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美国南加州大学的研究人员们在美国化学学会杂志上发表论文,提出人为化学碳循环可用以实现“甲醇经济”,他们正在开发可行的人为的二氧化碳循环回收。
根据他们的设想,二氧化碳可从任何自然的或工业源,它们来自人类活动,甚至来自空气本身,通过吸收技术而加以捕获。然后,可将其进行可行的化学转化而成为燃料,如甲醇、二甲醚,以及不同的产品,包括合成的烃类(碳氢化合物),甚至动物饲料中的蛋白质,从而补充食物链。这个广泛的概念,其基础称之为甲醇经济。
用于合成的碳循环所需的能量可以来自任何替代能源,如太阳能、风能、地热能,甚至核能。当化石燃料成为越来越稀缺时,人为二氧化碳循环为人类的可持续发展的未来提供了一种可供选择的方式。
虽然生物来源在补充未来的能源需求中作用仍有限,但他们与食物链的基本要求的关联度越来越大。研究人员评述了二氧化碳化学循环成为甲醇和二甲醚的设想 。从目前的情况来看,应扩展创新的和可行的人为碳循环,它可作为人类逐步解脱对化石燃料储藏的依赖的基础 ,同时可控制有害的CO2排放到大气。研究人员已拟定了可行的人为化学碳循环,以补充自然光合作用的能力,也可为人类面临的重大挑战提供一个新的解决方案。
哈伯-博世(Haber-Bosch)过程已提出通过化学合成,利用大气中的氮和来自任何来源的氢,目前主要来自天然气,但最终可通过水电解或分裂来制取,由此来产生合成氨。现在看来,人类的活动引起的碳循环,最终将大大超过合成氨循环的范围和意义。
Olah等人在他们的论文中,阐述了这样一个循环的主要组成部分,它与技术现状和未来可能的方向结合在一起,包括:
来自自然和人为来源的CO2捕获;
从大气中捕获和回收CO2;
CO2化学回收循环成为燃料;
制氢以用于使CO2还原;
通过加氢使CO2还原为CO;
CO2的电化学还原;
制取基于甲醇的燃料、化学品、合成材料和蛋白质。
在过去的15年中,研究人员已开发出甲醇经济概念,一些新的化学应用可使甲醇作为能量储存介质、运输燃料,以及生产合成烃类及其产品用的原材料。它就是基于化学人为碳循环。鉴于目前从化石燃料通过合成气化学来生产甲醇,这些资源是有限的,正在迅速枯竭。利用最终来自水产生的氢就可使CO2循环回用,由此得到的能源,可成为应对能源挑战可持续的长期解决方案。
然而,重要的瓶颈依然存在,如生产甲醇需要电力,来自可再生能源的电力成本仍相对较高。甲醇也可持续地来自生物质进行制取,但生物质的可用量将只能够提供人类能源需求的一小部分。替代石油所需的甲醇的数量是惊人的 。
甲醇与汽油相比,体积能量密度为一半,可望需要约600亿桶的甲醇(76亿吨),才能取代每年全球使用的300亿桶石油。这意味着为目前的甲醇年生产量4800万吨的约160倍!
这一人为的化学碳循环可构成为人类实用的大自然缓慢的光合CO2循环的技术模拟,最终可望得到新的化石燃料。CO2在地球上无处不在,它可望化解和减少人类对日益昂贵的有限的化石燃料的依赖。最终,它也可能用于生产所有烃类基的产品和材料,包括从我们大气层中的CO2来生产单细胞蛋白质。