通过电化学过程去除海水中的二氧化碳——因此是prom让海洋从大气中吸收更多的温室气体——这是一种地球工程方法考虑大规模去除二氧化碳。一些初创公司和现有公司正在计划不同规模的项目。
o一旦从海水中去除，捕获的二氧化碳可以储存在地质上或被工业用于商业用途。另一种电化学方法是将碱性海水送回海洋，随着时间的推移增加二氧化碳的吸收。
理论上，这些技术有助于碳排放的储存。但专家警告说，随着一些公司急于将这项技术商业化并出售碳信用额度，巨大的知识缺口仍然存在，潜在的生态危害需要确定。
要达到减少气候变化所需的规模，就需要在全球部署大量的电化学工厂——这既昂贵又环保一些人认为不可行的有心理风险的方案。一个问题是：规模扩大带来的危害不容易通过建模和小规模项目来评估。
基于海洋的二氧化碳去除技术正在加速发展，初创公司和现有公司竞相开发电化学技术，要么从海水中去除碳，要么促使海洋吸收更多碳。
电化学海洋二氧化碳去除（mCDR）旨在将碳储存在海洋中或利用电力将其从海水中剥离。
从广义上讲，mCDR分为两种有一些重叠的方法：海洋碱度增强（OAE）和直接海洋捕获（DOC），也称为直接海洋去除。
OAE用电化学方法将海水分解成碱流和酸流。基流被添加回海洋，增加pH值，使海洋表面更碱性，促使更多的二氧化碳以碳酸氢盐的形式从大气中被吸收。酸性水流可以被工业利用，也可以被隔离在深海中。
普利茅斯海洋实验室的海伦·芬德利（Helen Findlay）说：“如果你把海洋想象成海绵，添加碱度会让海绵变大，这样它就能吸收更多的二氧化碳。”
DOC还使用电化学过程从海水中去除二氧化碳。一种方法是将海水中溶解的无机碳转化为气体，然后将其捕获。低二氧化碳含量的水被送回海洋，在那里，随着二氧化碳从大气中被吸收，它会自然地重新平衡。捕获的碳可以在地质上储存或用于工业过程，就像在陆地上直接捕获空气一样。
芬德利说：“回到海绵的类比，直接的海洋捕获就像挤压海绵，然后让它再次吸收。”
海洋碱度增强（OAE）通过电流将海水分解成酸和钡，从大气中去除二氧化碳
se流。然后，碱性流被释放回海洋，增加了地表水的pH值，使海洋吸收了更多的大气CO
2。酸流可储存或供工业使用。图片由Sarah Battle/NOAA提供。
直接海洋捕集（DOC）利用电化学过程（通过双极膜透析）分离海水，从海水中的无机碳中提取二氧化碳。然后将碱性较低的海水排放回海洋，捕获的碳要么被储存（类似于直接空气捕获），要么被利用。图片由Sarah Battle/NOAA提供。
在全球范围内，一些利用这些方法的各种试点项目和试验正在计划或进行中，参与的公司通过出售碳信用额来帮助支付他们的工作费用。
微软最近与总部位于美国的OAE公司Ebb Carbon签署了一项协议，确保了未来购买价值超过30万吨碳信用额的选择权。另一方面，美国的Captura公司计划明年在夏威夷开发一个1000吨的工厂，以“快速实现”商业化。欧洲的公司也在计划自己的小规模测试。
Equatic公司计划最早于明年在新加坡建立预备商用工厂，并于2026年在北美增设商用规模的工厂。后者将是迄今为止世界上最大的mCDR设施，预计每年将去除10万吨以上的二氧化碳。这一努力建立在该公司在新加坡和洛杉矶运营了一年多的两座100吨试验工厂的基础上。
Equatic的首席运营官爱德华·桑德斯（Edward Sanders）说：“海洋是地球上最大的碳汇，横跨整个地球，因此它是一种容易清除的手段。”“我们的目标是实现千兆吨规模的碳去除，我们正在世界各地取得关键进展。”
但是这种疯狂的发展速度和商业化的动力引起了一些分析人士的担忧，他们担心科学落后于工业的雄心。
虽然这两个过程背后的理论很好理解，但在实践中实现mCDR在很大程度上仍未得到证实。芬德利等专家说，大规模mCDR的潜在环境影响和功效仍然存在无数问题。
芬德利解释说：“我认为，以商业方式实际实施这些措施是不负责任的，尤其是如果我们开始在这些措施的背后出售碳信用额。”“我认为我们现在还不能确定它们是否在正常工作。”
弗吉尼亚大学海洋化学家斯科特·唐尼（Scott Doney）同意这一观点，他与人合著了2022年海洋二氧化碳去除研究战略，包括电化学方法，目前还没有海洋二氧化碳去除（CDR）技术可供部署。他说：“但是考虑到推广这些方法需要很长时间，而且我们没有足够的时间……来应对气候变化危机，我们现在需要做研究。”
洛杉矶的电化学试验系统由Equatic运营。该公司正在建造世界上最大的海洋酒吧
使用电化学方法在加拿大的CDR设施。据该公司称，该工厂每年将清除超过10万吨的二氧化碳。图片由Equatic提供。
科学家们基本上同意，除了大幅减少化石燃料的开采和碳排放外，人类还必须清除已经积聚在大气中的数十亿吨二氧化碳，以防止灾难性的气候变化。但是怎样做最好呢？
与其他类型的CDR一样，海洋电化学方法被宣传为具有巨大的千兆吨级碳去除潜力。但是，释放这种潜力并非易事，每种方法都面临着权衡、巨大的后勤挑战以及建立可行商业模式所需的概念验证。
一旦较小的项目建立起来，扩大规模对潜在的电化学mCDR先驱提出了下一个层次的挑战。
扩大规模才是真正让人望而生畏的地方：加州大学洛杉矶分校的研究人员估计，通过海洋直接捕获每年隔离100亿吨大气中的二氧化碳，将需要全球约1800个设施，耗资数万亿美元。
在短期内，一些公司设想将他们的电化学技术应用于已经吸收大量海水的海水淡化厂。或者以美国的Captura为例，利用退役的石油钻井平台。Equatic等其他公司计划出售在mCDR过程中生产的副产品，如氢气。这些策略可以降低预计的高碳排放成本，并有助于支付规模化技术的费用。
但这些高期望都取决于准确的监测、报告和核查（MRV）；如果企业打算通过在碳市场上出售信用额度来为他们的项目买单，这一切都至关重要。目前，在确定海洋吸收了多少人为碳方面，OAE和DOC都受到无数科学不确定性的困扰。
墨西哥的海水淡化厂。电化学mCDR可以在短期内与这些设施相结合。虽然这种方法可以支持扩大规模，但它有自己的权衡和环境
nmental担忧。图片由Pete通过Flickr提供（CC by - nc 2.0）。
SeaO2的联合创始人Rose sharifan在研究和开发公司的DOC技术。该公司目前正在运行一个原型装置，并计划明年建立一个每年可去除250吨二氧化碳的试验规模的工厂。图片由SeaO2提供。
荷兰SeaO2公司的Daan Reijnders说，DOC在测量问题上提供了一些优势，因为从海洋中提取的二氧化碳流可以计算出来。SeaO2公司正在开发一个DOC试验工厂，旨在从地质角度储存碳或将其投入使用。他说：“重要的是，我们了解这是如何转化的，以及在什么时间尺度上转化为大气中二氧化碳的去除。”
研究表明，海洋对二氧化碳的自然吸收需要很长一段时间，可能长达一年或更长时间，这取决于所在地区和其他因素。因此，MRV将取决于先进的传感器读数和建模。
太平洋西北国家实验室的研究员尼古拉斯·沃德（Nicholas Ward）（该实验室正在与Ebb Carbon一起进行小型OAE试点项目）认为，准确的MRV需要开发比目前更好的二氧化碳减排量测量传感器。与其他CDR方法一样，这些测量设备的创建可能会大大增加运营成本，并且在它们被创建之前，可能会动摇投资者对实际二氧化碳减排的信心。
沃德说，在公海中，“很难测量管道之外的变化”。“这就是挑战。如果无法验证，这项技术就无法扩展，因为没有人会为信用买单。”
非政府组织OceanCare的资深海洋和气候科学家詹姆斯·克里（James Kerry）表示，最终，这些系统需要运行的巨大规模将使精确的MRV变得不可行。他说：“由于海洋流体动力学的复杂性，以及它需要运行的时间尺度和面积，在开阔的海洋中可靠的MRV是不可能的。”
他举了这样一个例子：“当我们在一杯茶或咖啡中加入牛奶时，每次的混合都不一样。现在，想象一下，试图准确预测经过处理的海水的混合以及几十年来太平洋中二氧化碳的减少。”
一个电化学测试项目
它在美国华盛顿州的塞奎姆湾出生。Ebb Carbon设计的技术是试点项目co .的一部分
与太平洋西北国家合作推出
部分实验室。图片由Graham Bourque/PNNL提供。
科学家尼古拉斯·沃德（左）在Ebb碳和PNNL电化学测试厂。该设施每年有可能去除约100吨二氧化碳。图片由Graham Bourque/PNNL提供。
mCDR仍处于早期阶段，很少有项目的目标超过原型阶段。当一些研究人员评估扩大电化学工厂需要付出巨大的努力，以及可能无法准确预测结果时，这让他们感到困扰。他们还想知道大规模电化学mCDR会如何影响环境，包括沿海生态系统，这是一个缺乏研究的未来问题。
芬德利指出：“要达到对气候产生实际影响所需的千兆吨规模，你谈论的是每年处理大约1%的海洋地表水，这是大量的水。”
然后是能源问题：移动、操纵和处理所有这些海水将需要大量的电力。它不能通过化石燃料产生，而必须由可再生能源提供。
“驱动电力的动力必须是可再生的，”唐尼说。“如果你使用化石燃料发电，然后用它来电化学去除二氧化碳，你就……违背了目的。”
克里说，从你开始吸入海水的那一刻起，潜在的环境影响就开始显现。他警告说，庞大的mCDR项目可能会吸收和破坏多种微小的浮游生物或鱼类幼虫。如今规模小得多的海边发电厂配备了用于冷却的取水口，也会对水生生物造成类似的危害。
在大规模mCDR管道的另一端，将有大量的海水排放和影响的风险，包括海洋碱度急剧增加或海水中二氧化碳显著减少的可能性，这取决于所使用的方法。这些不平衡可能会改变海洋化学，并通过对规模知之甚少的过程损害脆弱的海洋生态系统。产生的副产品，包括酸和氯，可能也需要仔细管理。
坦桑尼亚的海草草甸。专家们说：
关注大规模电化学mCDR的潜在生态效应。依赖光合作用的物种，如海草，可能处于危险之中。图片来源：Ben Jones/Ocean Image Bank。
芬德利说，需要碳酸盐形成外壳的物种尤其值得关注，依赖光合作用的水生植物也是如此。包括克里在内的其他专家指出，如果大规模运营，这些工厂可能会造成“死水”区域，影响渔业、当地社区和生计。
沃德说：“我认为，对一些大影响的恐惧不应该阻止我们进行不太可能产生影响的试点示范。”但这并不意味着，一旦项目扩大规模，就不需要对“从微生物到大型动物的一切可能受到的影响”进行仔细的调查。
在沃德看来，建模和实验室测试只能提供有限的风险数据。例如，PNNL的项目尚未在开放水域部署，留下了许多悬而未决的影响问题。
“我认为，作为科学界，我们确实需要获得实地数据来验证我们的模型，”他说。“我们有非常好的沿海系统模型，我们可以模拟如果我们做了这种碱度增强会发生什么。但如果没有现场数据，就很难真正验证这些结果。”
Equatic正在解决这些问题，将项目选址在可再生能源附近，同时生产清洁的氢，这些氢可以回流到mCDR系统中。桑德斯说，创建这种闭环系统有助于确保“当地环境保持不变”。
总部位于荷兰的Sea02公司正在开发一个每年能够储存250吨二氧化碳的试验设施，其中包括密切的环境监测。Reijnders说：“这个试点项目的目的是验证这项技术的有效性，但也可以进一步研究环境反应，并在未来需要扩大规模时积累经验。”
他补充说：“（关于影响的）研究需要进行，也需要进行沟通，因为只有在mCDR是安全和可验证的情况下，它才有意义。”
PNNL与Ebb Carbon合作，正在评估用海洋可再生能源为他们的项目供电的可能性，利用潮汐能或波浪能，它们本身就是新兴产业。这些公司还在研究如何处理电化学过程中产生的大量酸的副产品。
目前，该项目正在向一家水泥制造商提供这种酸。但是，如果这个mCDR系统扩大规模，盐酸市场将被淹没，需要用另一种方法处理盐酸。一个答案是：将mCDR与藻类培养结合起来。这样，酸性的副产品就可以喂给藻类，这将中和它，同时让藻类生长得更快，吸收更多的二氧化碳。
“我们已经在改变海洋。我们正在（通过气候变化）使其酸化，我们正在寻找解决方案，”沃德说。但关于气候和地球工程的影响，“你做也该死，不做也该死。”
他补充说：“我认为重要的是，不要把mCDR定义为一种让我们继续燃烧化石燃料的解决方案。我们需要减少排放，并有像mCDR这样的解决方案，以达到净中和或净负的世界。”
专家说，mCDR酸流和捕获的碳可以被水泥和混凝土等多种行业利用。例如，Ebb碳和PNNL试验场将酸性废物流提供给附近的水泥生产商，以中和碱性废物。图片由Annawaldl通过Pixabay提供（公共领域）。
2023年，一组国际研究和保护组织提出了mCDR地球工程研究的预防原则，其中包括电化学方法。他们强调需要社区参与、透明度、碳去除的核查以及严格的标准化监测、报告和核查。
其他团体和专家强调，有必要制定一项行为守则和国际规则和准则，作为保护措施。他们说，电化学工厂需要服从地方、国家或地区的立法。
包括克里在内的一些分析人士强调，鉴于电化学CDR和其他海洋地球工程对海洋造成广泛影响的风险，现在就应该制定国际规则和指导方针；他说：“我认为，如果我们有一个零碎的监管框架来处理这些技术，这是令人担忧的。”一项海洋地球工程技术，即海洋铁施肥，已经受到《伦敦议定书》的一些限制，而其他技术，包括提高海洋碱度，正在审查中
Findlay同意治理需要“更加严格地落实到位”，并指出，“我们不理解的是，我认为风险所在，在于我们如何扩大规模。我们并不完全理解或欣赏如何以最好的方式做到这一点，而不会对海洋生物造成意想不到的后果。”
SeaO2的Reijnders说：“我们正在做的是试图展示、学习和证明它是否安全有效。”“所有项目都需要遵守许可要求。在荷兰和欧盟其他国家，（这类项目）都是基于《欧洲水框架指令》（European Water framework Directive）。”
随着mCDR发展势头的增强和越来越多的电化学工厂上线，一些现在悬而未决的问题可能会以这样或那样的方式得到解答。这些发现可能最终决定这些项目的运作规模，或者它们是否会停止。
但对于像克里这样的专家来说，现在需要进行更多的审查，因为预防原则已经全面实施。
他说：“研究应该主要集中在建模和实验室试验上，然后再进行实地试验，当然也要在这些项目开始商业化和出售碳信用额之前。”“我们目前所处的行业状况是，急于商业化是有问题的。”
横幅图片:世界上的海洋自然地吸收了大气中大量的二氧化碳。公司和科学家正在研究电化学方法，以诱使海洋储存更多的碳，或者从海水中提取碳储存或在陆地上使用。图片由Tiluria通过Pixabay提供（公共领域）。
重新碳化海洋：科学家开始测试一个大型海洋碳的想法
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