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美科学家利用太阳能将二氧化碳转化为燃料 2011-08-16 10:37:55　来源: 网易探索　有301人参与 手机看新闻 转发到微博(2) 核心提示：美国能源部桑迪亚国家实验室“从阳光到汽油”计划制造一种高效的化学热能发动机来驱动燃料生产，计划所需能量全部来自于太阳能。 网易探索8月16日报道 对于清洁环境而言，回收瓶瓶罐罐，回收旧报纸算是一些简单举动。要是收集和重复利用二氧化碳也有这般容易，能将这种化石燃料燃烧产生的温室气体变废为宝就好了。 实际上，目前有些新公司和研究者正在致力于这方面的研究。 比起分设玻璃、铝和纸张垃圾箱，回收二氧化碳要复杂得多。但许多科学家认为，不仅值得在这上面付出努力，而且这也是一条可持续发展的关键途径。当前气候变化对地球的威胁如此之大，想要解决这个问题就必须采用“负碳”技术，这意味着要从大气中吸收温室气体并将其投入生产。 从煤厂或炼油厂捕获二氧化碳并将其存于地下的设想已经获得了众多关注。一些试点计划正在运营和建设中。而对于真正重复利用或回收CO2的设想，关注者却没那么多。在科学上，我们早就知道将CO2和水中的氢重新组合制成碳氢化合物（即我们熟悉的燃料，如汽油）是可能的。饶有讽刺性的是，问题在于这一重组过程需要太多的能源。 不过开拓性的研究者和企业家认为，回收CO2制成燃料的技术已经显露曙光。甚至技术上可以直接从空气吸收二氧化碳，而不是回收煤厂废气。要驱动汽车，用不着再去钻探石油，只需从稀薄的空气中吸取成分制成碳氢化合物即可。 碳科学公司CEO拜伦·埃尔顿说，人们将CO2看作讨厌的东西，而我们的口号是：把它给我们吧，我们能将它变汽油。 加州大学物理学家彼得·艾森博格也说：“以我之见，闭合碳循环，掌握结合CO2和氢的技术，前景将无限美好。畅想一下吧，未来燃料的主要输入就是水和CO2。” 当然，地下钻探的石油蕴含了漫长年代的太阳能，它是通过植物收集，并以有机物质的形式存储的。经过数百万年的加热和施压，有机物质中的能量不断蓄积，就形成了碳氢化合物，如石油、天然气和煤。 如果想要在地上制造碳氢化合物，就不得不提供分离和聚合碳原子和氢原子的能量。美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室的技术人员汉斯·齐奥克坦言，“天下没有免费的午餐。” “必须有能量输入，才能再造燃料，”他解释道。“因为再造过程不可能达到100%的效率，最终输入的能量会要大于输出的能量。”考虑到间接创造碳氢化合物的“能源劣势”，他认为有原油的时候还是直接使用原油制成的液态燃料，对社会才更有意义。“既然自然已经免费为你奉上了这些，为何不用？” 然而，世界原油开采越来越艰难，面对如此窘境，寻找替代方法的时机已然成熟。齐奥克认为回收二氧化碳的研究对实现能源自给是有价值的，不过他警告说，作为减少大气中二氧化碳含量的一种手段，只有所耗能量不是来自燃烧更多化石燃料，该方法才能真正发挥作用。 这就是美国能源部桑迪亚国家实验室“从阳光到汽油”计划的关注焦点，它正在基于汇聚太阳能制造一种高效的化学热能发动机来驱动燃料生产。 该项目负责人爱伦·斯特切尔说：“所有能量都来自太阳，这也不例外，但我们需要大范围收集阳光，将其高密度地汇集到一处。人们说阳光是免费的，那没错，但收集阳光的收集器并不免费。” 桑迪亚的研究员所开发的太阳能反应堆原型使用巨型镜阵收集和汇聚阳光为超强光束，并注入反应堆内部的金属氧化物环。环在阳光驱动下旋转，可加热到1400度以上的高温，随后再冷却到1100度以下。接着将这些环曝露于二氧化碳和水中。高温时，金属氧化环释放氧气；低温时，环从CO2或H2O分子中窃取氧原子。热化学反应留下了碳分子或氢气（其混合物通常称为“合成气”），这便是碳氢化合物燃料的结构单元。 斯特切尔介绍，太阳能收集器占地约20平米，反应堆有啤酒桶大小，如果每天产油100万桶，则需要121400公顷的镜面用来收集阳光。（全球目前液态燃料日消耗量为8600万桶。） 硬件的耐久性目前还是个问题，研究者正持续工作，让该系统变得尽可能高效，使之能够成功商业化并大规模应用。 碳科学公司则致力于收集后处理：将碳转化为燃料。使用该公司专门开发的金属催化剂，可将CO2和天然气结合。现在，该公司已经成功地将CO2与甲烷混合制成可转化为普通燃料的合成气。将合成气转化成交通燃料已是成熟技术，不过碳科学公司的加工过程是一种革新，它生产燃料时不会再排放CO2到大气中。这不但节约了成本，而且有利于保障能源安全。 值得注意的是，在这一革新过程中，天然气提供了燃料中的部分碳氢化合物。其他公司致力于让这个过程中产生的碳氢化合物全部来自于CO2。英国的空气能源合成公司就用CO2和风能生产航空燃料，在概念演示中，初始日产量为1升。 尽管面临着艰巨挑战，研究却是至关重要的。“碳捕获和利用”可以克服“碳捕获和存储”的诸多缺陷