技術與應用

2016全球最熱的20大“碳捕獲”技術專題(一)


減少碳排放早就成了時髦的流行語,政府、公司、機構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小慎微,種種現實問題似乎使這項造福人類的偉大事業總是說的比做的多。轉換一下思路,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”。715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,借此機會“翊·化學”將分五個專題跟大家去認識一下這二十項技術到底牛在哪裏。


什麽是XPRIZE


如果你是一個技術控應該對XPRIZE不會陌生,其中最為大家熟悉XPRIZR項目莫過於“穀歌登月XPRIZE競賽”,其總獎金額達到3000萬美金,號稱有史以來規模最大的國際鼓勵性質的大獎。


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——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。為此我們設計和舉辦了相應的大獎賽,希望通過技術突破來造福人類。XPRIZE是一種高水準、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,啟迪他人達成相似的目標,以此促進創新,加快積極變化的速度


20大“碳捕獲”技術之一 Joule Unlimited稀薄空氣製燃料


數年來全世界的讀者一直關注著Joule Unlimited的命運,他們的一舉一動,以及他們直接利用二氧化碳、陽光和水來製造碳氫化合物的遠大目標——“稀薄空氣製燃料”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持下來了,現在他們的目標是在2017年建造第一個商業化裝置。Joule Unlimited的神奇在很大程度上在於其超級低的生產成本。因為Joule Unlimited的“太陽燃料”(他們這樣稱呼,而不是用生物燃料)可與價格50美金每桶的原油進行競爭。


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


20大“碳捕獲”技術之二 Algenol生物燃油製造流程


位於美國佛羅裏達(Florida)邁爾斯堡市(FortMyers)的生物能源公司Algenol,因為開發了利用藍綠藻生產乙醇和其他燃料的技術正為越來越多的人所認識。這種海藻並不依賴於糧食作物作為原材料,而是利用陽光與鹽水將空氣中的C02和工業排放物轉變成燃料同時可以急劇減少碳足跡、成本和用水量。這是對公司、對社會、對環境多贏的方案。該項工藝具有潛力引發該領域的技術革命,減少燃料生產的碳足跡。


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

光飽和是水生植物的光合作用的常見壁壘,發生在光子吸收速率大於藻類能利用光子的速率,(例如碳固定),因此多餘的光子能量在非專屬光反應流程中被浪費掉了。相對於平行係統,Algenol的縱向PBR係統提供了一個生產能力的優勢,即通過利用PBR更大的表麵積傳遞一個稀釋的的福照度,從而限製了光飽和。


20大“碳捕獲”技術之三 CarbonCure用廢二氧化碳製造混凝土


CarbonCure科技開發了一項技術,可以通過循環使用CO2廢氣轉變成環保性更好的混凝土。CarbonCure使用這項技術翻新混凝土工廠,即通過循環利用二氧化碳生產既經濟又環保的混凝土產品,現在二氧化碳不再僅僅是一種溫室氣體,更是一種有價值的材料以幫助製造出更好的混凝土產品。


二氧化碳作為大宗商品由當地的工業氣體供應商提供,這些氣體需要現場貯存在滿足工廠要求的專用壓力儲罐中。而一旦注入到混合器中,二氧化碳就被永久轉換成非常細的固體礦物質,並與原來混凝土混在了一起。與化學混合係統類似這項技術被設計適應於所有生產裝置與材料。

CarbonCure的這項技術涉及的主要反應為二氧化碳和水泥的化學反應。當混凝土在攪拌過程中加入二氧化碳氣體,二氧化碳與水反應形成碳酸根離子,接著碳酸根離子迅速與從水泥中釋放出來的鈣離子反應並快速形成類似石灰石的材料。這種礦物質以納米形式分散在整個混凝土分散體係中。這種由二氧化碳到固體碳酸鹽礦物質的轉化意味著二氧化碳已在混凝土內永久綁定不會被釋放到大氣中。


20大“碳捕獲”技術之四 OPUS 12 重新構想催化劑


OPUS 12利用了一個高性能反應器作為一個平台技術可以將空氣中的CO2轉化為一係列產品,不同的產品取決於不同的催化劑。目前很多由石油製造的產品都可由循環使用CO2與可再生電力生產的產品代替。LawrenceBerkeley國家實驗室的CyclotronRoad項目孕育了這項清潔技術。

近幾年對二氧化碳轉化的催化劑和反應器工藝設計的理解得到了極大地提高了。產物選擇性高於90%,能量效率高於50%的可行性已經得到證明。但是由於在現有條件下,把催化劑與傳統電解器進行整合非常困難,所以這些發現還不足以形成商業化。


OPUS12的關鍵創新:Opus 12通過一個新型氣體擴散層將一些尖端催化劑結合到一個電化學反應器中以增加催化劑表麵的CO2濃度,這樣可以使高反應效率隨著時間保持穩定。他們第一個市場目標選擇了一氧化碳,Opus12認為一氧化碳有選擇性的和高效的形成實現液體燃料生產的第一步。

未完待續,歡迎持續關注翊·化學。


參考文獻

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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