美科學(xué)家利用太陽能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料

1、美科學(xué)家利用太陽能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料2011-08-16 10:37:55來源: 網(wǎng)易探索有235人參與 手機看新聞 轉(zhuǎn)發(fā)到微博(2)核心提示：美國能源部桑迪亞國家實驗室“從陽光到汽油”計劃制造一種高效的化學(xué)熱能發(fā)動機來驅(qū)動燃料生產(chǎn)，計劃所需能量全部來自于太陽能。網(wǎng)易探索8月16日報道 對于清潔環(huán)境而言，回收瓶瓶罐罐，回收舊報紙算是一些簡單舉動。要是收集和重復(fù)利用二氧化碳也有這般容易，能將這種化石燃料燃燒產(chǎn)生的溫室氣體變廢為寶就好了。實際上，目前有些新公司和研究者正在致力于這方面的研究。比起分設(shè)玻璃、鋁和紙張垃圾箱，回收二氧化碳要復(fù)雜得多。但許多科學(xué)家認(rèn)為，不僅值得在這上面付出努力，而且這也

2、是一條可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵途徑。當(dāng)前氣候變化對地球的威脅如此之大，想要解決這個問題就必須采用“負(fù)碳”技術(shù)，這意味著要從大氣中吸收溫室氣體并將其投入生產(chǎn)。從煤廠或煉油廠捕獲二氧化碳并將其存于地下的設(shè)想已經(jīng)獲得了眾多關(guān)注。一些試點計劃正在運營和建設(shè)中。而對于真正重復(fù)利用或回收CO2的設(shè)想，關(guān)注者卻沒那么多。在科學(xué)上，我們早就知道將CO2和水中的氫重新組合制成碳?xì)浠衔铮次覀兪煜さ娜剂?，如汽油）是可能的。饒有諷刺性的是，問題在于這一重組過程需要太多的能源。不過開拓性的研究者和企業(yè)家認(rèn)為，回收CO2制成燃料的技術(shù)已經(jīng)顯露曙光。甚至技術(shù)上可以直接從空氣吸收二氧化碳，而不是回收煤廠廢氣。要驅(qū)動汽車，用不著再

3、去鉆探石油，只需從稀薄的空氣中吸取成分制成碳?xì)浠衔锛纯?。碳科學(xué)公司CEO拜倫·埃爾頓說，人們將CO2看作討厭的東西，而我們的口號是：把它給我們吧，我們能將它變汽油。加州大學(xué)物理學(xué)家彼得·艾森博格也說：“以我之見，閉合碳循環(huán)，掌握結(jié)合CO2和氫的技術(shù)，前景將無限美好。暢想一下吧，未來燃料的主要輸入就是水和CO2。”當(dāng)然，地下鉆探的石油蘊含了漫長年代的太陽能，它是通過植物收集，并以有機物質(zhì)的形式存儲的。經(jīng)過數(shù)百萬年的加熱和施壓，有機物質(zhì)中的能量不斷蓄積，就形成了碳?xì)浠衔铮缡?、天然氣和煤。如果想要在地上制造碳?xì)浠衔?，就不得不提供分離和聚合碳原子和氫原子的能量。美國能源部

4、洛斯阿拉莫斯國家實驗室的技術(shù)人員漢斯·齊奧克坦言，“天下沒有免費的午餐?！薄氨仨氂心芰枯斎耄拍茉僭烊剂?，”他解釋道?！耙驗樵僭爝^程不可能達(dá)到100%的效率，最終輸入的能量會要大于輸出的能量?！笨紤]到間接創(chuàng)造碳?xì)浠衔锏摹澳茉戳觿荨保J(rèn)為有原油的時候還是直接使用原油制成的液態(tài)燃料，對社會才更有意義?！凹热蛔匀灰呀?jīng)免費為你奉上了這些，為何不用？”然而，世界原油開采越來越艱難，面對如此窘境，尋找替代方法的時機已然成熟。齊奧克認(rèn)為回收二氧化碳的研究對實現(xiàn)能源自給是有價值的，不過他警告說，作為減少大氣中二氧化碳含量的一種手段，只有所耗能量不是來自燃燒更多化石燃料，該方法才能真正發(fā)揮作用。這

5、就是美國能源部桑迪亞國家實驗室“從陽光到汽油”計劃的關(guān)注焦點，它正在基于匯聚太陽能制造一種高效的化學(xué)熱能發(fā)動機來驅(qū)動燃料生產(chǎn)。該項目負(fù)責(zé)人愛倫·斯特切爾說：“所有能量都來自太陽，這也不例外，但我們需要大范圍收集陽光，將其高密度地匯集到一處。人們說陽光是免費的，那沒錯，但收集陽光的收集器并不免費?！鄙５蟻喌难芯繂T所開發(fā)的太陽能反應(yīng)堆原型使用巨型鏡陣收集和匯聚陽光為超強光束，并注入反應(yīng)堆內(nèi)部的金屬氧化物環(huán)。環(huán)在陽光驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，可加熱到1400度以上的高溫，隨后再冷卻到1100度以下。接著將這些環(huán)曝露于二氧化碳和水中。高溫時，金屬氧化環(huán)釋放氧氣；低溫時，環(huán)從CO2或H2O分子中竊取氧原子。

6、熱化學(xué)反應(yīng)留下了碳分子或氫氣（其混合物通常稱為“合成氣”），這便是碳?xì)浠衔锶剂系慕Y(jié)構(gòu)單元。斯特切爾介紹，太陽能收集器占地約20平米，反應(yīng)堆有啤酒桶大小，如果每天產(chǎn)油100萬桶，則需要121400公頃的鏡面用來收集陽光。（全球目前液態(tài)燃料日消耗量為8600萬桶。）硬件的耐久性目前還是個問題，研究者正持續(xù)工作，讓該系統(tǒng)變得盡可能高效，使之能夠成功商業(yè)化并大規(guī)模應(yīng)用。碳科學(xué)公司則致力于收集后處理：將碳轉(zhuǎn)化為燃料。使用該公司專門開發(fā)的金屬催化劑，可將CO2和天然氣結(jié)合。現(xiàn)在，該公司已經(jīng)成功地將CO2與甲烷混合制成可轉(zhuǎn)化為普通燃料的合成氣。將合成氣轉(zhuǎn)化成交通燃料已是成熟技術(shù)，不過碳科學(xué)公司的加工過程是

7、一種革新，它生產(chǎn)燃料時不會再排放CO2到大氣中。這不但節(jié)約了成本，而且有利于保障能源安全。值得注意的是，在這一革新過程中，天然氣提供了燃料中的部分碳?xì)浠衔铩Ｆ渌局铝τ谧屵@個過程中產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锶縼碜杂贑O2。英國的空氣能源合成公司就用CO2和風(fēng)能生產(chǎn)航空燃料，在概念演示中，初始日產(chǎn)量為1升。盡管面臨著艱巨挑戰(zhàn)，研究卻是至關(guān)重要的。“碳捕獲和利用”可以克服“碳捕獲和存儲”的諸多缺陷，如難以找到足夠的地下存儲空間、泄露風(fēng)險、長期責(zé)任問題及公眾接受度問題。而且，利用它創(chuàng)造價值也有助于補償碳捕獲的開銷。通過碳回收制造液態(tài)燃料對于社會的可持續(xù)發(fā)展也具有重大意義，它有助于降低對石油的依賴。盡管電動汽車取得了很大成功，但電池不能滿足航空和長距離