2016全球最熱的20大“碳捕獲”技術(shù)專題（五）

減少碳排放早就成了時髦的流行語，政府、公司、機構(gòu)都喜歡對此高談闊論，而真正要付諸實際行動時卻往往選擇謹(jǐn)小慎微，種種現(xiàn)實問題似乎使這項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，這就是“碳捕獲”。7月15日，恰好是總獎金為2000萬美金的NRG COSIA Carbon XPRIZE的報名截止日期，近期Biofuels Digest也適時的評出了2016最熱的20項“碳捕獲”技術(shù)，借此機會“翊·化學(xué)”將分五個專題跟大家去認(rèn)識一下這二十項技術(shù)到底牛在哪里。

什么是XPRIZE

如果你是一個技術(shù)控應(yīng)該對XPRIZE不會陌生，其中最為大家熟悉XPRIZR項目莫過于“谷歌登月XPRIZE競賽”，其總獎金額達(dá)到3000萬美金，號稱有史以來規(guī)模最大的國際鼓勵性質(zhì)的大獎。

以下是XPRIZE的官方介紹：

“XPRIZE的使命就是尋找我們這個時代的重大挑戰(zhàn)——這其中包含了多種國危機和全球危機，以及市場失靈和商業(yè)機會，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)。為此我們設(shè)計和舉辦了相應(yīng)的大獎賽，希望通過技術(shù)突破來造福人類。XPRIZE是一種高水準(zhǔn)、高激勵的競賽，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”。

二十大“碳捕獲”技術(shù)之十七：

Sunfire來自直接碳捕獲的柴油

Sunfire的核心技術(shù)是固體氧化物能源核——一種高溫固體氧化物電池反應(yīng)堆，其通過一個持續(xù)的化學(xué)反應(yīng)，再加上氧化劑（來自于空氣中的氧氣）能把化學(xué)能源從氣態(tài)燃料轉(zhuǎn)化成電和熱。不像傳統(tǒng)的燃料電池只能在氫中運行，Sunfire燃料電池可以與不同的碳?xì)浠衔镆黄鸸ぷ?，比如天然氣、沼氣、液體石油氣和其他液烴燃料（甲醇、酒精和柴油）。

在彼此獨立的工藝流程中，用綠色電力運行的電解裝置把水分解成氫和氧。氫會和二氧化碳在兩種化學(xué)工藝流程中反應(yīng)，該反應(yīng)在220攝氏度的溫度，25bar的壓力下進(jìn)行，最后一種由碳?xì)浠衔锝M成的叫做Blue Crude的高能液體會被生產(chǎn)出來。這個工藝流程的效率高達(dá)70%。

就在不久之前，奧迪和Sunfire與Climework在Dresden一起合作建立了一家實驗工廠，并且開始生產(chǎn)一種合成燃料——奧迪e diesel。其根據(jù)power-to-liquid原則進(jìn)行操作，同時使用了綠色能源來生產(chǎn)液體燃料。到目前為止，DresdenReick Sunfire場地上的實驗工廠每天能夠生產(chǎn)大約160公升的Blue Crude。接近80%的產(chǎn)品能夠轉(zhuǎn)化成合成柴油。

二十大“碳捕獲”技術(shù)之十八：

White Dog Labs玉米、乙醇、二氧化碳增產(chǎn)技術(shù)

White Dog Labs開發(fā)了一個可以消除二氧化碳產(chǎn)生的新工藝，CO2是一種潛在的溫室氣體，該工藝在發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)化二氧化碳增加乙醇的產(chǎn)量，大約可以增加50%左右的發(fā)酵產(chǎn)量。該技術(shù)的副產(chǎn)品為酒糟、玉米油（可以從糧食中提?。┖退?。該工藝一個流程可以提高60%的丙酮產(chǎn)量，減少一半的二氧化碳，如果進(jìn)一步針對丙酮對工藝經(jīng)行優(yōu)化，加入補充的氫氣，可以得到零CO2排放，并使乙醇的產(chǎn)量增加50-60%，最高可以達(dá)到120%。

通過收購Elcriton，從特拉華大學(xué)剝離出來的一項生物技術(shù)，WDL研究員在科學(xué)文獻(xiàn)中報告他們已經(jīng)研發(fā)出了一種顛覆日常認(rèn)知的有機體系。這種有機體系能夠同時消耗糖分和二氧化碳。酵母會消耗糖分且轉(zhuǎn)化一半的糖成為乙醇，而且會放射出另一半的二氧化碳，不同于酵母，這種有機體能夠消耗其在一開始產(chǎn)生的二氧化碳。在這個突破使得MixoFerm不僅增加了產(chǎn)品的產(chǎn)出（比之前理論上可產(chǎn)出的量要高50%）同時又減少了二氧化碳的排放。

這家生物化學(xué)公司主要業(yè)務(wù)基于丙酮和異丙醇的生產(chǎn)，并計劃于2020年建立第一座年產(chǎn)75000噸的工廠。在上圖中，他們把丙酮和異丙醇描繪為一個具有相當(dāng)規(guī)模的市場。在美國，丙酮的市場為每年5億加侖，異丙醇的市場為1.5億噸（被用于塑料、溶液和個人護(hù)理上）。

二十大“碳捕獲”技術(shù)之十九：

USC空氣中的碳捕獲，從二氧化碳到甲醇的轉(zhuǎn)化

來自于南加洲大學(xué)的化學(xué)教授G. K. Surya Prakash，以及Nobel Laureate和南加大的George A. Olah教授今年發(fā)表在American Chemical Society雜志上發(fā)表的文章，闡述了一個通過均相催化劑，把空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇的技術(shù)方法。

以下是他們的報告：

這是我們第一次論證，通過使用均相催化體系，從空氣中進(jìn)行碳捕獲能夠直接轉(zhuǎn)化成79%產(chǎn)量的甲醇。從二氧化碳到甲醇的生產(chǎn)基于一個非常高效的已經(jīng)被研發(fā)出的均相催化體系，其在125-165℃的ethereal solvent中使用了五乙烯六胺和Ru-Machoo-BH（1）（主要的交叉頻率=70h-1 在145℃的時候）。通過對反應(yīng)混合物的進(jìn)行簡單的蒸餾可對甲醇的進(jìn)行分離。循環(huán)使用這個催化劑5次以上沒有出現(xiàn)顯著的活性下降（轉(zhuǎn)換數(shù)>2000），這表明了這套催化體系的穩(wěn)健性。

“研發(fā)穩(wěn)定的適用于減少二氧化碳并且能夠轉(zhuǎn)化成甲醇的均相催化劑是一個挑戰(zhàn)”Prakash告訴Phys.org。“大部分的催化劑會停止在甲酸階段。而且，我們需要一種能夠減少氨基甲酸酯或者烷基銨，而且能使碳酸氫鹽直接轉(zhuǎn)化為甲醇的催化劑。通過使用我們催化劑，這兩個目標(biāo)我們都達(dá)到了。我們會繼續(xù)研發(fā)更多穩(wěn)健的催化劑，希望這些催化劑能夠在100到120℃的情況下仍然能工作，我們想在將這個化學(xué)過程更多地運用在制備方面，這樣在化學(xué)過程當(dāng)中就沒有溶劑或者試劑的損失。”

“碳捕獲”技術(shù)之二十：

Cellana的多重產(chǎn)品策略

Cellana，一個領(lǐng)先的基于藻類的生物產(chǎn)品開發(fā)者，其使用地球上最具生產(chǎn)力的植物——海洋微藻類——通過光合作用來生產(chǎn)它的ReNew line of Omega-3 EPA 和DHA 油，動物飼料和食物，生物燃料和原料。

Cellana的ALDUO體系能夠在工業(yè)規(guī)模下保證非轉(zhuǎn)基因藻類經(jīng)濟(jì)的、可持續(xù)的、一致的進(jìn)行光合作用生產(chǎn)。Cellana打算建造和運作商業(yè)設(shè)施來生產(chǎn)這些產(chǎn)品，比如以集成藻類為基礎(chǔ)的生物提煉。迄今為止，研發(fā)Cellana的藻類應(yīng)變性、生產(chǎn)技術(shù)和Kona演示設(shè)施的投資經(jīng)費已經(jīng)超過了1億美元。

在2014年的夏天，美國能源部宣布給予Cellana350萬美元的補貼，用于加快其在可持續(xù)、可負(fù)擔(dān)的海藻生物燃料上的研發(fā)。Cellana被選中去研發(fā)一個完全集成的、高產(chǎn)的藻類原料生產(chǎn)體系，這項研發(fā)在他們的Kona演示設(shè)備上集合所有高級的品種的改良、培育和工藝技術(shù)。

為什么這350萬美元的補貼顯得如此意義非凡呢?因為這是第一次大規(guī)模的補助針對藻類集成產(chǎn)品包括Omega-3高附加值產(chǎn)品的生物精煉。一個觀察員記錄到，“相比于只追求單方面的成功，DOE正在努力想出一個辦法來使得他們能夠既能擁有可觀的生物燃料商業(yè)規(guī)模并同時能贏利。”

參考文獻(xiàn)

1.http://www.whitedoglabs.com/sustainable-chemicals/

2.http://cellana.com/technology/core-technology/

3.biofuels Digest

4.http://carbon.xprize.org/

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