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二氧化碳变汽油?现实很骨感!

本站 2017-06-28 10:41:17

      二氧化碳,被公认为是全球气候变暖的罪魁祸首,也是近年来各国都在努力减排的温室气体。不过,最近新闻上说可以用二氧化碳直接加氢制取汽油,这听起来非常不错吧?汽油可是当前全球用量最大的燃料之一,特别是汽车诞生以来。如果以二氧化碳作为原料生产汽油,将是一种潜在替代化石燃料的清洁能源策略,不仅可有效降低二氧化碳造成的温室效应,还可减轻对传统化石能源的依赖,一举多得。

      理论上全球每年需要减少约420亿吨二氧化碳才能阻止气候继续恶化,除了直接减排,对已经产生的二氧化碳进行转化利用也一直是全球关注的热点。但目前碳捕集与利用技术对于减缓气候变化的贡献率难以超过1%,可谓杯水车薪。

      中国科学家近期发表的一项把二氧化碳转化为汽油的新研究引起了广泛关注。中国科学院大连化学物理研究所葛庆杰、孙剑团队通过设计一种新型多功能复合催化剂,实现了高效率的二氧化碳加氢直接制取汽油。这一突破性研究于5月发表在《自然-通讯》杂志上。

      研究团队成员葛庆杰称,研究团队不仅完成了技术突破,而且采用了接近工业生产的操作条件和氯化铁等相对便宜的催化剂原料。他表示,对于该技术研究的工业化应用,团队还是比较有信心的,但同时又面临诸多困难,如原料气纯度要求、汽油品质验证及产率进一步提高等等,如顺利的话,预计5年左右可完成工业化示范。

真的可以减碳吗?

      从理论上看,该工艺以二氧化碳作为原料,产物是石油;石油燃烧,回到二氧化碳。过程本身是碳中和的,并不会直接减少全过程的二氧化碳排放。但是,相比开采化石能源,这一工艺生成的能源也不会造成更多二氧化碳从地下进入大气。

      而这一技术可以转化的二氧化碳量级受制于二氧化碳的获得渠道。目前二氧化碳的捕集工艺还不能处理空气中低浓度二氧化碳。葛庆杰也表示,这一过程适合应用于大量集中排放二氧化碳的工业设施。


能源转换效率够高吗?

      从热量投入角度来看,一般的二氧化碳活化需要吸收能量,中国国家发展和改革委员会能源研究所研究员姜克隽表示二氧化碳分子因为性质稳定,对其活化很难真正实现小的能源投入获得大的能源产出。

      对此,葛庆杰解释说,二氧化碳加氢制汽油烃燃料是一放热过程,能耗相对较低。

      但是,在化学反应开始之前,将原料气体加温加压到所需要的温度和压力,仍然是需要能量的,制氢本身更是大量耗能。姜克隽认为,如果投入工业化应用,考虑整个过程的能量输入,比如燃烧化石能源的电力供给,再加上能量在转化过程中的损耗,从能源效率来讲可能是不划算的。


经济上可行吗?

      二氧化碳制汽油要实现工业化应用,最大的瓶颈还在其经济性差。

      葛庆杰指出,虽然反应涉及到的催化剂、工艺和设备等都非常接近石油化工的目前配置,但是其原料氢气的成本及来源是限制该过程经济性及应用推广的一个关键因素。他认为这个工艺适合某些特定的应用场景,比如氢气廉价、二氧化碳富集的地方。

      原料虽然是看似空气中有的是,无穷无尽,但二氧化碳分离一直还受制于成本高的困扰。原料来源始终是一个绕不开的问题。原料问题中还有一道难题,就是必须要加氢,既然氢气是清洁高效的燃料,我们直接用氢做燃料不就好了,又何必如此耗费能量把氢气和二氧化碳制成汽油再烧掉呢?

      葛庆杰十分明确地表明,即使以后产业化了,也不会取代石油化工,最多算炼油的一个有益的补充,因为还有两个不利的因素决定着,一是汽油消费税比较高,二是碳排放税尚未实施,经济性方面的确是一个问题。

葛庆杰认为,研究团队研究成果在航天和军工的角度价值更大一些,以前美国海军研究水制油其实初衷是考虑用水中的二氧化碳制油,假如能成功,将有助于帮助海军舰艇在远海战争中摆脱燃料制约。


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