技術與應用

2016全球最熱的20大“碳捕獲”技術專題(五)


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


二十大“碳捕獲”技術之十七:

Sunfire來自直接碳捕獲的柴油


Sunfire的核心技術是固體氧化物能源核——一種高溫固體氧化物電池反應堆,其通過一個持續的化學反應,再加上氧化劑(來自於空氣中的氧氣)能把化學能源從氣態燃料轉化成電和熱。不像傳統的燃料電池隻能在氫中運行,Sunfire燃料電池可以與不同的碳氫化合物一起工作,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工藝流程中反應,該反應在220攝氏度的溫度,25bar的壓力下進行,最後一種由碳氫化合物組成的叫做Blue Crude的高能液體會被生產出來。這個工藝流程的效率高達70%


就在不久之前,奧迪和SunfireClimeworkDresden一起合作建立了一家實驗工廠,並且開始生產一種合成燃料——奧迪e diesel。其根據power-to-liquid原則進行操作,同時使用了綠色能源來生產液體燃料。到目前為止,DresdenReick Sunfire場地上的實驗工廠每天能夠生產大約160公升的Blue Crude。接近80%的產品能夠轉化成合成柴油。

 

二十大“碳捕獲”技術之十八:

White Dog Labs玉米、乙醇、二氧化碳增產技術


White Dog Labs開發了一個可以消除二氧化碳產生的新工藝,CO2是一種潛在的溫室氣體,該工藝在發酵過程中轉化二氧化碳增加乙醇的產量,大約可以增加50%左右的發酵產量。該技術的副產品為酒糟、玉米油(可以從糧食中提取)和水。該工藝一個流程可以提高60%的丙酮產量,減少一半的二氧化碳,如果進一步針對丙酮對工藝經行優化,加入補充的氫氣,可以得到零CO2排放,並使乙醇的產量增加50-60%,最高可以達到120%


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

這家生物化學公司主要業務基於丙酮和異丙醇的生產,並計劃於2020年建立第一座年產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規模的市場。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(被用於塑料、溶液和個人護理上)。

 

二十大“碳捕獲”技術之十九:

USC空氣中的碳捕獲,從二氧化碳到甲醇的轉化


來自於南加洲大學的化學教授G. K. Surya Prakash,以及Nobel Laureate和南加大的George A. Olah教授今年發表在American Chemical Society雜誌上發表的文章,闡述了一個通過均相催化劑,把空氣中的二氧化碳轉化為甲醇的技術方法。

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係,從空氣中進行碳捕獲能夠直接轉化成79%產量的甲醇。從二氧化碳到甲醇的生產基於一個非常高效的已經被研發出的均相催化體係,其在125-165℃的ethereal solvent中使用了五乙烯六胺和Ru-Machoo-BH1)(主要的交叉頻率=70h-1 145℃的時候)。通過對反應混合物的進行簡單的蒸餾可對甲醇的進行分離。循環使用這個催化劑5次以上沒有出現顯著的活性下降(轉換數>2000),這表明了這套催化體係的穩健性。


研發穩定的適用於減少二氧化碳並且能夠轉化成甲醇的均相催化劑是一個挑戰”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化為甲醇的催化劑。通過使用我們催化劑,這兩個目標我們都達到了。我們會繼續研發更多穩健的催化劑,希望這些催化劑能夠在100120℃的情況下仍然能工作,我們想在將這個化學過程更多地運用在製備方麵,這樣在化學過程當中就沒有溶劑或者試劑的損失。

 

“碳捕獲”技術之二十:

Cellana的多重產品策略


Cellana,一個領先的基於藻類的生物產品開發者,其使用地球上最具生產力的植物——海洋微藻類——通過光合作用來生產它的ReNew line of Omega-3 EPA DHA 油,動物飼料和食物,生物燃料和原料。

CellanaALDUO體係能夠在工業規模下保證非轉基因藻類經濟的、可持續的、一致的進行光合作用生產。Cellana打算建造和運作商業設施來生產這些產品,比如以集成藻類為基礎的生物提煉。迄今為止,研發Cellana的藻類應變性、生產技術和Kona演示設施的投資經費已經超過了1億美元。


2014年的夏天,美國能源部宣布給予Cellana350萬美元的補貼,用於加快其在可持續、可負擔的海藻生物燃料上的研發。Cellana被選中去研發一個完全集成的、高產的藻類原料生產體係,這項研發在他們的Kona演示設備上集合所有高級的品種的改良、培育和工藝技術。

為什麽這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模的補助針對藻類集成產品包括Omega-3高附加值產品的生物精煉。一個觀察員記錄到,相比於隻追求單方麵的成功,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規模並同時能贏利。

 

參考文獻

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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