美國碳科學公司宣布，該公司突破了循環利用二氧化碳技術，新開發的生物催化工藝可將二氧化碳轉化成低碳烴類(C1~C3)，繼而再改質生產汽油、噴氣燃料等燃料油。碳科學公司目前採用的是酶基工藝，將二氧化碳轉化成低碳燃料，如甲醇。而新開發的二氧化碳技術成本更低，生成的燃料含碳量更高。據公司首席技術官那威德·阿斯蘭姆介紹，該技術擁有較多優點，如可採用直接來自燃煤電廠或工業工廠煙氣排氣的二氧化碳，無需對其淨化；可直接採用含鹽工業水，不再使用蒸餾水作為加氫反應的媒介；操作條件緩和，無需高投資的不鏽鋼設備；可利用現有運輸基礎設施。專家稱，這項技術縮短了二氧化碳制燃料技術推向商業化的時間。
基本介紹
- 中文名：二氧化碳制汽油技術
- 外文名：Carbon dioxide gas technology
示意圖據美國IPPCC估算，採用簡單的二氧化碳捕集技術（如地下封存）成本為45~73美元/噸，高成本成為二氧化碳循環利用技術大規模套用的最大障礙。但碳科學公司的這種二氧化碳轉化成燃料的技術可利用含二氧化碳的粗煙氣流，不必依賴碳捕集系統。另外，與生物燃料相比，該技術為工業過程，不需要等待植物的生長過程，可在幾小時內完成生產過程，因此，可大規模滿足世界燃料需求。
目前，大氣中二氧化碳含量高達27500億噸，每年在碳循環中的二氧化碳約6600億噸，但每年因人類活動和森林退化額外產生257億噸二氧化碳，這些未平衡的二氧化碳約占碳循環的3.9%，導致大氣中二氧化碳的濃度從工業化前的270ppm到目前的380ppm，並作為主要溫室氣體引發了日益變化無常的氣候問題，因此二氧化碳已經成為世界範圍最受關注的環境問題。儘管目前已經提出了許多解決方案，但同時考慮碳平衡和能量平衡的方案卻很少見到。 2007年11月，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的傑弗里·馬丁（F. Jeffrey Martin）和威廉·庫比茨（William L. Kubic）提出了一個轟動全世界的“綠色自由”(Green Freedom)概念，即“生產碳平衡的合成燃料和化學品的概念”。該概念分成3個步驟，首先利用濃碳酸鉀溶液吸收空氣中的二氧化碳；第二步，採用電解法把二氧化碳從溶液中提取出來，同時將水分解成氫氣和氧氣；第三步，將氫氣和二氧化碳轉化為合成燃料或有機化學品。按照馬丁的觀點：“這個構想中的每個環節都是現成的，有的已在運作，或是有近似的技術。”馬丁教授隨後於2008年2月在美國佛羅里達的當今替代能源會議（Alternative Energy NOW）作了詳細的闡述。新華社也在2008年3月11日以《美國科學家提出將二氧化碳變為汽油方案》為題作了報導，由於二氧化碳溫室氣體的特殊影響，馬丁的工作引起了廣泛關注。 近幾年來，世界各國科學家一直在努力探索二氧化碳轉化為汽油的問題。早在2002年，日本德島工業技術中心研究員NAKAMICHI Yamasaki就報導了二氧化碳變汽油的工作，Yamasaki採用鐵粉做催化劑，利用鹽酸作為氫源，與二氧化碳在100MPa和300℃下反應，獲得了一定數量的甲烷、乙烷、丙烷和丁烷，進一步改進催化體系則有望得到含碳量更高的烷烴——汽油。這樣的溫度和壓力條件只需使用一家發電站用不完的熱量即可以提供。因此若能進一步改進催化體系，用這種方法來製造汽油有可能是可行的。2007年，美國加利福尼亞大學（UCSD）的Clifford Kubiak教授報導了一個原理裝置——該裝置首先將太陽光能轉換為電能，隨後在一種能將電能轉換為化學能的大分子鎳催化劑作用下，將二氧化碳轉化成一氧化碳和氧氣，進而用於合成甲醇、汽油。儘管目前太陽能轉化裝置還只能提供一半的能量，另一半需要額外提供，但是若能將太陽能轉化效率提高一倍，則可以實現能量自給，這樣剩下的問題就是如何將各個單元最佳化，以實現最終目標。 與Nakamichi Yamasaki和Clifford Kubiak的工作相比，馬丁教授的“綠色自由”概念突出了各單元的碳平衡和能量平衡，提出了各單元聯動運行的概念，使二氧化碳變汽油的工作進一步被大眾所關注。從能量平衡分析，馬丁教授的“綠色自由”概念包含兩個過程，即吸熱的合成氣產生過程和放熱的合成氣轉化過程。前者包括從大氣中分離二氧化碳並產生副產物氫氣，以及電解水或分解水制氫的過程，由於主要是吸熱反應，需要碳平衡的能量補充，此外，所產生的高壓蒸汽可用於下一步的合成氣轉化過程。合成氣轉化過程可以依賴於目前成熟的技術實施，屬於強放熱過程，兩個過程的能量具有互補性，兩個過程結合後，有望大幅提高整個過程的能量效率、降低投資。馬丁教授對“綠色概念”在工業規模上的技術經濟可行性進行了理論測算。按照馬丁教授的數據，採用濃碳酸鉀水溶液吸收大氣中的二氧化碳，可使二氧化碳的吸收效率從現有變壓吸附方法的73%提高到95%。與此同時，採用電解法回收溶液中的二氧化碳，克服了傳統的加熱回收法的高能耗問題，能耗降低了96%，且額外產生的副產物氫可使制氫單元的負荷減少33%，進一步將制氫單元、二氧化碳捕集單元與現有的18000桶/天的合成氣廠和5000噸/天的甲醇廠實施聯動，可以降低綜合能耗。從經濟上測算，一個18400桶汽油/天的工廠需要投資50億美元，同時一個5000噸甲醇/天的工廠需要投資46億美元，加上核電廠的投資（約占整個投資的50%），最終所生產的汽油價格應在1.20美元/升，甲醇價格在0.43美元/升。當然，如果與現有的核電廠聯動，同時採用蒸汽電解制氫和提取二氧化碳的技術，則投資成本和能耗會進一步降低，汽油價格降至0.90美元/加侖，甲醇需要0.30美元/加侖。因此其成本與目前市場上的其他替代能源是可比的。 儘管馬丁教授對“綠色自由”概念的可行性充滿信心，並認為“綠色自由”概念是目前唯一能解決所有問題的辦法。但大家應該看到，整個綠色概念系統不僅存在投資巨大和運行成本高的困難，而且濃碳酸鉀溶液捕集二氧化碳和電解提取二氧化碳的兩個單元還停留在理論階段，具體運行情況還沒有進行核實。儘管理論分析可行，但仍需要實際運行數據，尤其是連續運轉壽命還存在不確定性。此外，由於要求碳平衡的能源供應體系，目前的輔助制氫系統和輔助能源系統主要考慮核能，風能和太陽能則因成本太高而沒有考慮。當然，若解決了二氧化碳捕集和電解提取技術難題，剩下的就是各單元的聯動和能量平衡問題。因為合成氣轉化單元是成熟的，如從一氧化碳、二氧化碳和氫氣合成甲醇的技術是成熟的，從甲醇到合成氣（MTG）過程已經有ExxonMobile的專利技術，日產14500桶汽油的裝置從1985年到1997年運轉了12年。當然，未來也可採用費—托合成（Fischer- Tropsch）方法製備汽油、柴油。
