2016全球最熱的20大“碳捕獲”技術(shù)專題（一）

減少碳排放早就成了時(shí)髦的流行語(yǔ)，政府、公司、機(jī)構(gòu)都喜歡對(duì)此高談闊論，而真正要付諸實(shí)際行動(dòng)時(shí)卻往往選擇謹(jǐn)小慎微，種種現(xiàn)實(shí)問題似乎使這項(xiàng)造福人類的偉大事業(yè)總是說的比做的多。轉(zhuǎn)換一下思路，也還有另外一條途徑可走，而且更為積極主動(dòng)，這就是“碳捕獲”。7月15日，恰好是總獎(jiǎng)金為2000萬(wàn)美金的NRG COSIA Carbon XPRIZE的報(bào)名截止日期，近期Biofuels Digest也適時(shí)的評(píng)出了2016最熱的20項(xiàng)“碳捕獲”技術(shù)，借此機(jī)會(huì)“翊·化學(xué)”將分五個(gè)專題跟大家去認(rèn)識(shí)一下這二十項(xiàng)技術(shù)到底牛在哪里。

什么是XPRIZE

如果你是一個(gè)技術(shù)控應(yīng)該對(duì)XPRIZE不會(huì)陌生，其中最為大家熟悉XPRIZR項(xiàng)目莫過于“谷歌登月XPRIZE競(jìng)賽”，其總獎(jiǎng)金額達(dá)到3000萬(wàn)美金，號(hào)稱有史以來規(guī)模最大的國(guó)際鼓勵(lì)性質(zhì)的大獎(jiǎng)。

以下是XPRIZE的官方介紹：

“XPRIZE的使命就是尋找我們這個(gè)時(shí)代的重大挑戰(zhàn)——這其中包含了多種國(guó)危機(jī)和全球危機(jī)，以及市場(chǎng)失靈和商業(yè)機(jī)會(huì)，更多是在很多人看來遙不可及甚至是不可能完成的任務(wù)。為此我們?cè)O(shè)計(jì)和舉辦了相應(yīng)的大獎(jiǎng)賽，希望通過技術(shù)突破來造福人類。XPRIZE是一種高水準(zhǔn)、高激勵(lì)的競(jìng)賽，它力求突破一切極限，推翻一切不可能，讓世界變得更加美好。它匯聚世間各種奇想，啟迪他人達(dá)成相似的目標(biāo)，以此促進(jìn)創(chuàng)新，加快積極變化的速度”。

20大“碳捕獲”技術(shù)之一 Joule Unlimited稀薄空氣制燃料

數(shù)年來全世界的讀者一直關(guān)注著Joule Unlimited的命運(yùn)，他們的一舉一動(dòng)，以及他們直接利用二氧化碳、陽(yáng)光和水來制造碳?xì)浠衔锏倪h(yuǎn)大目標(biāo)——“稀薄空氣制燃料”就像幾年前給它起的名字。

這條路上諸多公司半途而廢而該公司堅(jiān)持下來了，現(xiàn)在他們的目標(biāo)是在2017年建造第一個(gè)商業(yè)化裝置。Joule Unlimited的神奇在很大程度上在于其超級(jí)低的生產(chǎn)成本。因?yàn)镴oule Unlimited的“太陽(yáng)燃料”（他們這樣稱呼，而不是用生物燃料）可與價(jià)格50美金每桶的原油進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。

是的，這就是Joule Unlimited的路線。在這條路線的秘密武器是ADM。這里的ADM可不是阿徹丹尼爾斯米德蘭公司（Archer Daniels Midland）。實(shí)際上這是一種酶，烷烴脫羧單加氧酶（alkane decaboxylative  monooxygenase），這種酶在二氧化碳和陽(yáng)光的存在下可以將烷醛結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成烷烴結(jié)構(gòu)。

20大“碳捕獲”技術(shù)之二 Algenol生物燃油制造流程

位于美國(guó)佛羅里達(dá)（Florida）邁爾斯堡市（FortMyers）的生物能源公司Algenol，因?yàn)殚_發(fā)了利用藍(lán)綠藻生產(chǎn)乙醇和其他燃料的技術(shù)正為越來越多的人所認(rèn)識(shí)。這種海藻并不依賴于糧食作物作為原材料，而是利用陽(yáng)光與鹽水將空氣中的C02和工業(yè)排放物轉(zhuǎn)變成燃料同時(shí)可以急劇減少碳足跡、成本和用水量。這是對(duì)公司、對(duì)社會(huì)、對(duì)環(huán)境多贏的方案。該項(xiàng)工藝具有潛力引發(fā)該領(lǐng)域的技術(shù)革命，減少燃料生產(chǎn)的碳足跡。

Algenol的混合型海藻被放置在專有的光生物反應(yīng)器（proprietary photobioreactors,PBRs）中在鹽水中生長(zhǎng),這樣可以最大化的減少異養(yǎng)污染物和減少用水量。

光飽和是水生植物的光合作用的常見壁壘，發(fā)生在光子吸收速率大于藻類能利用光子的速率，（例如碳固定），因此多余的光子能量在非專屬光反應(yīng)流程中被浪費(fèi)掉了。相對(duì)于平行系統(tǒng)，Algenol的縱向PBR系統(tǒng)提供了一個(gè)生產(chǎn)能力的優(yōu)勢(shì)，即通過利用PBR更大的表面積傳遞一個(gè)稀釋的的福照度，從而限制了光飽和。

20大“碳捕獲”技術(shù)之三 CarbonCure用廢二氧化碳制造混凝土

CarbonCure科技開發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，可以通過循環(huán)使用CO2廢氣轉(zhuǎn)變成環(huán)保性更好的混凝土。CarbonCure使用這項(xiàng)技術(shù)翻新混凝土工廠，即通過循環(huán)利用二氧化碳生產(chǎn)既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的混凝土產(chǎn)品，現(xiàn)在二氧化碳不再僅僅是一種溫室氣體，更是一種有價(jià)值的材料以幫助制造出更好的混凝土產(chǎn)品。

二氧化碳作為大宗商品由當(dāng)?shù)氐墓I(yè)氣體供應(yīng)商提供，這些氣體需要現(xiàn)場(chǎng)貯存在滿足工廠要求的專用壓力儲(chǔ)罐中。而一旦注入到混合器中，二氧化碳就被永久轉(zhuǎn)換成非常細(xì)的固體礦物質(zhì)，并與原來混凝土混在了一起。與化學(xué)混合系統(tǒng)類似這項(xiàng)技術(shù)被設(shè)計(jì)適應(yīng)于所有生產(chǎn)裝置與材料。

CarbonCure的這項(xiàng)技術(shù)涉及的主要反應(yīng)為二氧化碳和水泥的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)混凝土在攪拌過程中加入二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳與水反應(yīng)形成碳酸根離子，接著碳酸根離子迅速與從水泥中釋放出來的鈣離子反應(yīng)并快速形成類似石灰石的材料。這種礦物質(zhì)以納米形式分散在整個(gè)混凝土分散體系中。這種由二氧化碳到固體碳酸鹽礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化意味著二氧化碳已在混凝土內(nèi)永久綁定不會(huì)被釋放到大氣中。

20大“碳捕獲”技術(shù)之四 OPUS 12 重新構(gòu)想催化劑

OPUS 12利用了一個(gè)高性能反應(yīng)器作為一個(gè)平臺(tái)技術(shù)可以將空氣中的CO2轉(zhuǎn)化為一系列產(chǎn)品，不同的產(chǎn)品取決于不同的催化劑。目前很多由石油制造的產(chǎn)品都可由循環(huán)使用CO2與可再生電力生產(chǎn)的產(chǎn)品代替。LawrenceBerkeley國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的CyclotronRoad項(xiàng)目孕育了這項(xiàng)清潔技術(shù)。

近幾年對(duì)二氧化碳轉(zhuǎn)化的催化劑和反應(yīng)器工藝設(shè)計(jì)的理解得到了極大地提高了。產(chǎn)物選擇性高于90%，能量效率高于50%的可行性已經(jīng)得到證明。但是由于在現(xiàn)有條件下，把催化劑與傳統(tǒng)電解器進(jìn)行整合非常困難，所以這些發(fā)現(xiàn)還不足以形成商業(yè)化。

OPUS12的關(guān)鍵創(chuàng)新：Opus 12通過一個(gè)新型氣體擴(kuò)散層將一些尖端催化劑結(jié)合到一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)器中以增加催化劑表面的CO2濃度，這樣可以使高反應(yīng)效率隨著時(shí)間保持穩(wěn)定。他們第一個(gè)市場(chǎng)目標(biāo)選擇了一氧化碳，Opus12認(rèn)為一氧化碳有選擇性的和高效的形成實(shí)現(xiàn)液體燃料生產(chǎn)的第一步。

未完待續(xù)，歡迎持續(xù)關(guān)注翊·化學(xué)。

參考文獻(xiàn)

1.Carbon Dioxide Utilization in Ready-Mixed Concrete Production，Carbon Cure

2.A new dawn for industrial photosynthesis，Dan E. Robertson etc，Photosynth Res (2011) 107:269–277

3.Life Cycle Energy and Greenhouse Gas Emissions for an Ethanol Production Process Based on Blue-Green Algae，Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 8670–8677

4.recycling CO2 back into fuels and chemicals applications & affiliations，Nicholas Flanders etc, Opus 12

5.biofuels Digest

6.http://carbon.xprize.org/

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