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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。
美國能源部太平洋西北國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory)的研究人員正在努力使碳捕集成本更低，他們已經開發(fā)出一種將捕集的二氧化碳(CO2)轉化為甲烷的方法，甲烷是天然氣的主要成分。
通過簡化長期以來二氧化碳轉化為甲烷的過程，研究人員的新方法減少了進行反應所需的材料、燃料所需的能量，并最終降低了天然氣的售價。
一種被稱為EEMPA的關鍵化學物質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，將溫室氣體結合起來，使其轉化為有用的化學物質。
今年早些時候，太平洋國家實驗室的研究人員透露，在發(fā)電廠使用EEMPA可以將碳捕獲的價格降低19%，比標準工業(yè)成本低——這是有記錄的最低碳捕獲價格。現(xiàn)在，在8月21日發(fā)表在《ChemSusChem》雜志上的一項研究中，該團隊揭示了一種新的動力——更便宜的天然氣——以進一步降低成本。
與傳統(tǒng)的甲烷轉化方法相比，新方法所需的初始投資減少了32%。運營和維護成本降低了35%，使合成天然氣的銷售價格下降了12%。
甲烷在碳捕獲中的作用
將二氧化碳轉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。
除了地質生產，甲烷還可以從可再生或可回收的二氧化碳源中產生，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，需要仔細的供應鏈管理，但它有許多用途，從家庭使用到工業(yè)過程，太平洋國家實驗室的首席作者、化學家Jotheeswari Kothandaraman說。
Kothandaraman說:“目前，美國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，需求預計也會隨著時間的推移而增加?！边@一過程產生的甲烷——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者提供一種替代選擇?！?/span>
計算成本和捕獲碳
為了探索使用EEMPA將二氧化碳轉化為甲烷，Kothandaraman和她的同事研究了反應的分子基礎，然后評估了550兆瓦發(fā)電廠大規(guī)模運行該過程的成本。
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)溶劑的含水量相對較高，使甲烷轉化困難。
而使用EEMPA則可以減少這種反應所需的能量。節(jié)約的部分原因是EEMPA能夠使二氧化碳更容易溶解，這意味著運行轉換所需的壓力更小。
評估進一步確定了成本節(jié)約，因為EEMPA捕獲的二氧化碳可以就地轉化為甲烷。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)場進行轉換或儲存在地下。在新方法下，捕獲的二氧化碳可以在一個簡單的室內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。
這種反應是有效的，將捕獲的90%以上的二氧化碳轉化為甲烷，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，論文中強調的化學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其他有價值的化學物質。
她說:“當我能讓這個過程對甲醇像對甲烷一樣有效時，我會很高興。”“這是我的長期目標。”Kothandaraman說，甲醇比甲烷有更多的應用，他在大約10年的時間里一直在尋找從二氧化碳中產生甲醇的催化反應。從捕獲的二氧化碳中制造塑料是該團隊計劃探索的另一條路線。
“重要的是，我們不僅要捕獲二氧化碳，還要找到有價值的方法來利用它，”SoCalGas的高級技術開發(fā)經理羅恩·肯特(Ron Kent)說，“這項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值的東西?！?/span>
這項名為“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化”的研究得到了SoCalGas、能源部技術商業(yè)化基金和科學辦公室的支持。
除了Kothandaraman，作者還包括國家國家實驗室的科學家Johnny Saavedra Lopez, Yuan Jiang, Eric D. Walter, Sarah D. Burton, Robert a . Dagle和David J. Heldebrant，他們在華盛頓州立大學擔任聯(lián)合任命。
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