二氧化碳變燃料,牛津大學新研究有望緩解全球變暖

2021-01-08 騰訊網

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來源:連線

編譯:sail2008

責任編輯:sunnisky

牛津大學一個研究團隊通過逆向工程法將這種溫室氣體轉換成燃料,但目前還只是在實驗室環境下。

過去十年航空業一直在尋找減少其全球碳排放量的方法,比如購買碳補償、植樹或風力發電廠,以彌補高空飛行的飛機所排放的二氧化碳。

與此同時,舊金山、芝加哥和洛杉磯的機場,以及歐洲的十幾家機場,都在用更環保的替代性燃料為飛機加油,以幫助實現碳減排目標。

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如今英國牛津大學一個研究團隊提出一種實驗方法,能將二氧化碳——所有燃氣發動機排放的溫室氣體——轉化為航空燃料。如果實驗成功,這個使用鐵基化學反應的過程可能會實現飛機的「淨零排放」。

發表在《自然通訊》(Nature Communications)雜誌上的這項實驗是在實驗室中進行的,仍需在更大規模上重複實驗,但設計和執行這一過程的化學工程師們希望它能扭轉氣候變化的局面。

「氣候變化正在加速,我們排放了大量的二氧化碳,」牛津大學化學系高級研究員、論文作者之一肖天存(音)說。「碳氫燃料的基礎設施已經完備。這一過程能幫助緩解氣候變化並利用現有碳基礎設施實現可持續發展。」

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當石油或天然氣等化石燃料燃燒時,它們的碳氫化合物被轉化為二氧化碳,並釋放出水和能量。該實驗逆轉了這一過程,用一種叫做有機燃燒法(OCM)的方法將二氧化碳轉化成燃料。

通過在二氧化碳中加入檸檬酸、氫和一種由鐵、錳和鉀組成的催化劑並加熱到350攝氏度(662華氏度),研究小組能生產出用於噴氣式發動機的液體燃料。該實驗是在一個不鏽鋼反應器中進行的,只產生了幾克這種物質。

實驗中的二氧化碳來自一個金屬罐,但將這一概念應用於現實世界的想法是,從工廠或直接從空氣中捕獲大量溫室氣體,以便將其從環境中清除。

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二氧化碳是使全球變暖最常見的溫室氣體,它由工廠、汽車和木材燃燒產生,包括森林火災和燒墾式農業。

儘管全世界的碳排放量過去幾十年裡一直在上升,並有可能在本世紀末使地球變暖2攝氏度,但將二氧化碳排除在大氣之外可能有助於緩解全球變暖。

肖和他的同事稱這種新方法將比把氫和水轉化為燃料(該過程被稱為氫化)的現有方法更廉價,主要是因為這種方法耗電量更少。

肖預計未來將在鋼鐵廠、水泥廠或煤電廠旁建航空燃料廠,捕捉其過剩二氧化碳來製造燃料。該過程還包括從大氣中吸收二氧化碳,這被稱為直接空氣捕獲。論文作者稱這種催化劑在地球上非常豐富,比其他合成高附加值化學品的方法所需要的步驟更少。

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一位沒有參加該實驗的專家稱這一概念看起來很有前景,前提是該實驗的研究者走出在實驗室中生產極少量航空燃料的環節,在中間試驗工廠中生產出更大量的航空燃料。

代頓大學機械和化學工程副教授喬舒亞·海恩說:

「這看起來確實不一樣,而且似乎可行。擴大規模一直是個問題,當擴大規模時,總會有新的驚喜。但就長期解決方案而言,循環碳經濟肯定會成為未來的趨勢。」

在這種「循環碳經濟」中,二氧化碳既是廢物也是燃料。如果可替代性航空燃料工廠能使用風能或太陽能等綠色電力,那麼在碳排放上花的錢將帶來更大的回報。

SkyNRG未來燃料項目主管Oskar Meijerink說,這樣一來,飛機燃料和二氧化碳原料都將以一種可持續的方式產生。SkyNRG是一家總部位於荷蘭的公司,向各個機場生產、購買和銷售可持續航空燃料。

「你需要使用可再生電力,」Meijerink說。「挑戰在於,如果我們使用鋼鐵廠排放的二氧化碳,那麼該如何推動鋼鐵廠自身實現碳中和?」完美的解決方案是讓這些行業都變得更加可持續,並利用這種技術直接從空氣中收集二氧化碳。」

至於牛津大學實驗及其基於二氧化碳的新航空燃料,它可能必須與眾多測試中的其它替代傳統航空燃料的候選燃料接軌。

這些替代性燃料的原料包括城市固體垃圾、稻草、林木生物質,甚至廢棄食用油,能源巨頭英國石油公司採用的就是這種工藝。

牛津大學的肖研究員認為,新的二氧化碳燃料有機會與這些替代性燃料一較高下。

2006年,肖創立了綠色燃料公司Oxford Catalysts,即現在的Velocys。

Velocys在一家以城市垃圾為原料的英國工廠為殼牌和英國航空公司開發替代性航空燃料,並利用美國密西西比州一家工廠的廢紙和木材為卡車開發柴油燃料。

他稱自己正在與幾個大型行業夥伴討論新的二氧化碳轉換方法。

「挑戰並不大,」他說,「但我們需要優化流程,提高能源利用效率。」

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