初创公司Avnos正在试验一台机器，该机器可以帮助解决气候变化问题，并适应现实中已有的影响。
总部位于洛杉矶的初创公司 Avnos 正在加利福尼亚州贝克斯菲尔德测试一台可以从空气中吸收二氧化碳和水的机器。 摄影师：Alisha Jucevic/彭博社
加利福尼亚州贝克斯菲尔德附近一条交通繁忙的路段，在这里试图同时解决两大环境危机似乎有些奇怪。但在那里，夹在一个废弃的太阳能热项目和一个杏仁农场之间，一家公司正在测试一种可以从空气中吸收二氧化碳和水的机器。
该机器是洛杉矶初创公司 Avnos 的首次尝试，旨在证明它可以实现所谓的混合直接空气捕获 (DAC)。它的技术将净化空气中的二氧化碳并捕获可在干旱日益严重时代使用的水。这是对一项已经很有前途的技术的一次大胆尝试。
插图：Chris Philpot for Bloomberg Green
① 周围空气被吸入装置的吸附侧，在那里进行除湿
② 吸附剂材料从除湿空气中分离二氧化碳
③ 吸附过程产生的热量传递到装置的另一侧
④ 主动热交换有助于释放或“解吸”水和二氧化碳
⑤ 该装置的两侧是镜像：当吸附材料“满”时，滑动面板会切换两侧的功能
⑥ 收集解吸的水和二氧化碳
美国能源部最近宣布将投资超过10 亿美元用于多个旨在从环境空气中捕获二氧化碳的项目。阿夫诺斯是一个研究小组的成员，该小组收到了其中 1200 万美元的资金。（该公司还在最新一轮融资中筹集了 8000 万美元。）许多致力于解决这个问题的初创公司使用机器，使用大型风扇吸入空气，然后将空气传递到或通过化学溶剂，将二氧化碳从空气中分离出来。然后，二氧化碳被封存在地下，理论上它会在那里停留几个世纪或更长时间，而不是在大气中使地球变暖。
阿夫诺斯正在尝试做同样的事情，但其技术也在这个过程中产生了一种有价值的副产品：水。该公司的机器让周围空气通过干燥剂，从而吸出水分。然后，除湿后的空气通过一种获得专利的吸附剂材料，捕获二氧化碳。首席执行官兼创始人 Will Kain 表示，每捕获一吨二氧化碳，Avnos 就能生产约 5 至 10 吨水。这样做彻底改变了 DAC 方程式：太平洋西北国家实验室 (PNNL) 实验室研究员兼阿夫诺斯公司顾问 Pete McGrail 表示，DAC 系统平均每捕获一吨二氧化碳消耗 5 至 10 吨水。
“实际上，有一个肮脏的小秘密，它们 [DAC 系统] 会消耗能量，当然，”McGrail 说。“但这些技术在这个过程中也会消耗大量的水。”
Avnos 表示，每捕获一吨二氧化碳，他们就能生产约 5 至 10 吨水。摄影师：Alisha Jucevic/彭博社
DAC是能源密集型的，这是成本高的原因之一。科学家估计，使用 DAC 每年从大气中去除数十亿吨碳（科学表明到本世纪中叶需要达到这样的规模才能将全球变暖限制在 1.5 摄氏度），这将需要比目前更多的能源。DAC 需要如此多能源的部分原因是所使用的许多化学溶剂需要高热量才能将二氧化碳从空气中分离出来。
他说，阿夫诺斯的系统由麦格雷尔和 PNNL 的其他研究人员在四年多前首次开发，大大降低了从空气中捕获碳所需的能量。它不依赖必须加热的化学溶剂，而是使用湿度敏感的物理溶剂，这种溶剂在捕获和释放二氧化碳方面没有相同的热量要求。驱动该过程所需的热量从机器的一侧收集，机器产生热量，从而形成独特的“水分摆动”过程。
其他研究人员也在评估低能耗、水分摇摆方法的优点，以减轻 DAC 的高能耗。在十月份的一项研究中，西北大学的一个研究小组发现，在适当的条件下，该技术可以成为一种节能且具有成本效益的碳捕获方法。
尽管该研究中测试的方法与 Avnos 的技术不同，但在二氧化碳去除方面，基于水分波动的 DAC 系统可能是“产品组合的重要组成部分”，Vinayak Dravid 说，他是材料科学与工程教授。西北大学麦考密克工程学院和该研究的资深作者。
生产水是 Avnos 价值主张的核心。这家初创公司的系统首先仍然需要一些能源和投资来建造机器。将其生产的水出售给当地市政当局或可利用其生产可持续航空燃料的公司将有助于抵消这些成本。尽管 DAC 还处于早期阶段，但它已经遭到了当地社区的反对。凯恩说，将水作为碳去除的副产品可以为阿夫诺斯提供运营的社会许可，特别是在像加利福尼亚州这样缺水是一个主要问题的地方。
Avnos 创始人兼首席执行官 Will Kain 摄影师：Alisha Jucevic/彭博社
Kain 表示，Avnos 的工艺可以为需要水的社区生产水，并补充说，像其他 DAC 技术一样，在加州允许消耗大量水的工业工艺是很困难的。
McGrail 表示，在了解大规模部署传统系统可以使用多少水后，他构想出了一种产水 DAC 系统。
既然试点单位已经建立，Avnos 面临的挑战是将两个子系统集成到机器内，作为微妙舞蹈的一部分。凯恩说，水捕获子系统和二氧化碳子系统都可以独立工作，但直到今年夏天这家初创公司在贝克斯菲尔德工厂启动机器之前，它们还没有作为一个统一的系统在现场运行。
在八月炎热的一天，这家初创公司的高级工艺工程师 Atefeh Alijah 走近了这台大约有一辆大卡车大小的机器。她轻按了几个开关，点击了数字屏幕上的几个按钮，然后打开了机器。
立即，它隆隆作响，听起来就像一个巨大的窗式空调机组。风扇将空气吸入一侧的铁锈色过滤器，然后再通过第二层过滤器。运行几分钟后，阿利亚关闭系统并重新编程以通过另一侧运行。一块金属面板从一侧移动到另一侧，露出另一侧的相同系统。这个过程再次开始。
几分钟后，空气从另一侧出现，宝贵的二氧化碳和水通过管道泵送到最终目的地。在贝克斯菲尔德的演示现场，这是一个装水的塑料桶，里面装着足够喝几口的水。从理论上讲，从机器中排出的水是蒸馏水，尽管它在工业桶内看起来不太吸引人。（凯恩开玩笑说他仍然愿意喝它。）该试验场的设计目标是每年从空气中捕获 30 吨二氧化碳，并生产多达 300 吨水。
高级工艺工程师 Atefeh Alijah 摄影师：Alisha Jucevic/Bloomberg
由于现场没有内置存储装置，Avnos 将二氧化碳释放回周围空气中。但在商业规模上，二氧化碳将被储存在储罐中并运送给客户以封存地下或转化为可持续的航空燃料。凯恩说，阿夫诺斯希望将其单位与利用或封存合作伙伴放在同一地点，以避免建设交通基础设施的成本。
捕获的二氧化碳的最终命运——谁可以购买它以及他们如何处理它——是碳捕获界争论的一个主要焦点。环保人士认为，允许化石燃料公司投资碳捕获并购买清除额度只会给他们继续污染的许可。
但该行业可以发挥作用：Kain 已从康菲石油公司和壳牌风险投资部门筹集了资金，在他看来，DAC 行业正处于起步阶段，应该接受各方的帮助。他毫不犹豫地将阿夫诺斯的服务出售给这些公司，只要二氧化碳不被用来开采更多的化石燃料，这一过程在业内被称为提高石油采收率。他指出，石油和天然气公司在大规模地质封存方面也拥有最丰富的经验，这可能有助于寻求封存二氧化碳。
温室气体可能有其他用途。Kain 对吸引航空业买家持开放态度，向他们提供捕获的二氧化碳，作为可持续航空燃料(SAF) 和其他流程的原料。实现这一目标的一种方法是将水分解为氧气和氢气而产生的氢气与二氧化碳结合，将结合产物转化为燃料。
潜在买家正在涌现。JetBlue Ventures 投资 Avnos 是因为它将捕获的碳视为 SAF 的重要原料，就像 JetBlue Ventures 投资组合公司 Air Company 正在开发的那种原料一样。
“空气制燃料是我们真正感兴趣的 [SAF] 途径之一，空气制燃料的原料是捕获的碳，因此我们喜欢该链条的这一部分，”捷蓝航空总裁艾米·伯尔 (Amy Burr) 说道风险投资。
然而，该用例将是碳中和而不是负碳。虽然为航空等难以脱碳的行业提供碳中性燃料可能有助于实现净零排放，但 SAF 仍处于起步阶段，正在应对自身成长的烦恼。
在隔离方面，阿夫诺斯将需要依赖各种合作伙伴。这些潜在合作伙伴之一是另一位早期投资者南加州天然气公司。Avnos 和该公用事业公司以及其他合作伙伴从美国能源部获得了近 1200 万美元，用于在加利福尼亚州克恩县设计一个碳捕获和运输中心。
SoCalGas 管理着 100,000 英里（161,000 公里）的地下管道，将天然气输送到加州中部和南部周围的企业和家庭。业务发展高级总监尤里·弗里德曼 (Yuri Freedman) 表示，情况可能并非总是如此，因为该州正在从天然气转向更多的可再生能源。“在无碳的未来，我们将运输不同的分子”，其中包括二氧化碳，他说。
Freedman 负责监督该公司的低碳基础设施项目，并将对 Avnos 的投资视为对 SoCalGas 业务未来的投资。该公司希望利用其现有的通行权建造新的管道来运输二氧化碳。
该试验场的设计目标是每年从空气中捕获30吨二氧化碳并生产300吨水。摄影师：Alisha Jucevic/彭博社
“我们正在寻求以我们以前从未使用过的方式使用分子，”他说。在将碳转化为商品方面，仍然存在许多悬而未决的问题，包括二氧化碳将如何大量销售和远距离运输。
与此同时，Avnos 正在努力建设下一个更大的运营基地，每年能够捕获 300 吨二氧化碳和多达 3,000 吨水，预计将在明年内建成并运行。该项目由美国国防部赞助，凯恩表示，美国国防部有兴趣将该技术应用于开发 SAF。
该初创公司预计，当其 300 吨工厂投入运行时，去除一吨二氧化碳将花费 500 美元。但 Kain 预计，到 2028 年，该公司每年捕集二氧化碳的能力将达到 50 万吨，成本将降至每吨 240 美元，并最终在 2030 年代初期达到每吨 100 美元，这对于时间框架来说是一个非常雄心勃勃的目标。DAC 行业的许多人将这一成本视为遥不可及的圣杯，届时每年捕获保持地球凉爽所需的数十亿吨碳在经济上是可行的。
然而，实现规模经济并不能保证。但凯恩认为，只要有一点帮助，这是可行的。
“我们认为，我们部署该技术的最佳机会是建立合作伙伴关系，”凯恩说。“发展这些类型的合作伙伴关系，并有机会在任何给定时间跨多个项目和多个合作伙伴部署我们的技术，我认为这对于以我们想要的部署速度和成熟度曲线进行部署至关重要”。
来自：彭博社
