“马斯克的钱也不是大风刮来的，对碳捕获投入一亿美元，说明他的眼中有星辰大海，开展相关赛事也是对特斯拉和 SpaceX 的愿景延续。”谈及马斯克斥巨资入局碳捕集，康奈尔大学机械工程系在读博士、北美福布斯杂志能源领域 “30 under 30 ” 榜单入选者曹祥坤做出如上评价。
美国当地时间 1 月 21 日，马斯克发推特称，将捐赠 1 亿美元以奖励优秀碳捕集技术。2 月 8 日，美国非营利性基金会 XPRIZE 宣布，由马斯克和马斯克基金会赞助的 1 亿美元 XPRIZE 碳捕集大赛（$100M XPRIZE for Carbon Removal）即日成立。这意味着，马斯克此前发表的推特 “正式兑现”。
图 | 马斯克捐赠 1 亿美元支持碳捕集技术（来源：XPRIZE 官网）
此前，XPRIZE 举办的前沿技术比赛，多与人类命运休戚相关。而本次赛事的重点 —— 碳捕集技术（Carbon Capture），是负碳技术的重要过程之一。
它常和碳封存技术合称为碳捕集与封存（CCS，Carbon Capture and Storage），有时也加上 “利用” 合称为碳捕集、利用与封存（CCUS，Carbon Capture，Utilization and Storage）。
此前有人质疑马斯克为何不多种树？事实上，光有树还不够。空气中的 CO₂ 正在不断增加，2019 年时均值一度达到 409.8 ppm（Parts per million，百万分率），这也是近八十万年历史以来的峰值。
另据联合国支持的政府间气候变化专门委员会估算，为避免气候变化招来严重后果，人类必须在 21 世纪结束之前，除掉大气中一千亿至一万亿吨 CO₂。而马斯克本次瞄准的，正是直接清除 CO₂ 的技术。
图 | 过去 80 万年中全球大气中的 CO₂ 浓度的变化（来源：Climate.gov）
曹祥坤认为，马斯克参与碳捕集竞赛，可让相关实验室技术更快进入应用。他说：“这说明马斯克认为碳捕获是个高风险、高收益的风口，也体现出他在全球碳中和承诺大背景下的企业家责任。” 同时他表示，马斯克对于碳捕获领域的投入，可能也跟 SpaceX 的火星探索的计划相关。
马斯克牵头碳捕集比赛，或和移民火星有关
以碳捕获为代表的负碳技术，不仅有望缓解气候变化问题，而且具备商业价值。要知道，火星上面的 CO₂ 浓度远高于地球，加州大学伯克利分校杨培东教授也曾表示，火星大气里 96% 的成分为 CO₂。
而火星有水的证据已被发现，那么在阳光照射下，CO₂ 加水进行反应就可转化成氧气或甲醇，氧气可供给人类呼吸，甲醇则可作为清洁燃料，这意味着人类真的有可能移民火星。
而本次“马斯克比赛”，会在 2021 年 4 月 22 日世界地球日公布比赛详情。目前可确定的是，这是一项持续四年的分阶段比赛，将从 2021 年世界地球日持续到 2025 年世界地球日，方式为组队参加。
开赛 18 个月后，将有 15 支团队分别获得 100 万美元奖励，同时会有 25 支学生团队获得 20 万美元的支持。在 2025 年的决赛中，第一名、第二名和第三名，将分别获得 5000 万美元、2000 万美元、1000 万美元的奖励。
参赛可加速成果转化
自 2016 年始，曹祥坤所在的康奈尔大学团队及相关孵化企业，参加了马斯克比赛的姊妹篇 ——$20M Carbon XPRIZE，该比赛为期五年，重点是把 CO₂ 转化为有用的产物。
曹祥坤所在团队的研究，是利用太阳光作为唯一能量输入，通过 HI-Light 规模化光热催化反应器，把 CO₂ 气体转化为可使用燃料。
图 | 曹祥坤所在康奈尔大学团队参与 Carbon XPRIZE 大赛（来源：受访者）
下图是他主导开发的实验室规模 HI-Light 光热催化反应器，其发表在《细胞》子刊 iScience 上的论文，证实了通过引入光波导和导流技术，能实现反应器内均匀的光分布，以及更好的 “反应物 - 催化剂” 的混合，催化剂利用效率也可获得显著提高。
图 | 曹祥坤开发的实验室规模 HI-Light 光热催化还原 CO₂ 反应器（来源：受访者）
Carbon XPRIZE 比赛的参加，也使他从项目初始阶段，就去思考反应器的规模化设计前景，其为团队主导的相关设计，也获得了 2017 年 Tech Briefs 杂志 “创造未来设计大赛 ”全球唯一特等奖。
2021 年 1 月，曹祥坤所在团队参加的比赛进入尾声，并结束大规模样机测试。受益于参赛带来的鞭策，相比 5 年前的实验室小规模反应器，他们已通过提高反应器规模的方法，提升了 CO₂ 处理体量，催化剂产率、选择性和稳定性也得到大幅提高。
凭借该工作，曹祥坤获得了北美福布斯能源榜“30 Under 30”、全美十大杰出华人青年、德国林岛诺奖大会青年学者等荣誉。
图 | 曹祥坤（来源：受访者）
凭借参赛带来的曝光，其团队也获得了美国国家科学基金会、美国能源部的资助，并获得壳牌公司 “Shell GameChanger”以及著名投资人 David Atkinson 在内的多处投资。他认为，参加此类比赛的最大意义在于，可同时促进科学研究和成果转化。
图 | 参赛 5 年后曹祥坤所在团队的大规模样机测试（来源：受访者）
此前曹祥坤参加的比赛，按照 CO₂ 转化产物的种类，将决赛团队分为四个不同种类。对于本次 “马斯克比赛”，他预计也会有相应分类：比如通过从空气中捕获 CO₂、从烟气中捕获 CO₂、从海水中捕获 CO₂ 等来源来分类，或者以捕获方式来区分。
“马斯克比赛” 时间长达四年，目的也是为了促进不同阶段技术的规模化。曹祥坤表示，一般赛事各阶段会有不同要求，以他参加的姊妹赛为例，半决赛和决赛阶段要处理的 CO₂ 量也不一样。
他认为“马斯克比赛”的难点在于，现有的技术已经可以捕集 CO₂，但是该比赛目的是要实现过程的有效性、经济性以及规模化应用等多指标。
谈及比赛的意义，他表示，在多数国家支持碳中和的基础上，此次比赛一定能促进实验室技术的快速转化，以商业化要求、倒逼技术迅速迭代和更新。
并且，以往相关比赛最高奖金为 2000 万，此次比赛奖金高出几倍，肯定会激励更多人参赛。进入决赛的团队，也更容易获得相关投资。
不过让他感到遗憾的是，此前他参加的比赛，中国仅有一支来自苏州的C4X队入围决赛并完成了决赛。
技术早就有，只是转化难
事实上，早在 1972 年，碳封存及应用项目就已出现。在早期，碳封存及应用技术主要用于提高石油采收率，即把 CO₂ 注入油田，帮助开采出更多石油。
直到 1980 年代，碳捕集对缓解气候变化的作用，才真正成为研究对象。“孤独的狼”，是麻省理工学院能源计划高级研究工程师霍华德・赫尔佐格（Howard Herzog）对该技术发展形势的形容。
从当前的主流研究来看，捕获 CO₂ 主要有以下三种方式：第一种是从空气中捕获，这种方式最为直接；第二种是从烟气中捕获，其能捕捉到更多 CO₂；第三种方式是从海水中捕获，海洋是最大的碳汇集地，自工业时代起，海洋就吸收了约 40％的人为 CO₂，CO₂ 有效浓度也比较高，为 2.1 mmol/kg。
此前应用难的原因之一是技术成本极高。2011 年美国物理学会曾估算，当时从空气中直接捕获一吨 CO₂ 的成本为 600 美元，而只有降到 100 美元以下，才有望大规模应用。
图 | 几种碳捕获方式
中国在行动
曹祥坤告诉 DeepTech，在碳中和领域，中国也在行动。比如大连化物所的李灿院士团队，正在用 CO₂ 加氢来转化成甲醇，最近其团队的千吨级 “液态太阳燃料合成示范项目” 也已通过科技成果鉴定。
图 | 李灿团队的研究通过科技成果鉴定（来源：甘肃政务服务网）
2020 年 10 月，“应对气候变化和二氧化碳捕集、利用与封存会议” 召开，会议由西北大学、国家应对气候变化战略研究和国际合作中心、中石油长庆油田分公司联合主办，会上成立了鄂尔多斯盆地 CCUS 设施科技委员会。
与会的中国科学院张国伟和中国工程院赵文智等八位院士也发出呼吁：“应对气候变化，我们携手行动，大力开展协同创新，形成推进自主创新的强大合力。”
曹祥坤还表示，目前全球已有几家知名碳捕集企业，其中一家是加拿大企业 Carbon Engineering，该公司直接从空气中捕获 CO₂，其创始人之一是哈佛教授 David Keith。
2018 年，该教授曾在《细胞》姊妹刊《焦耳》上发表论文称，“使用直接空气捕获法，理论上可将机器捕集 CO₂ 的成本降低到每吨 100 美元以下。”
2019 年，该公司凭借上述论文研究，曾获得当年《麻省理工科技评论》评定的十大突破技术之一，比尔・盖茨参与评定该榜单，同时他也是该公司的投资人。
图 | Carbon Engineering 公司（来源：该公司官网）
据悉，Carbon Engineering 的碳捕集技术主要步骤有：第一步是捕获，第二步是用催化的方式，让捕获的 CO₂ 和水电解产生的氢气反应，从而产生合成燃料。
另一家代表性碳捕获企业是瑞士 Climeworks 公司，其曾开设工厂，并通过捕获 CO₂、以加氢的方式生成甲烷，液化后的甲烷可用于天然气燃料类货车。
图 | Climeworks 公司的工厂（来源：该公司官网）
生成甲烷可能是因为产率相对更高，虽然其价值比不上以甲醇、乙醇为代表的液态燃料，但这也是在各目标参数之间的综合权衡。此外，Climeworks 还把捕获提纯后的 CO₂，给瑞士一家工厂制作饮料用（可乐、雪碧等碳酸饮料都含有 CO₂）。
图 | Climeworks 把捕获的 CO₂ 气体作为生产汽水的原料（来源：该公司官网）
第三家知名碳捕集公司是纽约的 Global Thermostat，他们做的是从烟气中捕获 CO₂。其使用定制设备和基于胺的化学 “吸附剂”，并与多孔蜂窝状陶瓷 “整体件” 结合后，可起到 “碳海绵” 的作用，“碳海绵” 可直接从大气、烟气、或两者的混合物中有效吸收 CO₂。这种方式吸收的 CO₂ 浓度，比空气捕获法的浓度更高。
图 | Global Thermostat 列出的 CO₂ 用途（来源：该公司官网）
全球主要国家非常重视碳捕集技术
目前，全球十大经济体中，除美国、印度和巴西之外，已有七个国家做出过会在 21 世纪中叶实现碳中和的承诺。
其中，中国承诺将在 2030 年达到碳排放峰值，并将在 2060 年达到碳中和；日本承诺将在 2050 年达到碳中和。
图 | 相关报道（来源：Electrek、The Independent）
鉴于拜登上台后，已重新加入《巴黎气候协定》，曹祥坤认为本届美国政府或将于不久后做出类似承诺，毕竟这是国际发展大势所趋。
不仅诸多国家在行动，很多世界名企如微软、亚马逊和美联航等，均已提出要实现碳中和目标。
曹祥坤希望中国也能就相关技术在国际舞台上发声。此前，美国退出《巴黎气候协定》后，中国在此方面一直充当领导者角色。在当前国际形势下，投入碳中和领域，可体现中国的国际事务担当，中国过往的履历也证明，其有能力实现既定目标。
他举例称，2020 年末 “嫦娥五号” 从月球带回土壤样本。而早在 2004 年，中国就曾定下将于 2020 年实现的计划表。2004 年的一份报纸曾提到，“嫦娥五号” 要先绕、后落、再回，按照三步走计划获取月球土壤样本。
现在回看，16 年的确很遥远，但如果制定了切实的目标和计划，通过努力往往就能实现。2020 年末，得到 App 创始人罗振宇在 “时间的朋友” 2021 跨年演讲中提到，这场碳中和的事业，就是一场超大目标、超大红利的 “奇迹业”。
当前，中国距离 2060 年实现碳中和，还有 39 年时间，曹祥坤认为如果中国企业和高校团队参与该比赛，一定能让世界舞台上出现更多中国声音。
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