2016全球最熱的20大“碳捕獲”技術(shù)專題（五）

減少碳排放早就成了時(shí)髦的流行語(yǔ)，政府、公司、機(jī)構(gòu)都喜歡對(duì)此高談闊論，而真正要付諸實(shí)際行動(dòng)時(shí)卻往往選擇謹(jǐn)小慎微，種種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題似乎使這項(xiàng)造福人類的偉大事業(yè)總是說(shuō)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(dòng)，這就是“碳捕獲”。7月15日，恰好是總獎(jiǎng)金為2000萬(wàn)美金的NRG COSIA Carbon XPRIZE的報(bào)名截止日期，近期Biofuels Digest也適時(shí)的評(píng)出了2016最熱的20項(xiàng)“碳捕獲”技術(shù)，借此機(jī)會(huì)“翊·化學(xué)”將分五個(gè)專題跟大家去認(rèn)識(shí)一下這二十項(xiàng)技術(shù)到底牛在哪里。

什么是XPRIZE

如果你是一個(gè)技術(shù)控應(yīng)該對(duì)XPRIZE不會(huì)陌生，其中最為大家熟悉XPRIZR項(xiàng)目莫過(guò)于“谷歌登月XPRIZE競(jìng)賽”，其總獎(jiǎng)金額達(dá)到3000萬(wàn)美金，號(hào)稱有史以來(lái)規(guī)模最大的國(guó)際鼓勵(lì)性質(zhì)的大獎(jiǎng)。

以下是XPRIZE的官方介紹：

“XPRIZE的使命就是尋找我們這個(gè)時(shí)代的重大挑戰(zhàn)——這其中包含了多種國(guó)危機(jī)和全球危機(jī)，以及市場(chǎng)失靈和商業(yè)機(jī)會(huì)，更多是在很多人看來(lái)遙不可及甚至是不可能完成的任務(wù)。為此我們?cè)O(shè)計(jì)和舉辦了相應(yīng)的大獎(jiǎng)賽，希望通過(guò)技術(shù)突破來(lái)造福人類。XPRIZE是一種高水準(zhǔn)、高激勵(lì)的競(jìng)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(dá)成相似的目標(biāo)，以此促進(jìn)創(chuàng)新，加快積極變化的速度”。

二十大“碳捕獲”技術(shù)之十七：

Sunfire來(lái)自直接碳捕獲的柴油

Sunfire的核心技術(shù)是固體氧化物能源核——一種高溫固體氧化物電池反應(yīng)堆，其通過(guò)一個(gè)持續(xù)的化學(xué)反應(yīng)，再加上氧化劑（來(lái)自于空氣中的氧氣）能把化學(xué)能源從氣態(tài)燃料轉(zhuǎn)化成電和熱。不像傳統(tǒng)的燃料電池只能在氫中運(yùn)行，Sunfire燃料電池可以與不同的碳?xì)浠衔镆黄鸸ぷ鳎热缣烊粴?、沼氣、液體石油氣和其他液烴燃料（甲醇、酒精和柴油）。

在彼此獨(dú)立的工藝流程中，用綠色電力運(yùn)行的電解裝置把水分解成氫和氧。氫會(huì)和二氧化碳在兩種化學(xué)工藝流程中反應(yīng)，該反應(yīng)在220攝氏度的溫度，25bar的壓力下進(jìn)行，最后一種由碳?xì)浠衔锝M成的叫做Blue Crude的高能液體會(huì)被生產(chǎn)出來(lái)。這個(gè)工藝流程的效率高達(dá)70%。

就在不久之前，奧迪和Sunfire與Climework在Dresden一起合作建立了一家實(shí)驗(yàn)工廠，并且開(kāi)始生產(chǎn)一種合成燃料——奧迪e diesel。其根據(jù)power-to-liquid原則進(jìn)行操作，同時(shí)使用了綠色能源來(lái)生產(chǎn)液體燃料。到目前為止，DresdenReick Sunfire場(chǎng)地上的實(shí)驗(yàn)工廠每天能夠生產(chǎn)大約160公升的Blue Crude。接近80%的產(chǎn)品能夠轉(zhuǎn)化成合成柴油。

二十大“碳捕獲”技術(shù)之十八：

White Dog Labs玉米、乙醇、二氧化碳增產(chǎn)技術(shù)

White Dog Labs開(kāi)發(fā)了一個(gè)可以消除二氧化碳產(chǎn)生的新工藝，CO2是一種潛在的溫室氣體，該工藝在發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)化二氧化碳增加乙醇的產(chǎn)量，大約可以增加50%左右的發(fā)酵產(chǎn)量。該技術(shù)的副產(chǎn)品為酒糟、玉米油（可以從糧食中提?。┖退Ｔ摴に囈粋€(gè)流程可以提高60%的丙酮產(chǎn)量，減少一半的二氧化碳，如果進(jìn)一步針對(duì)丙酮對(duì)工藝經(jīng)行優(yōu)化，加入補(bǔ)充的氫氣，可以得到零CO2排放，并使乙醇的產(chǎn)量增加50-60%，最高可以達(dá)到120%。

通過(guò)收購(gòu)Elcriton，從特拉華大學(xué)剝離出來(lái)的一項(xiàng)生物技術(shù)，WDL研究員在科學(xué)文獻(xiàn)中報(bào)告他們已經(jīng)研發(fā)出了一種顛覆日常認(rèn)知的有機(jī)體系。這種有機(jī)體系能夠同時(shí)消耗糖分和二氧化碳。酵母會(huì)消耗糖分且轉(zhuǎn)化一半的糖成為乙醇，而且會(huì)放射出另一半的二氧化碳，不同于酵母，這種有機(jī)體能夠消耗其在一開(kāi)始產(chǎn)生的二氧化碳。在這個(gè)突破使得MixoFerm不僅增加了產(chǎn)品的產(chǎn)出（比之前理論上可產(chǎn)出的量要高50%）同時(shí)又減少了二氧化碳的排放。

這家生物化學(xué)公司主要業(yè)務(wù)基于丙酮和異丙醇的生產(chǎn)，并計(jì)劃于2020年建立第一座年產(chǎn)75000噸的工廠。在上圖中，他們把丙酮和異丙醇描繪為一個(gè)具有相當(dāng)規(guī)模的市場(chǎng)。在美國(guó)，丙酮的市場(chǎng)為每年5億加侖，異丙醇的市場(chǎng)為1.5億噸（被用于塑料、溶液和個(gè)人護(hù)理上）。

二十大“碳捕獲”技術(shù)之十九：

USC空氣中的碳捕獲，從二氧化碳到甲醇的轉(zhuǎn)化

來(lái)自于南加洲大學(xué)的化學(xué)教授G. K. Surya Prakash，以及Nobel Laureate和南加大的George A. Olah教授今年發(fā)表在American Chemical Society雜志上發(fā)表的文章，闡述了一個(gè)通過(guò)均相催化劑，把空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇的技術(shù)方法。

以下是他們的報(bào)告：

這是我們第一次論證，通過(guò)使用均相催化體系，從空氣中進(jìn)行碳捕獲能夠直接轉(zhuǎn)化成79%產(chǎn)量的甲醇。從二氧化碳到甲醇的生產(chǎn)基于一個(gè)非常高效的已經(jīng)被研發(fā)出的均相催化體系，其在125-165℃的ethereal solvent中使用了五乙烯六胺和Ru-Machoo-BH（1）（主要的交叉頻率=70h-1 在145℃的時(shí)候）。通過(guò)對(duì)反應(yīng)混合物的進(jìn)行簡(jiǎn)單的蒸餾可對(duì)甲醇的進(jìn)行分離。循環(huán)使用這個(gè)催化劑5次以上沒(méi)有出現(xiàn)顯著的活性下降（轉(zhuǎn)換數(shù)>2000），這表明了這套催化體系的穩(wěn)健性。

“研發(fā)穩(wěn)定的適用于減少二氧化碳并且能夠轉(zhuǎn)化成甲醇的均相催化劑是一個(gè)挑戰(zhàn)”Prakash告訴Phys.org。“大部分的催化劑會(huì)停止在甲酸階段。而且，我們需要一種能夠減少氨基甲酸酯或者烷基銨，而且能使碳酸氫鹽直接轉(zhuǎn)化為甲醇的催化劑。通過(guò)使用我們催化劑，這兩個(gè)目標(biāo)我們都達(dá)到了。我們會(huì)繼續(xù)研發(fā)更多穩(wěn)健的催化劑，希望這些催化劑能夠在100到120℃的情況下仍然能工作，我們想在將這個(gè)化學(xué)過(guò)程更多地運(yùn)用在制備方面，這樣在化學(xué)過(guò)程當(dāng)中就沒(méi)有溶劑或者試劑的損失。”

“碳捕獲”技術(shù)之二十：

Cellana的多重產(chǎn)品策略

Cellana，一個(gè)領(lǐng)先的基于藻類的生物產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者，其使用地球上最具生產(chǎn)力的植物——海洋微藻類——通過(guò)光合作用來(lái)生產(chǎn)它的ReNew line of Omega-3 EPA 和DHA 油，動(dòng)物飼料和食物，生物燃料和原料。

Cellana的ALDUO體系能夠在工業(yè)規(guī)模下保證非轉(zhuǎn)基因藻類經(jīng)濟(jì)的、可持續(xù)的、一致的進(jìn)行光合作用生產(chǎn)。Cellana打算建造和運(yùn)作商業(yè)設(shè)施來(lái)生產(chǎn)這些產(chǎn)品，比如以集成藻類為基礎(chǔ)的生物提煉。迄今為止，研發(fā)Cellana的藻類應(yīng)變性、生產(chǎn)技術(shù)和Kona演示設(shè)施的投資經(jīng)費(fèi)已經(jīng)超過(guò)了1億美元。

在2014年的夏天，美國(guó)能源部宣布給予Cellana350萬(wàn)美元的補(bǔ)貼，用于加快其在可持續(xù)、可負(fù)擔(dān)的海藻生物燃料上的研發(fā)。Cellana被選中去研發(fā)一個(gè)完全集成的、高產(chǎn)的藻類原料生產(chǎn)體系，這項(xiàng)研發(fā)在他們的Kona演示設(shè)備上集合所有高級(jí)的品種的改良、培育和工藝技術(shù)。

為什么這350萬(wàn)美元的補(bǔ)貼顯得如此意義非凡呢?因?yàn)檫@是第一次大規(guī)模的補(bǔ)助針對(duì)藻類集成產(chǎn)品包括Omega-3高附加值產(chǎn)品的生物精煉。一個(gè)觀察員記錄到，“相比于只追求單方面的成功，DOE正在努力想出一個(gè)辦法來(lái)使得他們能夠既能擁有可觀的生物燃料商業(yè)規(guī)模并同時(shí)能贏利。”

參考文獻(xiàn)

1.http://www.whitedoglabs.com/sustainable-chemicals/

2.http://cellana.com/technology/core-technology/

3.biofuels Digest

4.http://carbon.xprize.org/

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