2016全球最熱的20大“碳捕獲”技術(shù)專題（一）
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”將分五個專題跟大家去認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、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(chuàng)新，加快積極變化的速度”。
20大“碳捕獲”技術(shù)之一 Joule Unlimited稀薄空氣制燃料
數(shù)年來全世界的讀者一直關(guān)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、陽光和水來制造碳氫化合物的遠大目標——“稀薄空氣制燃料”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(xiàn)在他們的目標是在2017年建造第一個商業(yè)化裝置。Joule Unlimited的神奇在很大程度上在于其超級低的生產(chǎn)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。這里的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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成烷烴結(jié)構(gòu)。
20大“碳捕獲”技術(shù)之二 Algenol生物燃油制造流程
位于美國佛羅里達（Florida）邁爾斯堡市（FortMyers）的生物能源公司Algenol，因為開發(fā)了利用藍綠藻生產(chǎn)乙醇和其他燃料的技術(shù)正為越來越多的人所認識。這種海藻并不依賴于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(yè)排放物轉(zhuǎn)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(huán)境多贏的方案。該項工藝具有潛力引發(fā)該領(lǐng)域的技術(shù)革命，減少燃料生產(chǎn)的碳足跡。
Algenol的混合型海藻被放置在專有的光生物反應(yīng)器（proprietary photobioreactors,PBRs）中在鹽水中生長,這樣可以最大化的減少異養(yǎng)污染物和減少用水量。
光飽和是水生植物的光合作用的常見壁壘，發(fā)生在光子吸收速率大于藻類能利用光子的速率，（例如碳固定），因此多余的光子能量在非專屬光反應(yīng)流程中被浪費掉了。相對于平行系統(tǒng)，Algenol的縱向PBR系統(tǒng)提供了一個生產(chǎn)能力的優(yōu)勢，即通過利用PBR更大的表面積傳遞一個稀釋的的福照度，從而限制了光飽和。
20大“碳捕獲”技術(shù)之三 CarbonCure用廢二氧化碳制造混凝土
CarbonCure科技開發(fā)了一項技術(shù)，可以通過循環(huán)使用CO2廢氣轉(zhuǎn)變成環(huán)保性更好的混凝土。CarbonCure使用這項技術(shù)翻新混凝土工廠，即通過循環(huán)利用二氧化碳生產(chǎn)既經(jīng)濟又環(huán)保的混凝土產(chǎn)品，現(xiàn)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制造出更好的混凝土產(chǎn)品。
二氧化碳作為大宗商品由當?shù)氐墓I(yè)氣體供應(yīng)商提供，這些氣體需要現(xiàn)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(zhuǎn)換成非常細的固體礦物質(zhì)，并與原來混凝土混在了一起。與化學混合系統(tǒng)類似這項技術(shù)被設(shè)計適應(yīng)于所有生產(chǎn)裝置與材料。
CarbonCure的這項技術(shù)涉及的主要反應(yīng)為二氧化碳和水泥的化學反應(yīng)。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(yīng)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(yīng)并快速形成類似石灰石的材料。這種礦物質(zhì)以納米形式分散在整個混凝土分散體系中。這種由二氧化碳到固體碳酸鹽礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化意味著二氧化碳已在混凝土內(nèi)永久綁定不會被釋放到大氣中。
20大“碳捕獲”技術(shù)之四 OPUS 12 重新構(gòu)想催化劑
OPUS 12利用了一個高性能反應(yīng)器作為一個平臺技術(shù)可以將空氣中的CO2轉(zhuǎn)化為一系列產(chǎn)品，不同的產(chǎn)品取決于不同的催化劑。目前很多由石油制造的產(chǎn)品都可由循環(huán)使用CO2與可再生電力生產(chǎn)的產(chǎn)品代替。LawrenceBerkeley國家實驗室的CyclotronRoad項目孕育了這項清潔技術(shù)。
近幾年對二氧化碳轉(zhuǎn)化的催化劑和反應(yīng)器工藝設(shè)計的理解得到了極大地提高了。產(chǎn)物選擇性高于90%，能量效率高于50%的可行性已經(jīng)得到證明。但是由于在現(xiàn)有條件下，把催化劑與傳統(tǒng)電解器進行整合非常困難，所以這些發(fā)現(xiàn)還不足以形成商業(yè)化。
OPUS12的關(guān)鍵創(chuàng)新：Opus 12通過一個新型氣體擴散層將一些尖端催化劑結(jié)合到一個電化學反應(yīng)器中以增加催化劑表面的CO2濃度，這樣可以使高反應(yīng)效率隨著時間保持穩(wěn)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(xiàn)液體燃料生產(chǎn)的第一步。
未完待續(xù)，歡迎持續(xù)關(guān)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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