几年前“水变油”的骗局在 上风行一时,而现在,更不可思议的事情出现了:人类呼吸时呼出的二氧化碳可以直接转化成汽油吗?
当然,把它比作一个骗局是有失尊严的,因为这是中科院今年3月4日发布的一项实验成功的技术成果!
在最好的情况下,这项技术可以促进碳中和并缓解全球变暖;在最坏的情况下,它可以生产标准汽油,降低价格并改善生计。
当然,也有人质疑:
汽油仍然会燃烧并转化为二氧化碳,而且在行驶过程中会出现大量的能量损耗,这是否实用性呢? 如果有的话,又是什么样的能源呢?我们知道,汽油的成分很复杂,其中包括大量的碳氢化合物。这些物质对人体健康非常有害,所以,必须加以限制和处理。 即使成功,成本在可商用可行?
今天我们就来简单的了解一下这方面的技术,看看有什么需要了解的。
“创新”获全球权威认同
这项技术并不像想象中的那么神奇,二氧化碳已经可以通过植物光合作用转化为有机物,汽油只是有机化合物大家族中的一员,所以,理论上讲,只要在二氧化碳中加入氢元素和大量的能量,就可以生产汽油。
这一想法也得到了外国权威的认可,2017年,二氧化碳加氢制汽油技术在《自然》专刊上发表,中国团队表达了他们的创新。
纸张标题:二氧化碳直接转化为汽油
当然,光靠创新是远远不够的,因为还有很多问题需要科学家去解决,而这些问题已经被我们的科学家们克服了。
技术的意义是什么?
既然“石油枯竭论”已经不存在了,那就意味着在我们找到新的替代能源之前,我们可以不受控制地利用石油,这意味着汽油的供应量是无限的。 所以说,我们必须要寻找一种能够替代汽油的新型燃料——生物柴油。生物柴油的主要原料是农作物秸秆和动物油脂等,其优点在于环保无污染。 但还是有必要找到一种自己生产汽油的方法。
由于石油现在不仅是一种能源物质,而且是一种经济和政治工具,而我国在全球石油局势中实际上并没有优势,很容易受到影响。
不,这次国内汽油价格的上涨实际上是英美两国对俄罗斯实施制裁的结果,我们的国家虽然无关者受影响,但也不能幸免,所以很明显,一个国家在汽油方面越独立越好。
但这只能说是一个次要的原因,技术的真正目的更容易被忽视,即“储能”。
说到储能,大家都会想到电池、电容等,但是二氧化碳是怎么让汽油变成这样的呢?
为了确定基本情况,汽油是C4-C10各族烃类的混合物,这就是为什么汽油被用作能源物质原因,汽油内部的“碳氢键”,或称“碳氢键”,在燃烧时会释放出大量的能量。
也正是由于碳氢键,汽油的能量密度为47.3MJ/kg,相当于锂电池(能量密度为0.46-0.72MJ/kg)的20倍左右,如果将燃油机效率的30%-70%考虑在内,即使是最低能量密度也是30%。
以飞机为例,假设越洋航班需要100吨燃料,用同样的锂电池替换大约2000吨燃料! 这就是为什么现在很多飞机都要使用电池为其提供动力。但是随着技术不断发展,电池也越来越笨重。而且由于续航时间短,一旦发生故障很容易造成严重安全事故。 撇开成本不谈,飞机的重量使它无法移动。
不难看出,碳氢键的放能效率远远高于人造电池,这也是新能源汽车至今仍在与燃油汽车“拉扯”的原因之一。
换句话说,放能效率实际上就是储能效率。 在这个问题上,我们有必要从热力学角度去探讨一下。 显然,将能量储存在碳氢键中,比将其储存在占用空间的电池中并将其转换成化学能更安全、更有效。
“储能”和“固碳”本质上是废物利用
但是汽油中的碳氢键是自然形成的,那么这个东西怎么可能是人造的呢? 你知道吗?在自然界里有一种神奇的物质。它能把我们周围一切物体变成自己想要的形状!你想知道这个秘密吗?那就看看科学家们都做了哪些工作吧! 能量从哪里来?
事实上,能量并不短缺,主要来自风能、太阳能和工业废电,这些能源不容易直接进入电 使用,也被称为““废电””。
原料中的二氧化碳和氢气并不难获得,只需要吸收能量,然后反应生成相对稳定、节能的汽油。
现在的问题是,与它的“孪生兄弟”一氧化碳相比,二氧化碳太稳定,在空气中失去活性,甚至可以用作阻氧性灭火剂,这使得一种稳定的物质很难“活跃起来”。
这时,就轮到催化剂了。它是一种降低反应“门槛”并加速反应速度的物质。当它被加入反应原料时,它没有参与整个过程。
经过多年的研究,科学家们独立设计了一种含有三种互补活性物质的多功能复合催化剂,它可以连续稳定运行1000多个小时。 这种新型催化剂能够使二氧化碳转化成甲烷、乙烷等气体,并将它们储存起来。当这些气体释放时,会与氧气发生反应,产生大量的氢和氧。 加入二氧化碳和氢气,你就可以平稳地三步跳到汽油中。
这看起来像是一种耗能反应,但事实正好相反:许多“消耗”能量储存在化学键中。 它就是汽油!这可是个很有创意的发明。它可以将汽油变成一种非常环保、高效和节能的燃料——氢燃料。 相当于将未使用的风能和太阳能转化为储存在汽油中的有用的化学能,是稳定和有效的。
另一个值得注意的价值是它对环境的贡献。 因为,它对保护生物多样性具有重要作用。我们知道,人类活动产生了大量的温室气体(主要是二氧化碳),这已引起全球关注和忧虑。那么,这些温室气体究竟从何而来呢? 不知道大家有没有注意到:
二氧化碳被转化为汽油,然后燃烧产生二氧化碳,这个过程基本上不使用任何化石燃料,正负结合,可以节约总的碳排放量,或者这个过程是"碳中和"的。
毕竟,我们温室效应的罪魁祸首不是二氧化碳本身,而是化石能源燃烧过程中二氧化碳的“过剩”。 现在,科学家们正在努力研发一种新的清洁燃料——氢燃料电池。如果这一设想实现的话,人类将很快摆脱对煤炭和石油等不可再生能源的依赖。而这一点,或许已经成为现实。 试想一下,如果全世界都用这种技术制造汽油,汽车的温室效应就根本不存在了!
对于燃油汽车来说,这似乎是一个加分点,但为什么不是新能源呢?
当然,现实并不那么乐观,因为在能源供应方面,可能会有更多的火电排放。 但是,我们可以做一些事情来解决这个问题。比如,让二氧化碳从煤炭中分离出来,然后再变成汽油等燃料。这不是一个简单的过程。 但是这些问题都是次要的,所谓的“二氧化碳制汽油”技术是一项基础研究,只是人类摆脱煤炭和石油的第一步。
随着我们第一台千吨级装置的成功研制,更多的问题将接踵而至,但解决这些问题是科学家未来的任务。现在,我们只需要享受这项技术带来的快乐和希望。
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