让我们的化学品摆脱化石燃料

在可持续发展研究和政策领域，有一个相对较新的词汇正在流传：去化石碳化。在专家圈子之外，人们未必清楚，逐步淘汰化石燃料并不意味着淘汰碳。在净零排放情景下，碳基燃料仍有需求，例如用于发电和航空。目前通常来自化石碳氢化合物的碳，也是肥皂、洗涤剂等日常消费品以及药品、化肥和塑料的组成部分。
德国于尔茨绿色能源研究机构 nova 研究所的数据显示，到2050年，全球对“嵌入式碳”（即化学品中含有的碳）的需求预计将翻一番。但这种碳不能来自煤炭、天然气和石油等常规来源，这些化石燃料必须留在地下，而去化石碳化的意义正在于此。
去化石碳化意味着寻找可持续的方法来生产碳基化学品。碳的替代来源包括大气、植物，以及现有生物或工业废弃物中的碳，例如废旧塑料或农业残留物。在某些情况下，这些化学品最终会通过燃烧或生物降解将二氧化碳释放回大气中。原则上，这将是循环过程的一部分，而非增加温室气体的过程。
尽管包括欧洲部分国家和美国在内的一些政府在气候承诺上出现倒退迹象，但去化石碳化这一主题的研究兴趣仍在不断增加——也确实需要如此。在这篇分为两部分的社论中，我们将介绍学术界和工业界研究人员面临的一些挑战，科学家和政策制定者需要解决这些挑战，才能实现所需规模的去化石碳化。在第一部分中，我们聚焦欧洲；下一部分将探讨中国的相关进展。
农作物生物质是非化石碳的关键来源，也是一种可大规模获取的来源。欧盟的生物燃料战略是大规模生产的推动因素之一，该战略要求运输燃料中包含生物质衍生产品，例如可由向日葵油、棕榈油等制成的生物柴油，以及由玉米、小麦等作物合成的生物乙醇。但清理现有农田或开垦未利用土地来种植生物燃料并非理想选择，尤其是因为这会带来生物多样性和土壤健康风险，还会增加水资源需求。此外，有证据表明，该指令鼓励农民将原本种植粮食作物的土地改种生物燃料，从而推高了食品价格。
从农作物废弃物中的木质纤维素（坚韧的植物物质）中提取碳是一种具有潜力但大多尚未开发的替代方案。其主要优势在于无需额外占用土地，但提取成本高昂且生产周期长，这两点都阻碍了其规模化发展。
其他潜在的废弃碳来源包括城市和工业废弃物，其中就有废旧塑料。欧盟目前已回收超过40%的塑料产量。如果能够克服技术挑战，这一回收率还有提升空间。当前的回收方法通过粉碎或熔化将废旧塑料制成薄片，然后形成可用于制造新产品的颗粒。要实现更高的回收率，需要进一步开发和规模化化学回收方法，这种方法能将塑料分解为更小的分子，用于重新构建新的大分子。
从化石燃料燃烧或空气中捕获的二氧化碳是去化石碳化最具潜力的途径之一。nova 研究所指出，到2050年，全球化工行业可能有三分之一的碳需求来自这一来源，而生物质的占比为22%。据估计，大气中约有9000亿吨碳，几乎是植被中4500亿吨碳含量的两倍。但2050年的情景差异很大：有人认为二氧化碳将成为化学品的主要原料，也有人认为其贡献将微乎其微。
要将二氧化碳转化为有用的碳基分子，首先必须将其转化为其他分子。通常是让二氧化碳与氢气反应，要么形成碳氢化合物，要么去除一个氧原子。由于二氧化碳非常稳定，需要大量能量来克服这些反应的热力学障碍，且为了使过程真正可持续，这些能量必须来自可再生能源。捕获大气中的二氧化碳既困难又昂贵，部分原因是该化合物的稳定性，因此这项技术尚未成为欧洲各国政府的优先事项，这种情况必须改变。
今年5月，联合国气候变化背景下人权问题特别报告员 ELISA Morgera 发表报告，敦促各国政府将经济去化石碳化作为淘汰化石燃料的一部分。在英国，皇家学会和化学工程师学会已敦促政府支持去化石碳化研究。他们的理由很充分，因为此类旨在推动化工行业发展的研究，与政府投资支持经济增长的科学政策相契合。欧盟和中国还有一个名为“中欧桥梁”的联合研究项目，专注于脱碳，但该项目将于明年到期。它不仅需要续约，还需要重新聚焦——聚焦于去化石碳化。