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由二氧化碳和可再生氫氣制成的甲烷提供了一條降低碳捕獲成本的新途徑。
美國(guó)能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Pacific Northwest National Laboratory)的研究人員正在努力使碳捕集成本更低，他們已經(jīng)開發(fā)出一種將捕集的二氧化碳(CO2)轉(zhuǎn)化為甲烷的方法，甲烷是天然氣的主要成分。
通過簡(jiǎn)化長(zhǎng)期以來二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的過程，研究人員的新方法減少了進(jìn)行反應(yīng)所需的材料、燃料所需的能量，并最終降低了天然氣的售價(jià)。
一種被稱為EEMPA的關(guān)鍵化學(xué)物質(zhì)使這一過程成為可能。EEMPA是pnnl公司開發(fā)的一種溶劑，可以從發(fā)電廠的煙道氣中捕獲二氧化碳，將溫室氣體結(jié)合起來，使其轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物質(zhì)。
今年早些時(shí)候，太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員透露，在發(fā)電廠使用EEMPA可以將碳捕獲的價(jià)格降低19%，比標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)成本低——這是有記錄的最低碳捕獲價(jià)格。現(xiàn)在，在8月21日發(fā)表在《ChemSusChem》雜志上的一項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)揭示了一種新的動(dòng)力——更便宜的天然氣——以進(jìn)一步降低成本。
與傳統(tǒng)的甲烷轉(zhuǎn)化方法相比，新方法所需的初始投資減少了32%。運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本降低了35%，使合成天然氣的銷售價(jià)格下降了12%。
甲烷在碳捕獲中的作用
將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的不同方法早已為人所知。然而，大多數(shù)工藝依賴于高溫，而且通常過于昂貴，無法廣泛用于商業(yè)用途。
除了地質(zhì)生產(chǎn)，甲烷還可以從可再生或可回收的二氧化碳源中產(chǎn)生，可以作為燃料本身或作為氫氣的能量載體。雖然甲烷是一種溫室氣體，需要仔細(xì)的供應(yīng)鏈管理，但它有許多用途，從家庭使用到工業(yè)過程，太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的首席作者、化學(xué)家Jotheeswari Kothandaraman說。
Kothandaraman說:“目前，美國(guó)使用的天然氣有很大一部分必須從地下開采出來，即使在緩解氣候變化的途徑下，需求預(yù)計(jì)也會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加?！边@一過程產(chǎn)生的甲烷——由廢棄的二氧化碳和可再生的氫氣制成——可以為公用事業(yè)公司和尋找可再生成分和低碳足跡的天然氣的消費(fèi)者提供一種替代選擇。”
計(jì)算成本和捕獲碳
為了探索使用EEMPA將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，Kothandaraman和她的同事研究了反應(yīng)的分子基礎(chǔ)，然后評(píng)估了550兆瓦發(fā)電廠大規(guī)模運(yùn)行該過程的成本。
傳統(tǒng)上，工廠操作員可以通過使用特殊的溶劑來捕獲二氧化碳，在煙氣從工廠煙囪排放出來之前將其澆滅。但這些傳統(tǒng)溶劑的含水量相對(duì)較高，使甲烷轉(zhuǎn)化困難。
而使用EEMPA則可以減少這種反應(yīng)所需的能量。節(jié)約的部分原因是EEMPA能夠使二氧化碳更容易溶解，這意味著運(yùn)行轉(zhuǎn)換所需的壓力更小。
評(píng)估進(jìn)一步確定了成本節(jié)約，因?yàn)镋EMPA捕獲的二氧化碳可以就地轉(zhuǎn)化為甲烷。傳統(tǒng)上，二氧化碳是從富含水的溶劑中分離出來，然后送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換或儲(chǔ)存在地下。在新方法下，捕獲的二氧化碳可以在一個(gè)簡(jiǎn)單的室內(nèi)與可再生的氫氣和催化劑混合，然后加熱到傳統(tǒng)方法制造甲烷所用壓力的一半。
這種反應(yīng)是有效的，將捕獲的90%以上的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，盡管最終的溫室氣體足跡取決于甲烷的用途。EEMPA能夠捕獲煙道氣體中95%以上的二氧化碳。新工藝也會(huì)釋放多余的熱量，為發(fā)電提供蒸汽。
從二氧化碳中制造更多
Kothandaraman說，論文中強(qiáng)調(diào)的化學(xué)過程是許多途徑中的一種，捕獲的二氧化碳可以作為原料生產(chǎn)其他有價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)。
她說:“當(dāng)我能讓這個(gè)過程對(duì)甲醇像對(duì)甲烷一樣有效時(shí)，我會(huì)很高興?！薄斑@是我的長(zhǎng)期目標(biāo)?！盞othandaraman說，甲醇比甲烷有更多的應(yīng)用，他在大約10年的時(shí)間里一直在尋找從二氧化碳中產(chǎn)生甲醇的催化反應(yīng)。從捕獲的二氧化碳中制造塑料是該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃探索的另一條路線。
“重要的是，我們不僅要捕獲二氧化碳，還要找到有價(jià)值的方法來利用它，”SoCalGas的高級(jí)技術(shù)開發(fā)經(jīng)理羅恩·肯特(Ron Kent)說，“這項(xiàng)研究提供了一種成本效益高的途徑，從廢棄的二氧化碳中提煉出有價(jià)值的東西?！?/span>
這項(xiàng)名為“使用一種貧水、燃燒后二氧化碳捕獲溶劑的二氧化碳綜合捕獲和轉(zhuǎn)化”的研究得到了SoCalGas、能源部技術(shù)商業(yè)化基金和科學(xué)辦公室的支持。
除了Kothandaraman，作者還包括國(guó)家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Johnny Saavedra Lopez, Yuan Jiang, Eric D. Walter, Sarah D. Burton, Robert a . Dagle和David J. Heldebrant，他們?cè)谌A盛頓州立大學(xué)擔(dān)任聯(lián)合任命。
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