在应对气候变化的斗争中，越来越明显的是，我们不仅必须减少总体排放，还必须主动从大气中去除碳。
要实现有效脱碳，我们需要扩大规模、改进并降低现有技术的成本。
这一点尤为重要，因为航空、钢铁和水泥等难以减排的行业，可能要到2015年《巴黎气候协定》的目标日期2050年之后才能实现净零排放。
碳就像元素周期表中的杰基尔与海德——半是天使，半是魔鬼。它有时被称为“生命的赋予者”，“生命的赋予者”，碳构成了我们体内每个细胞的结构，也构成了我们食用、使用和珍视的大多数物品的基础，从维生素到小提琴，从甜甜圈到钻石。
140亿年前，碳对宇宙的演化至关重要，而它对未来的技术同样至关重要。
二氧化碳对大气同样至关重要。它能够截留太阳的热量，没有它，我们的星球将会寒冷到无法想象。但人类活动——主要是燃烧化石燃料——已使二氧化碳浓度增加了约50%，从工业革命初期的每百万分之270（ppm）上升到如今的415 ppm。大气中二氧化碳浓度上一次达到如此高的水平，还是在300多万年前。 科学家所担忧的是排放的加速——过去60年间的排放速度，约为先前自然增长速度（例如上一个冰河时代末期）的100倍。
引导地球走上1.5°C路径
自2015年《巴黎协定》签订以来，将全球升温限制在工业化前水平以上1.5°C的路径理念变得至关重要。要有哪怕一丝实现这一目标的可能，全球温室气体（GHG）排放需要最迟在2025年前达峰，并在2030年前减少43%，最迟于2050年实现净零排放。这些减排的绝大部分必须来自工业、农业和生活方式的脱碳。备受尊敬的科学碳目标倡议（Science Based Targets initiative）的净零标准例如要求企业在2050年前使其价值链的90%实现脱碳。
尽管人类活动的脱碳工作正在推进，“二氧化碳去除”（CDR）仍将发挥关键作用，原因有三。第一，一些至关重要但“难以减排”的工业领域，例如远程航空、水泥和钢铁，极难实现完全脱碳。第二，随着全球变暖持续加剧，地球系统本身正在排放更多温室气体。第三，我们需要抵消过去遗留的排放，并去除当前及未来未经处理的排放，以防止全球很可能超过1.5°C的目标。
我们承担不起观望CDR是否必要的代价。我们必须立即着手建设所需能力，以主动从大气中去除二氧化碳，同时与加大脱碳力度并行推进，而非以之替代。根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）的说法：CDR“是可能将升温限制在2[摄氏]度或以下情景中的关键要素”，无论全球排放是否达到接近零、净零或净负排放水平。”
简而言之：按照世界目前二氧化碳减排的走向，若不扩大CDR技术规模以每年实现数十亿公吨的去除量，我们将难以在2050年实现全球净零排放，并将全球升温限制在1.5°C以内。
要去除二氧化碳，我们既需要技术，也需要自然
二氧化碳可以通过自然、技术或混合过程从大气中去除。种植数十亿棵树木和恢复泥炭地是基于自然的解决方案，它们在吸收二氧化碳的同时，还带来诸多生态系统效益，例如增强生物多样性和降雨，同时减少空气和水污染。然而，尽管基于自然的解决方案至关重要，森林等生态系统仍易受野火和退化影响，威胁其无限期锁存碳的能力。可扩展性也是一大挑战，例如造林可能与农业及其他土地用途产生竞争。
技术过程旨在通过无限期地捕获和封存二氧化碳来解决永久性碳去除问题，通常以固态矿物形式或封存于地下深处的岩层中。主要技术包括直接空气捕集与封存（DACCS）以及生物能源结合碳捕集与封存（BECCS）。
DACCS利用成排的风扇——当然，由无化石能源驱动——将空气吸入工业装置，在那里可以部署一系列化学过滤器以捕获二氧化碳分子。随后对过滤材料进行再生，释放出纯二氧化碳，并将其深埋于地下。DACCS的先驱者Carbon Engineering正在美国得克萨斯州西部富含石油和天然气的二叠纪盆地建设一座设施，预计投运后于2024年每年可捕获100万公吨二氧化碳，大致相当于4000万棵树木的吸收能力。
BECCS是一种捕获并封存由将生物质转化为热能、电力或液体或气体燃料的发电厂所排放二氧化碳的过程。BECCS可以处理多种类型的“原料”，包括林业和农业残余物、藻类以及能源作物。从空气中捕获二氧化碳的过程，已通过生物质生长所必需的光合作用完成。但要实现负碳排放，至关重要的是，这些原料的种植、收获、运输和加工所产生的碳足迹，不得超过生物质在其生长周期内本身已去除的碳量。BECCS还存在其他担忧——大规模种植专用生物能源作物可能会取代现有森林和农田，进而可能威胁粮食和水安全、迫使社区迁移、释放树木和土壤中封存的碳，并威胁生物多样性。
瑞典一座新的BECCS工厂目前由Stockholm Exergi规划，旨在解决该技术的一些弊端，并证明在去除大气中二氧化碳的同时为城市提供供暖和电力是可行的。为产生热能和电力，该工厂将燃烧来自林业、锯木厂以及纸浆和造纸生产的残余物。生物质为本地采购，从而将碳足迹降至最低。燃烧过程中排放的二氧化碳将被捕获、压缩并冷却为液态，随后注入北海海底的深层岩层中，并在那里随时间进一步稳定。Stockholm Exergi认为，该工厂每年有潜力捕获80万公吨二氧化碳——超过斯德哥尔摩全部道路交通排放量。
碳捕集与封存技术也带来了诱人的“可持续碳”前景。以航空为例。目前，要实现长距离飞行所需的功率密度，无法绕开燃烧碳氢化合物。但DACCS或BECCS工厂可以形成闭环，将空气中的碳提取出来，作为原料再利用，以生产合成煤油。这一过程被称为“电转液”可持续航空燃料（PtL SAF），最多可将航空排放削减90%，助力全球脱碳。类似工艺还可用于生产用于航运的低碳电子甲醇。
有几种混合型CDR技术——半是自然，半是技术——颇具前景。例如，“增强风化”涉及将细磨的硅酸盐岩石撒布于陆地或海面，以增强碳吸收。另一种工艺使用生物炭，即在无氧条件下加热任何有机物所制成的一种碳。将生物炭添加到土壤中后，其碳封存时间可从数十年延长至数千年。它还带来额外的益处：通过提高土壤的养分和保水能力，生物炭有助于减少化肥需求并防止水土流失，从而恢复边际土壤的农业生产力。
对于脱碳而言，规模至关重要——永久性同样如此
世界经济论坛的第一行动者联盟（First Movers Coalition）旨在加速七个“难以减排”工业领域的脱碳，这些领域占全球排放量的30%，其核心目标之一便是CDR。第一行动者联盟呼吁其成员承诺，到2030年至少去除5万公吨碳，或价值2500万美元的碳去除量——“在最大限度直接减排努力之外”。
该联盟设定了非常高的标准。首先，任何CDR方法都必须具有永久性——即将碳捕获并封存1000年以上。其次，它必须具有可扩展性，也就是说，解决方案应有可能到2030年至少封存100万公吨（即1百万吨，或1Mt）碳，到2050年封存10亿公吨（即1吉吨，或1Gt）碳。另外两项关键标准是成本和核查。
规模至关重要。能源转型委员会近期发布的一份关于CDR如何助力将1.5°C目标维持在可能范围内的报告粗略估算了可能需要的CDR规模：“为抵消中叶前可能出现的碳预算超支的影响，我们的情景表明，从现在到2050年，至少需要累计去除70-220 Gt二氧化碳。”这意味着每年需要25亿至80亿公吨的CDR。
那么，当前的CDR技术能否达到这些严苛的标准呢？
DACCS和BECCS各自都有潜力每年捕获50亿公吨（5 Gt）碳，并将其封存1000年以上，此外它们也都是易于核查的过程。但它们的成本非常高昂，目前BECCS的成本为每公吨110–270美元，DACCS则为每公吨600美元或更高。
生物炭和增强风化虽然作为技术尚不够成熟，但每年各自可能提供3–4 Gt，而目前成本仅为每公吨50–160美元。不过，虽然增强风化很可能通过永久性测试，但目前大多数生物炭方法只能保证最长500年的封存。尽管如此，第一行动者联盟仍在鼓励其成员支持这四种新兴的CDR技术。
推动脱碳技术的市场需求启动
与许多创新一样，进展归根结底取决于真金白银。CDR目前缺乏推动其前进的市场。当您可以花费每公吨30美元采用基于自然的替代方案时，支付DACCS工厂600美元去去除一公吨二氧化碳，似乎毫无道理。然而，从中长期来看，我们迫切需要这些新兴技术，以达到我们星球所需的规模与永久性去除二氧化碳。因此，必须有人率先行动，启动市场。
全球再保险公司瑞士再保险（Swiss Re）帮助塑造了第一行动者联盟提出的挑战，即要求每位成员承诺到2030年前至少实现5万公吨或2500万美元的持久且可扩展的净碳去除。瑞士再保险是NextGen CDR Facility的五位创始人之一，该设施是一个买家俱乐部，承诺到2025年前至少购买100万公吨二氧化碳去除量，并于2030年前完成经核实的交付。
其目标是大幅扩大DACCS和BECCS等CDR技术的规模，并推动高质量碳去除的市场发展。
市场需求的展现向创新者发出了关键信号，促使其将技术提升至下一个水平。其新兴技术的每一次迭代，都会使供应量增长约十倍，这带来了需求无法跟上的风险。因此，第一行动者联盟的目标是寻找足够的CDR买家，以使这些技术具备可融资性。考虑到未来的规模经济，NextGen已向其参与者承诺，通过该设施去除的二氧化碳平均成本上限为每公吨200美元。
即便如此，这仍是一个高昂的价格。部分规模扩张将通过自愿碳市场实现，但若没有监管干预，我们不太可能在2050年前实现以公吨计的吉吨级碳去除。
美国总统乔·拜登近期推出的《通胀削减法案》为脱碳行业带来了巨大助力。其中，承诺用于气候领域的3690亿美元公共资金的一部分包括一项每公吨130–180美元的补贴，用于二氧化碳去除。这是各国政府可以采取的诸多措施之一，以激励价值万亿美元的化石燃料行业转型为价值万亿美元的碳管理行业，与全球气候保护目标保持一致。
Jonathan Walter和Andrew Alcorta为本文作出了贡献。
