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二氧化碳捕集技术不是对抗气候变化的灵丹妙药_光碳核肥_化肥,碳氢冲施肥

林海周:烟气二氧化碳捕集胺类吸收剂研究进展

GEDI | 南方能源建设 烟气二氧化碳捕集胺类吸收剂研究进展 林海周 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室 摘要:胺类化学吸收法是目前燃烧后捕集烟气二氧化碳最成熟的技术,但存在捕集能耗过高的问题,开发新型

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碳酸钙可用作土壤肥料

一家加拿大企业的新技术,由于可以低成本捕集空气中的二氧化碳备受赞誉。但作者在文章中指出,类似的二氧化碳捕集技术并非大众以为的那样简单,还存在着一些问题有待解决。

联合国近期的重要报告指出,如果我们要将气温上升限制在1.5°C并防止气候变化带来的灾难性影响,我们需要在2050年将全球二氧化碳排放量减少到净值为零。这意味着要快速减少化石燃料的使用——但为了缓冲这种变化,并抵消目前没有替代燃料地区的碳排放,我们需要积极地从大气中去除二氧化碳。植树造林和还林还草是这一解决方案的重要组成部分,但如果我们要防止气候的崩溃,则很可能需要进一步的技术援助。

因此,当最近有消息称加拿大Carbon Engineering公司利用一些众所周知的化学物质以每吨不到100美元的成本从大气中捕获二氧化碳时,许多媒体称这一里程碑般的技术是对抗气候变化的灵丹妙药。不幸的是,总体上来看并不是那么简单。真的从碳源到碳汇达到平衡是一项微妙的工作,我们认为,所涉及的能源成本和捕获后二氧化碳可能的下游消耗都意味着Carbon Engineering公司的“解药”绝非魔术。

考虑到二氧化碳只占我们空气中分子的0.04%,捕获它似乎是一个技术上的奇迹。但自18世纪以来化学家们一直都在小规模地进行这项工作,甚至可以利用当地五金店中提供的工具完成这项工作(尽管这样做效率很低)。

正如中学化学所告诉我们的,二氧化碳与石灰水(氢氧化钙溶液)反应生成乳白色不溶性碳酸钙。其他氢氧化物也可以以同样的方式捕获二氧化碳。氢氧化锂是阿波罗13号上二氧化碳吸收器的基础,其可以保证宇航员的生命活动;而且氢氧化钾能够有效地捕获二氧化碳,甚至可以用来测量燃烧物质的碳含量。在这个过程中使用仪器诞生于19世纪,现在仍然是美国化学学会标志上的符号。

不幸的是,这不再是一个小规模的问题——我们现在需要捕获数十亿吨的二氧化碳,而且要快。

Carbon Engineering公司的技术是氢氧化物化学。在不列颠哥伦比亚省的中试工厂,他们利用大风扇吸入空气通入氢氧化钾中,反应形成可溶碳酸钾。然后将该溶液与氢氧化钙混合,生成易于分离的碳酸钙固体以及氢氧化钾溶液,氢氧化钾溶液可以重复使用。

这一过程的能源成本相对较低,其产品本质上是石灰石——但制造大量碳酸钙并不能解决我们的问题。尽管碳酸钙在农业和建筑业中都有应用,但作为商业用途,这一工艺的成本太高了。由于需要大量的氢氧化钙,这对于政府资助的碳储存项目来说,也不是一个可行的选择。而直接从空气中捕捉产生浓缩的二氧化碳作为其产品,可以安全储存或使用,满足项目可行性的要求。

因此,固体碳酸钙被加热到900℃来回收纯的二氧化碳。这最后一步需要消耗大量的能量。在Carbon Engineering公司的天然气发电厂中,每捕获一吨空气,整个循环产生半吨二氧化碳。工厂确实捕获了这些额外的二氧化碳,也当然可以利用可再生能源为实现更健康的碳平衡提供动力——但是如何处理所有捕获的气体,仍然是个问题。

瑞士的初创公司Climeworks也在使用类似的二氧化碳二氧化捕集技术,来促进附近温室的光合作用并提高作物产量,但目前成本还远没有竞争力。二氧化碳可以从其他地方获得,仅为Carbon Engineering公司100美元底价的十分之一。政府也有更便宜的方法来抵消排放:在排放源捕获二氧化碳要容易得多,因为那里的浓度要高得多。因此,这项技术可能主要用于高排放行业,这些行业可能会因二氧化碳绿色资质受益。

例如,Carbon Engineering捕集技术的主要投资者之一是Occidental Petroleum石油公司,它是Enhanced Oil Recovery(提高石油回收率)方法的主要使用者。这类方法中有一种,将二氧化碳泵入油井增加井压或者提高原油流动性,从而提高了可回收原油量。然而,当算上运输、提炼额外石油的能源成本在内,该方法可能反而会增加净排放量。

Carbon Engineering公司的另一个关键业务是其空气转化燃料技术,即将二氧化碳转化为可燃液体燃料,以备再次燃烧。理论上,如果过程的每一步都由可再生能源提供动力,这就提供了一个碳中性燃料循环。然而,即使是这样也与负排放技术相去甚远。

林海周:烟气二氧化碳捕集胺类吸收剂研究进展

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目前还有许多有潜力的替代方案。金属有机框架材料是一类海绵状的固体,它们可以将足球场表面积大的二氧化碳积挤压成一个糖块大小。使用这样的表面技术进行二氧化碳捕所需的能源要少得多,已经有公司开始探索这项技术的商业潜力。然而,大规模生产技术尚不完善,对二氧化碳捕集项目长期稳定性的质疑,意味着它的高昂成本尚不值得。

在未来十年内,实验室中的技术尚不可能用于千兆吨级二氧化碳捕集项目做准备,因此,CarbonEngineering和Climeworks采用的方法是到目前为止的最佳方法。但重要的是要记住,它们并不近乎完美。我们需要尽快找到更有效的二氧化碳捕获方法。正如Carbon Engineering的创始人David Keith他自己指出的那样,碳移除技术被决策者夸大了,到目前为止它得到的研究资金其实“非常少”。

更简单地说,将捕获空气视为灵丹妙药是一种诱惑,我们必须抵制这种诱惑,这样我们就不必解决碳上瘾问题。减少或中和掉碳氢燃料生命周期中的碳负荷,可能才是向负排放技术迈进的一步。但这只是其中一步。在碳排放上已经错了这么久,如今我们要做的已经不仅仅是维持收支平衡了。

作者介绍:Chris Hawes是基尔大学无机化学讲师。

翻译:崔格瑞

审校:马晓彤

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本文来自:环球科学

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