时间: 2023-09-23 07:13:41 | 作者: 实验台
根据比尔-盖茨在他的气候书中所说，全世界内，工业生产过程占温室气体排放总量的31%，发电占27%。两者都是使用和燃烧煤炭、石油和天然气等化石燃料产生的温室气体。
因此，在二氧化碳漂浮到大气中之前，将其捕获是减缓全球变暖的重要的条件。即可以在发电厂和工厂（包括钢铁制造设施等）排放二氧化碳时进行捕捉，这种技术被称作碳捕集技术。
2022年4月，政府间气候平均状态随时间的变化专门委员会（IPCC）发布了其第三工作组报告，重点是缓解气候平均状态随时间的变化。在概述的排放限制措施中，碳捕获和储存被列为实现净零排放的必要途径，特别是在钢铁和化工生产等难以脱碳的行业。
过去10年里，虽然碳捕获技术取得了不少创新和改进，新的碳捕获过程可节省更多能源，但鉴于成本高昂，碳捕获技术一直未曾腾飞。
不过，一直有不少科学家在致力于降低碳捕获技术成本，并为收集的二氧化碳找到其他用武之地。
最近，美国太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Lab ,PNNL）的科学家们发现了一种创纪录的低价碳捕获方法，采用新技术后，每吨碳捕获成本降至39美元，被同行评议的科学杂志称为“最便宜”的碳捕集技术。
以采用直接碳捕获技术为例，即直接在空气中吸走存在的二氧化碳。这个成本可能为每吨200美元或更多，像瑞士ClimeWorks公司就正致力于这项技术。如果从烟气中捕获二氧化碳，则平均成本在46美元每吨。
更重要的是，在工业流程中，如制造钢铁、水泥、化肥、纸浆和造纸以及生物能源，都能够最终靠这种新技术减少二氧化碳排放。尤其是未来在绿色水泥和钢铁制造中的使用。
PNNL的技术使用了溶剂化学，从源头上清除二氧化碳，而不是从空气中吸走它。
当气体从发电厂或工厂出来时，就会马上被输送到一个非常大的房间。同时，一种液体从房间的顶部喷下来。气体上升，液体下降，两种物质混合。经过处理的气体从房间顶部离开，含有二氧化碳的液体被吸走。
之后，该液体被加热，直到二氧化碳作为气体被释放。释放后的二氧化碳被压缩并储存运输到另外的地方。剩余的液体，在去除二氧化碳气体后，被冷却并送回该过程的第一阶段。
PNNL系统比其他碳捕集系统便宜的原因主要在于，它是在2%的水中运行，而不是多达70%的水，这是以前类似碳捕集技术的瓶颈所在。
通常，加热水需要很长的时间和大量的能源。这就像在平底锅上加热油与煮沸的水，油的温度上升得更快。因此，PNNL系统采用这个原理，用类似于油的东西取代了水。在系统中去除水后，整个碳捕集过程变得更便宜。
不过，即使有这种创新，碳捕捉系统也需要大量的能源，大多数来源于于连接碳捕集系统的发电厂。
一个已安装的碳捕集机将使用发电厂产生的多达30%的能量来去除90%的二氧化碳。这被称为碳捕集技术的 寄生负荷。为了恢复全部能源能力，发电厂将不得已燃烧更多的能源。
目前，这项技术由美国能源部和SoCalGas（一家天然气分销公司）各出资一半来资助研究，大约为120万美元。
通常，这些碳捕集系统是非常昂贵的，在一个电力反应堆上安装一个将花费7.5亿美元。因此，假如没有严格的政府授权或财政激励，发电厂或工厂主运营商正常情况下不会花这笔钱。
为了使这项技术在经济上更着迷，PNNL的研究人员开发了一个较小的模块化反应器，该反应器将把碳捕集系统中1%到2%的溶剂泵入另一个较小的模块化反应器，并利用它来制造企业能销售的产品，比如甲醇、甲烷或别的类型的碳酸盐产品。
图说：步入式通风柜内装有碳捕获和转化系统，可以简单有效地去除气体中的二氧化碳。在通风柜的左侧，气体排放物被引导通过一个圆柱形容器，其中包含一种能够与二氧化碳发生化学反应的溶剂。在右侧，二氧化碳转化为甲醇。
用二氧化碳来制造甲醇并不新鲜，但是在一个连续流动的系统中捕获碳，然后将其转化为甲醇，是非常难得的。传统上，捕获和转化作为两个不同的步骤发生，由每个过程独特的、通常是非互补的化学成分分开。
以甲醇为例，作为现存产量最高的化学品之一，被称为“平台材料”，其用途广泛，是人类制造的第三或第四大化学品。目前甲醇被用于数百种普通产品，包括塑料、油漆、汽车零部件和建筑材料。它还能成为卡车、公共汽车、船舶、燃料电池、锅炉和炉灶的能源来源。
如果碳捕集装置能同步生产甲醇并出售，能提供经济来源，从而能够降低捕获二氧化碳的成本。目前市面上，每加仑甲醇售价为1.2美元，生产20加仑甲醇可以消耗一吨的二氧化碳。
专家表示，如果我们也可以用二氧化碳衍生的甲醇取代化石生产的甲醇，这能成为制造燃料和化学品的负碳化学方法之一。
目前，中国的绿色甲醇技术也很成熟，主要是采用的是煤制甲醇，尤其在山西，作为焦炭生产省份，焦化总产能约1.4亿吨，可以制取绿色甲醇约1400万吨，消纳二氧化碳超1200万吨。
虽然制取甲醇过程中消耗了二氧化碳，但它还需要氢气，而氢气本身需要能量来生产。不过，中国南方科技大学创新创业学院院长刘科认为，在煤制甲醇的应用场景中，氢气可以由可再次生产的能源来制造，如太阳能和风能，同时副产氧气供煤气化用，就能够解决很多排放问题。
在PNNL系统中，除去一部分被用来制作甲醇的二氧化碳外，其余的将被封存。一般来说，封存二氧化碳比捕获它要便宜得多。根据国际能源署的报告，美国一半以上的二氧化碳封存成本低于每吨10美元。
方法是将二氧化碳注入地球地下830米的玄武岩处，几年之后，二氧化碳气体会与岩石发生反应，转化为一种稳定的碳酸盐固体，永久地储存在地下。
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