3年前，日本北部某实验室一位缺乏经验的研究人员将2夸脱海水注入一只玻璃杯中，并把它置于光线之下，于是混有20%浓度二氧化碳的气流穿过水面冒了出来。

日本一家海洋生物工艺学研究所总实验室主任说：“这种做法是不明智的。”这位研究人员期望筛选耐高浓度二氧化碳的生物体，可是20%的浓度对于从太平洋抽出的原料来说就过高了。

可是，几天后这只玻璃杯却充满了绿色粉霜。一种能利用光合作用吸收二氧化碳而繁茂生长的海藻，后来命名为Chlorococcum littorale。那位主任回忆说：“当时我感到十分惊愕。”

这个发现是许多有助于解决过剩二氧化碳问题的办法之一。目前大气二氧化碳浓度正以每年0.5%左右的速度增加，而且比工业前水平大致高25%。根据某些估计，到2030年时大气二氧化碳数量就增加1倍。

因为大气二氧化碳像温室玻璃板那样抑制热量，所以科学家们预测二氧化碳加倍增加将使地球温度上升几摄氏度。地球温度的升高可能显著影响世界气候，科罗拉多州博尔德国家海洋大气局的地球化学家皮特 · 坦斯说：“人们已经提供了使大气变暖的二氧化碳数量，以致后悔莫及。”

在控制向大气层释放二氧化碳的努力方面，克林顿总统立誓到2000年时要把二氧化碳散发量减至1990年的水平。世界其他领导人也保证要减少二氧化碳的散发。可是模拟研究暗示自然过程不可能使二氧化碳浓度保持在现有水平，除非释放量起码减少80%。由于世界人口的增长，看来要减少二氧化碳散发实际上是不可能的。世界各地的科学家都在开始思考不得不超越能源保护来阻止二氧化碳扩散的艰苦尝试。

矿物燃料的燃烧产生了大量二氧化碳。如果把一个500兆瓦火电厂一天排放的二氧化碳冻成一个方干冰，其边长则达50呎。

然而，尽管人类活动产生的二氧化碳数量似乎是巨大的，但与诸如海洋、土壤和陆生植物之类储层的储藏数量相比则是微不足道的。这就是说从理论上通过碳循环的微小转换设计就可能清除大气中剩余的二氧化碳，例如，把更多的二氧化碳导入海洋，这里已经容纳的碳比大气层多65倍。

有一个问题是碳循环虽属生物学分类的主题，但人们对它仍不十分了解。例如，科学家们被二氧化碳失踪的事实所迷惑：每年矿物燃料的燃烧要向大气层倾注50~60亿吨二氧化碳。森林的清除和燃烧又向大气层增加10~20亿吨二氧化碳，农业也对这个问题起了一份作用，根据最新研究，如果耕作土壤，其储碳能力将受损失，并向大气层释放二氧化碳。然而，从所有这些来源进入大气层的二氧化碳年增长量大约只有30~40亿吨。其余一半究竟到哪里去了？

最新研究表明海洋和生物体大约吸收了20亿吨。科学家们猜测其余部分被陆生植物吸收了，甚至有些科学家推测较高的二氧化碳水平可能促进吸收二氧化碳的植物生长，但这仅仅是猜测而已。坦斯说：“我们实在不知道发生了什么事。”

他和其他研究人员都担心现在不管吸收二氧化碳的东西可能达到的能力是好还是坏，它们都将开始释放已积累的碳，从而引起大气二氧化碳浓度的迅速升高。坦斯说，人们不能等到更全面地了解了碳循环之后才采取行动。

解决二氧化碳问题的可能办法有二：由诸如最近在日本发现的海藻之类的植物直接从大气中捕获二氧化碳，又如，有些科学家提出了大规模的重新造林计划；或者从发电厂排放的废气和其他大量排放源捕获二氧化碳，二氧化碳捕获发生后，就必须设法处理或使之进入其他燃料的再循环。

在日本无处不在积极研究这些解决办法。政府机构、大学和私人公司都在研究捕获、处理二氧化碳的种种方案，这些方案是：隔绝活生物体内的二氧化碳；用泵把二氧化碳打送到海洋底部，或用催化法将二氧化碳转换成甲烷之类的碳质燃料。虽然这些“固碳”方案面临令人胆怯的技术、经济挑战，但由于二氧化碳问题是如此之急迫和普遍，所以这些方案都是值得研究考虑的。

日本和美国的研究人员甚至还建议把遗传学改变的生物体放入可能是抵销大气二氧化碳水平升高途径的湖泊、沼泽或海洋。那位主任说：“我认为这种办法在科学上是可能的，但不清楚人们是否会接受这种把生物工程生物体放入自然环境的主张。在任何生物体被放入自然界之前，都必须对它们进行详尽的研究，一些长期计划是日本国际贸易工业厅的专业。

1990年，该厅建立了一个独立的研究分支机构地球革新技术研究所（RITE），专门寻求环境问题的技术解决办法。

RITE一个十分唯心（有人说不唯心）的计划是利用光合作用生物固定植物组织内的二氧化碳，然后把这种植物组织加工成燃料油和动物饲料之类的产品。在RITE的计划中，发电厂的二氧化碳将通过充满像上述实验室发现的海藻这类生物体的大容器冒出。光合作用所需的日光可用日光收集器收集和浓缩，甚至用太阳能来完成这个过程，定期回收吸收二氧化碳后的植物。

虽然实现这种幻想必须要求几个领域的共同进步，但关键是要找到能迅速消化大量二氧化碳的生物体。东京大学生物电子学教授Karube说，他的实验室和海洋生物工艺学研究所的实验室共同筛选了大约7，000种微生物，其中有多种微生物是从未分类过的。

生物方法存在的问题是微生物在光合作用下吸收二氧化碳的数量太少。那位主任说，在自然条件下，Chlorococcum littorale海藻将需要100平方哩的水池来处理一个500兆瓦火电厂排出的二氧化碳。他说：“这样巨大的水池简直达到荒谬绝伦的地步。”

有两种方法可以解决这个问题，他说，在天然水池中要有足够强的日光来培养仅穿过水面下约2吋的海藻。光纤电缆可把光线进一步传入水中。虽然研究了一些模拟装置，但要按比例扩大这些装置则很可能是非常昂贵的。涉及海藻的美国系统也在研制中。

另一种方法是用遗传学提高微生物吸收二氧化碳的能力。Karube把这种方法说成是“该计划的最终目标。”不过Karube认为即使固定率和培养条件都取得了进步，但由于按比例扩大生物反应器和日光收集器的经费庞大，所以以海藻为基础的系统所起的作用也将是有限的。他认为这种系统将证明只适合处理含较低二氧化碳水平的废气流，例如化学制品加工厂和液化天然气发电厂。它们散发的二氧化碳气体浓度仅为3%左右。至于火电厂，其他方法很可能证明是更可行的。

日本有几个研究计划正在研究清除废气二氧化碳的方法。东京电力公司横须贺发电厂的研究人员正在实施两个清除废气二氧化碳的小型试验厂，一个厂使用叫做吸附的物理方法，而另一个厂则使用叫做吸收的化学方法。

在第一种方法中，废气通过矿质沸石小球过滤，而二氧化碳分子则粘附在小球上。第二种方法则靠液态化学物质吸收废气的二氧化碳。

这两种方法都将接近两年的试验评价目标。根据经验，使用物理吸附法是没有问题的。然而化学吸收法已证明遇到了化学吸收剂显著降解和设备腐蚀的困难，不过这种方法在技术上仍是可行的。

但是这两种技术都不打算执行。横须贺的两个小型试验厂只有处理发电厂废气所需尺寸的1%。按比例扩大，二氧化碳清除设备将达到其锅炉本身的大小和费用。

美国公用事业资助电力研究所的一些研究得出了类似的结果：处理被捕获和浓缩的二氧化碳所需费用将达到发电厂发电费用的35%。

费用不是唯一的问题。日本电力工业中心研究所环境研究副所长Hiroshi Shikata说：“必须确定怎样处理二氧化碳的问题。”

一种选择是以碳黑的形式贮藏二氧化碳。另一种选择是用泵将二氧化碳打送到施工或废油气井中。这种方法已在俄克拉何马油田实施。Shikata说，这种技术只适合位于油气田附近的发电厂。

为了处理其他发电厂的二氧化碳，有些研究人员正在注视海洋。挪威的一个科学家小组希望建造一个浮动式发电站，以便从海底储层提取油气，用泵把二氧化碳打送回储层。在一个更典型的方案中，先在内陆发电厂液化二氧化碳，然后输送到海洋处理。有好几个实验室都在对液化二氧化碳的方法开展工作。

1989年，一艘命名为Shinkai2000的日本深海研究船发现了在海底自然出现的视稳定状态的液态二氧化碳。Shikata说：“在9，800呎处，液态二氧化碳比海水重，因此有人认为在这个深度可以安全贮藏二氧化碳。”

这个研究所想用油船把液化二氧化碳运到海上，然后用泵将其打送到海底。德国斯图加特大学一位科学家提出了用冻结二氧化碳的方法制造能在深海地区爆炸的干冻“水雷”的创造物。日本、美国和欧洲的一些研究人员正在研究这种海洋处理技术的可行性、环境影响和费用。

东京电力公司的一些小型试验厂使用物理、化学方法消除废气的二氧化碳，将收集的少部分二氧化碳液化，并在模拟9，800呎深度压力的容器，内注入海水中。液态二氧化碳具有半融雪的稠度，并渐沉入海底。

避免处理二氧化碳的方法可能是使二氧化碳进入再循环、与氢化合成甲烷或甲醇之类的烃燃料。研究人员试图提高促进这些反应的催化剂性能。

以仙台为基地的Tohoku电力公司最近宣布了应用铑-锰催化剂的进展情况。用1：4的比例混合二氧化碳和氢，加热和加压，然后使之通过催化剂。电力公司的科学家们声称，实际上与氢分子结合的全部碳都形成了甲烷。该公司相信这种技术可以按比例扩大。可是该公司的副总经理说：“我们仍处于实验阶段。”氢和铑都是昂贵的商品。而且二氧化碳的分离和转化过程也需要能量，这将导致发电厂效率的全面降低。

横滨东芝公司实验室的一个小组试图跳过二氧化碳的分离步骤。把诸如乙炔之类的废气和氢基气体限制在一个盒子内，然后用电子束或激光光束碰撞它们。用光束能量激发这些气体分子，就可使它们分裂，重新形成各种结合体。迄今为止，这种方法已经产生了甲醇和一氧化碳，并被用作制造更多甲醇的原料。

科学家们还发现了诸如由气体形成的聚苯乙烯沉淀物之类的固态有机聚合物。供气化学物质含量的变化可能导致甲烷和丙烷之类其他产物的出现。

东芝公司高级工程小组经理Takataro Hamajima说，这种方法的主要好处之一是它非常简单。用激光光束和电子束激发气体的基本技术也是众所周知的。可是直到现在有用产品的产量仍然不高。Hamajima说：“我们认为未来突破的可能性是存在的，但我们必须把它看作一个极长期的计划。

在该领域内工作的一位科学家预见到一种快速固定法。最近MITI咨询小组断定固碳计划不到进入下世纪很久不会对二氧化碳散发产生显著影响。同时，这个小组说能源保护只能达到这步。

MITI地球环境部前副部长Yoriko Kawaguchi视察现有环境计划时说，只有能源保护不可能阻止地球变暖趋势。”她说：“我们需要技术突破MITI承认要想完成那样的突破绝非易事。Kawaguchi说：“我们必须尽早开始研究与开发。成果不久就会出现。”

[Popular Science，1994年2月]