《Science》气候危机促使人们努力诱使海洋吸收二氧化碳

随着对气候变化的担忧日益加剧，科学家们探索了一种将多余的二氧化碳排放到海洋中的策略。在十月份的一次实验中，一种粉红色的碱性浆液被释放到哈利法克斯港...

在加拿大哈利法克斯港，达尔豪斯大学的化学海洋学家Dariia Atamanchuk正站在一艘改装渔船上，凝视着可能对气候危机提供解决方案的实验。

海岸边天然气发电厂的烟囱正向苍白的晨空排放二氧化碳，而核电站前的海堤旁，本应清澈的海水因为一项特殊实验而变成了粉红色的泡沫。这场由加拿大哈利法克斯行星技术公司领导的实验，使用了红色罗丹明染料和白色氢氧化镁浆液。氢氧化镁，一种常见的抗酸药成分，理论上能提高周围海水的pH值，引发化学反应，吸收大气中的二氧化碳并转化为碳酸氢盐，这种离子可以在海洋中稳定漂浮数千年，而红色罗丹明这一无毒染料的使用是为了跟踪碱性浆液在海洋中的传播情况。

“海洋碱度增强“对抗气候变化的原理

为应对气候变化，科学家正探索一种称为“海洋碱度增强”的策略，旨在通过改变海洋水的化学性质，促使海洋吸收更多大气中的二氧化碳。海洋本身就是一个巨大的碳储存库，含有约40万亿吨碳，远超空气中的1万亿吨和陆地生态系统中的3.5万亿吨。这些碳的大部分以无机离子的形式存在，主要是碳酸盐和碳酸氢盐。人类活动导致的二氧化碳排放中，约有30%被海洋表面吸收。这个过程依赖于海水中的碱性矿物质，如石灰岩，它们溶解后释放氢氧化物离子。这些离子与二氧化碳反应，形成碳酸氢盐。自然情况下，这个过程能在几千年内消耗掉大部分多余的二氧化碳。现在，科学家希望通过向海洋添加额外的氢氧根离子来加速这一过程，类似于给大自然注入一针“肾上腺素”。这种做法旨在增强海洋吸收二氧化碳的能力，从而更有效地对抗气候变化。

图2提高海水的碱度可以加速将空气中的二氧化碳吸收到海洋中并将其转化为碳酸氢盐的自然过程(按顺序显示)。

海洋碳捕获的发展及方式

随着公司、大学、慈善家和政府对科研的持续投资，海洋碳捕获技术研究迎来快速发展。碳海洋非营利组织投资了5000万美元，部分资助了Atamanchuk的研究。达尔豪斯大学推出了一项4亿加元的研究计划，关注海洋在气候变化中的作用，特别是碳捕获技术。美国国家海洋和大气管理局投入了2400万美元的经费，其中65%专注于海洋碱度研究。此外，这一领域面临诸多挑战，包括管理实验和工业规模的碱度添加、监测环境影响、研究开采碱性矿物和增加海水pH值的潜在影响。尽管许多行业参与者希望扩大规模，但海洋保护协会的库利指出，行业先锋将面临监管、技术和公众态度的挑战。北美至少有四家公司已开始类似项目。如“灶神星”项目在长岛海滩散布橄榄石（碱性岩石），测试其对海水的影响；Calcarea公司则研发一种处理船舶二氧化碳废气的方法；Equatic公司计划在新加坡建造更大工厂，使用大量电力处理海水，每年可捕获5000吨二氧化碳。如果这些公司能成功扩大规模，行业前景将非常广阔。为达成每年捕获10亿吨二氧化碳的目标，需要开采大量碱性岩石或像Equatic公司那样使用大量电力处理海水。这一创新技术的发展不仅是科技挑战，也是一次环保探索。

图3目前海洋碳捕获的方法，一些是船载的，另一些是岸上的。粉色染料是为了可视化，只在某些实验中使用。图中，1 船舶铺展：石灰石或橄榄石等碱性物质可以被磨碎或溶解在水中，然后从船上倒入海洋；2 碱厂：污水处理厂或发电厂可以将碱性溶液注入通往海洋的管道中。电化学处理也可以提高海水的pH值；3 海滩侵蚀：磨碎的碱性岩石可以铺在海滩上，在那里它们会逐渐被冲进海洋并溶解。

来源：Science、灾害与环境遥感