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把二氧化碳变成汽油,靠谱吗?

21.06.2017
冯灏
 
中国科学家实现了二氧化碳加氢制汽油转化效率的突破,这一技术有多大应用前景?对气候变化又意味着什么?
 
图片来源:cwizner
 
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(CCU)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。
 
之前已经有科学家试图用二氧化碳与氢分子试制汽油,但此前这一化学反应所得的烃类化合物中最多只有一半是汽油馏分烃,而此次研究设计的催化剂在接近工业生产的条件下将这一比例提高到78%。
 
研究团队成员葛庆杰告诉中外对话,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。葛表示,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,预计五年左右可完成工业化示范。
 
用化学反应把二氧化碳直接回收为能源,这无异于是将自然界耗费亿万年的化石燃料生成过程在实验室里缩短到一瞬间。有这么好的事吗?
 
首先,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,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。
 
最后,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。
 
比如,对于海上作业的应用场景来说,目前海上工业设备大规模燃烧化石能源,排放出二氧化碳,溶解在海水里,造成海水酸化,严重威胁海洋生物及海洋环境。通过电解海水,生成氢气和氧气,氧气可以被运用到供给海下人员呼吸,而二氧化碳加氢可以生成液体燃料,为相关设备供给能源,形成更好的循环,同时还有利于海水的中性化,改善海洋环境。
 
一些工业界人士则对这一技术的应用不甚乐观。北京石油化工工程有限公司负责科研的工程技术人员告诉中外对话,这项在实验室理论条件下可行的技术,如果投入工业化生产,其生成的汽油成本是难以估算的,可能数倍于目前的汽油。
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