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碳俘获技术和氢能也是逆转气候改变的关键

(2020-11-16 15:11:20) 下一个

绿色能源已经成了世界性的话题。美国总统辩论中谈,中国在联合国大会上谈,各国的政治辩论都在谈。为什么全世界都关心绿色能源呢?因为化石类燃料会产生环境问题,包括空气污染,破坏环境和气候转暖三方面。其中,气候转暖将直接危及人类的生存,科学家定论,如不在本世纪中叶达到碳中和(碳排和碳吸收相等),则人类必然在100年内灭绝。从中可以可以看出,对人类威胁最大的,其实的碳排。

一度将可再生生物燃料归类于绿色能源。这类燃料,就是通过将植物,包括庄稼废料,直接燃烧或间接转化为液体燃料,如酒精等。但这些燃料照样会产生三类环境问题,其性价比还比不上化石燃料,这不是一个根本的解决方法。

 

公认的绿色能源有,太阳能,风能,水电,核电,地热,潮汐/渗透压/海浪等。核电和水电是最广泛使用的绿色能源,但各有其它问题,不被推崇。目前公认最有可行性的还是太阳能和风能。核聚变技术,和有效的潮汐/渗透压/海浪能技术,是未来根本性解决对化石燃料依赖的方向,但现在还不可行或没有经济可行性。

太阳能和风能发电,有一个最大的问题就是无法保持其稳定供电。太阳下山了就没电了,没风了也没电了,解决的方法有以下几种:

1,建立智能能源互联网。将很广地域内的风电,光电站联网,东边不亮西边亮,南边无风北边风,来解决稳定供电的问题。

2,建立储存电力装置,小规模的可以用电池,大规模的可以用储水式水库和其它势能储存器。用高盐溶液储热也是一种方法。

3,能量转化。可以电解水产生氢气储藏,也可以用电还原二氧化碳变成一氧化碳等化工原料,达到降碳作用。甚至夏天将电来制冰,冬天烧水达到节能作用。

据2017年的一份统计,风能和光能占总发电比已经接近20%,这很令人鼓舞。但要到2050年达到碳中和,人类离这个目标还很远,除了需要在技术上加紧开发研究,还需要在政治上,组织上出现根本性的改变。川普当局退出巴黎协定,是一个很不好的征兆,说明短视的政治可能压倒远见。

光是能量需求一项,那些绿色能源满打满算,也无法到本世纪中完全取代化石燃料。而且,除了供能,在化工,炼钢,混凝土等行业,都会产生大量的碳排,因此,碳俘获技术,也是实现碳中和不可或缺的一环。

碳俘获技术,包括碳的俘获,运输和储存三部。常见的技术,一是化学方法,例如通过加入CaO,能将CO2 转变为CaCO2, 那就是水泥的原材料。将俘获形成的CaCO2制成水泥,碳就被封存在建筑物中。还有电还原技术,将CO2还原为CO和H2, 可以进一步制成人工石油原料。碳俘获能俘获高达85-90%的工业生产中排出的CO2。但是,碳俘获通常需要大量的能耗,比如在煤发电过程中增加了碳俘获过程,发同样的电就需要使用更多的煤,这也是个得失参半的问题。

因此碳俘获技术的解决方案,一是用绿色能源来提供碳俘获所需要的能量,二是提高碳俘获的效率从而降低其能耗,尽可能地降低净碳排。

除了考虑能量来源,还得考虑能源利用技术。现代碳排大户是运输,其中电动汽车的技术已经成熟,但电动大型轮船和飞机的技术尚未成熟,或根本没有。远洋航运和空运,占总碳排的25%,而且随着经济的发展,其比例还不断上升,依目前技术还很难解决。

目前最有可能的技术途径是氢能方案。氢氧反应,可以以燃料电池变成电能,也能以燃烧方式变成热能,内燃动能。燃料电池技术已经发展得不错,在大型轮船,卡车上都可以使用,只要携带足够的氢气,就可进行越洋的航行,现在的问题要是进一步提高燃料电池的效率。

氢气的燃烧能力也可用于取代供暖的天然气,煤气和木材等,从而降低碳排。用电加热的效率,不如直接燃烧的加热效率高。

氢气的内燃功能和汽油类似,能量值更高,理论上现有的汽油机,都可以直接燃用氢气。而飞机的发动机,经过一定的改装,也可以直接使用氢气。技术的难题在于储氢方面,液化氢气的温度达到接近绝对零度,高压氢气的储存,在飞机上有一定难度,而且会影响飞机的配重。其次,氢气目前低成本的生产方法依赖煤或天然气,会排碳,而电解氢的成本太高,有赖于太阳能产氢技术的突破性发展,从而以低成本提供大量绿色氢。

总之,要完成减少碳排的历史性目标,除了绿色能源,别忘了碳俘获和氢能技术的发展,没有它们,碳中和的任务依然是无法实现的。因此,加强在这两个最有希望的技术领域的投入,是刻不容缓的。

 

 

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