验具有它自己的审美性质。它只是就其材料而言,不同于那些被公认为是审美的经验。优美艺术的材料由各种性质所组成;具有理智结论的经验的材料乃是一些记号或符号,这些记号或符号没有它们自己的内在性质,但却代表别的经验中可能在性质上被经验到的事物。
这个差别是巨大的。这是严格的理智的艺术为何永远不会像音乐那样流行的一个原因。不过,经验本身具有一种令人满意的情感性质,因为它拥有通过有秩序的、有组织的运动而达致的内在的整合和满足。
同样的陈述也适用于一种主要是实践的行动过程,也就是说,一种由明显的做所组成的行动过程。它可能在行动中是有效的,但仍不具有有意识的经验。活动过于自动了,以至于不能容许一种它将为何以及它将何去的感觉。它虽然抵达了终点,但却没有在意识中抵达终结或者圆满完成。一个个障碍被机敏的技巧所克服,但是它们并没有滋养经验。也存在着一些在行动中摇摇摆摆、不确定、无结果的人,就像古典文学中的鬼魂那样。
有的经验可能对世界有害,它的圆满完成也不合人意。但是,它具有审美的性质。
我已经强调这样一个事实,即每则完整的经验都朝向一个终结、一个终止而运动,因为经验只有在活跃于其中的各种活动能量已经做了它们的适当工作时才中止。能量线路的这种闭合性是抑制的对立面,是停滞的对立面。成熟和固着是完全相反的对立面。
当斗争和冲突作为发展一则经验的手段被经验到时,它们本身是可以被喜爱的,尽管也是令人不快的;它们成为将经验带向前进的成分,这不仅仅是因为它们存在在那里。正如后面将会看到的,在每则经验中,都存在着一种所经受的、在广泛意义上感到痛苦的元素。否则,就不会将之前的经验吸收进来。因为在任何生命经验中,“吸收”都不只是将某物放在对早先所知物的意识之上。它包括可能令人不快的重构。必要的经受阶段本身令人愉悦还是令人痛苦,这是由具体的条件所决定的。它对于总体的审美性质是无关紧要的,只有极少强烈的审美经验完全地令人愉快。
它们当然无法被描绘成娱乐的,而且当它们重重地落在我们身上之时,它们包括了一种痛苦,这种痛苦与那被喜爱的完整知觉相一致,确切来说是它的一部分。
我已经谈及了审美性质,这种审美性质作为情感性的东西,使一则经验丰满起来并变得完整和统一。这种论述也许会造成困难。我喜欢将情感设想成简单而紧凑的东西,就像我们用以命名它们的词那样。
欢乐、悲哀、希望、恐惧、愤怒、好奇,被当作仿佛每一个本就是一种实存物,这样的实存物作为完全制造好的东西而入场;它可能会持续或长或短的一段时间,但是它的延续或它的成长和经历与它的本性无关。事实上,当情感意味深长的时候,它们就是一则运动和变化着的复杂经验的性质。
我说,当它们意味深长的时候,因为否则的话,它们就只不过是一个被打扰的婴儿的爆发和喷发。所有的情感都具有戏剧的性质,它们随着戏剧的发展而变化。据说有时人们会一见钟情,但他们所钟爱的并非是那一片刻的事物。倘若爱被压缩在一个没有珍视和关切余地的瞬间之中,那么,爱将会是什么呢?情感的私密本性在人观看一幕舞台剧的经验中显现出来,或者,在人阅读一部小说的经验中显现出来。它注意情节的发展;而情节需要在其中得以发展的舞台和空间,并需要在其中得以展开的时间。
经验是情感的,但是在经验中,并不存在什么被称为情感的孤立之物。
心灵的奇迹在于,某些相似的东西在经验中发生,却无须物质性的运输和装配。情感就是那运动和黏合的力量。它选择相称的东西,并用它的色彩给被选出的东西着色,从而将性质上的统一赋予外部迥异而不同的材料。这样,它就在一则经验各个不同的部分之中,并且通过它们来提供统一性。当这种统一性已然被描绘时,经验就具有了审美的特性,即便它主要不是一则审美经验。
从最终的意义上来说,能够成为艺术的手艺必定是“爱”;它必定深深地喜爱那技巧所运用于其上的素材。一位雕刻家心心念念的是他的半身雕像得以奇迹般地精确。面对这些半身雕像的某张照片和作为原物的那个人本身的照片,人们也许难以作出分辨。就艺术上的技巧而言,这些半身雕像是非常出色的。但是,人们怀疑,是否半身雕像的制作者自己和那些观看他的作品的人分享着同样的经验。要想成为真正的艺术,一件作品必须同时也是审美的——也就是说,适合于享受的接受性知觉。当然,对于从事生产的制作者来说,持续的观察是十分必要的。
但是,如果他的知觉在性质上并不同时也是审美的,那么,它仅是一种对所做的东西毫无色彩且冷淡漠然的识别;它被用作为一个刺激,刺激在本质上是机械的过程中走出下一步。
简而言之,艺术以其形式将做和经受、支出能量和收入能量这些相同的关系结合在一起,从而使一则经验成为一则经验。
在所有的审美知觉中,存在着一种激情的元素。然而,当我们被激情淹没时,就像在极端的愤怒、恐惧、嫉妒中那样,经验定然就是非审美的。对于产生激情的行动的性质而言,并没有什么关系被感觉到。结果,经验的材料就缺乏平衡和比例的元素。
如果艺术家在工作过程中无法使一种新的景象得以完美体现,那么,他就是在机械地行动,重复某种如同蓝图那样固定在他心中的陈旧模式。难以置信的大量观察以及在对定性关系的知觉中所运用的那种智力,刻画了艺术中的创造性作品的特征。
关系必须被注意到,这种注意不仅是指彼此相关、两两相对,而且是指关联于建构之下的整体;它们既被运用于观察之中,也被运用于想象之中。枝节旁生起于诱人的分心;离题万里饰以丰富的外观。存在着这样的时刻,即当对主导观念的把握变得软弱无力时,艺术家无意识地被迫注入某些东西直到他的思想再次变得强大。一位艺术家真正的工作便是累积一则经验,这则经验在知觉中是连贯的,同时在其发展中随着连续不断的变化而运动。
在一件艺术作品中,不存在这样单一而自足的沉淀物。结尾与终点的意义不在于它本身,而在于它是各部分的整合。它并没有其他的存在。一出戏或一部小说也并不就是那最后的一句话,即使剧中的人物被安排成从此以后一直过着幸福的生活。
在一则与众不同的审美经验中,那些在其他经验中被抑制的特征居于支配地位;那些附属的东西变成主控的了——也就是说,借助这些特征,经验本身成了一则得到整合的完满经验。
在每则完整的经验中,由于存在着动态的组织,所以存在着形式。我之所以将组织称作是动态的,乃是因为要花时间去完善它,因为它是一种成长,有开端、发展和完成。先前经验的结果构成了工作者的心灵,而通过与这些结果生机勃勃的组织相互作用,材料就得以摄取和消化。
酝酿的过程将一直继续,直到那被构想的东西得以提出,并且变得可知觉,就像共同世界的一部分那样。先前长期持续的过程的高潮会发展成一个突出的运动,该运动将横扫其他的一切,以至于使人忘记其他的一切;只有在此意义上,一则审美经验才能被挤到一个瞬间之中。那将经验辨别为审美之物的东西乃是一种转化,即抵抗和紧张,以及本身是消遣诱惑的刺激,转变为一种运动,这种运动朝向一个包容的和完成的终结。
经验就像呼吸,它是吸入与呼出的一种节奏。它们的前后相继由于间隔和周期的存在而被不时打断并被做成一种节奏,在这些间隔和周期中,一个阶段正在停止的时候,另一个阶段便正在起步与准备。
经验节奏中的一系列的做给出了变化和运动;它们将作品从单调和无用的重复中挽救出来。经受是节奏中的对应元素,它们提供和谐一致;它们将作品从纯粹一连串刺激的无目的性中挽救出来。对于任何可被称作一则经验的东西而言,只要决定它的诸因素被提升到知觉的阈限之上,并且这些因素是为它们自身的缘故而显现,一个对象就特别并主要是审美的,它产生出审美知觉所特有的快乐。
————约翰·杜威


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