自从工业革命以来,就产生了一个无解的矛盾。
社会发展需要消耗化石能源,而燃烧化石能源会释放大量的二氧化碳,空气中的二氧化碳多了,就会产生温室效应。
最后温室效应会反噬在人类的身上,全球变暖,全球冰块融化,海平面上升,然后出现各种想不到的极端天气。
这几乎就形成了一个完美的闭环。
最开始的时候,科学家们想要解决这个问题,打算从根源上去解决。
发展各种可以代替化石能源的能源,比如风能,太阳能,水能,甚至是核能,生物能来解决这个问题。
但任何能源都不是完美的。
比如风能、太阳能、水能说起来都是清洁能源,但最大的问题是不稳定,今天风大一点,风能出的电就多一点,风太小了干脆就不发电了。
太阳能还得看天上的云朵给不给面子,水能也一样,也有水大水小的问题。
至于核能,就有一个泄露得问题。
面对这个局面,人类的科学家就琢磨出这么一个方案。
有没有一种,既能消耗空气中越来越多二氧化碳,还能代替化石能源的技术,或者能源呢?
这个问题听起来非常的科幻。
咋可能吗?
但有想法,科学家就打算试一试。
最终还真就整理出一套理论来,依据这套理论,还真就发展出了全新的技术,实现了预定目标。
那么这套理论是怎么做的呢?简单的说一下他的流程,首先找到一种清洁能源,那什么能源最清洁呢?
太阳能,地球上的所有能源和太阳能都有联系。
而且太阳能无处不在,关键是有些地方的太阳能特别的充足,有些地方特别不好。
那么如果将太阳能给封存在一种物质中,利用这种物质进行运输,然后使用的时候,再释放出来进行使用。
说到这里,很多人感觉这不就是太阳能电池吗?
不是!因为在设计这套流程的时候,还有另外一个目的,就是吸收二氧化碳,所以封存太阳能的物质必须有二氧化碳的参与才行。
那么这件事怎么去做呢?
首先是在2005年的时候,出现了一种叫做甲醇经济的概念。
这种概念是想利用甲醇作为液态燃料,来取代给人类生活制造出很多麻烦的化石能源。
但是依照过去的方法,甲醇的来源就两个方向,一个是从煤中提取,另一个是从生物质(比如各种树木,有机垃圾等等)中提取。
而这个甲醇经济概念有一个新奇点,另辟途径制作甲醇,利用原子能或者是各种再生能源,将二氧化碳和水进行合成,制作甲醇。
这个新奇点最为关键的是,和上文中提到的利用二氧化碳封存太阳能的想法对上了。
甲醇可是好东西,是基本有机原料之一,还可以当做各种溶解剂,甚至制造农药,药品,塑料等等都离不开甲醇。
而且甲醇还是一种燃料,燃烧以后又会生产二氧化碳。
把二氧化碳再次进行捕捉,加水,利用可再生能源再次制作甲醇,进入到新一轮的循环中。
这就相当于形成了一个完整的能源储存,运输,使用,制作的链条。
所以在2005年甲醇经济概念提出之后,很多科学家就对这个方向进行了探索。
最终在2018年的时候,就出现了一套更加完善的理论——液态阳光。
什么意思呢?
其实说道这里,很多人已经明白了。
首先是利用太阳能从水中提取氢气,然后将氢气和二氧化碳进行结合,制作甲醇。
这样就可以在太阳能多的地方,将太阳能收集起来,运输到需要的地方进行使用就可以了。
甚至是风能和水能,也可以使用同样的流程进行运输使用。
最关键的是可以大量的消耗二氧化碳。
这套流程看起来很麻烦的,所以有些人,在看到利用太阳能制作氢气的时候,就有将氢气直接进行运输的想法。
怎么说呢?
氢气的安全性能比较差,而甲醛的能量密度不低,同时在存储运输,安全都要比氢气好很多的。
而且最为关键的是,甲醇进行调整之后,同样可以释放出氢气的。
方案有了,想法也有了,接下来就是攻关技术难题了。
液态阳光的难题从上面的流程来看,首先遇到的问题就是太阳光制作氢气的问题。
因为不管制作什么都是需要消耗能量的,如果封存的太阳能,和消耗的能量相比较悬殊太大,这个液态阳光的制备就没有什么价值了。
一开始的时候,利用太阳能将水分解成氢气和氧气,在技术上其实是不够成熟的。
有多不成熟呢?
一百点太阳能用来制作氢气,能够封存的太阳能只有五点,这就尴尬了。
然后就是二氧化碳加氢气制作甲醇。
很多化学反应,反应条件发生变化,就算是反应物没有一丁点的变化,反应后产生的物质还都不一样。
所以同样是二氧化碳和氢气,反应的结果有可能是甲醇,也有可能是甲烷,甚至能冒出个一氧化碳加水的情况。
这要是在实验室里进行反应,各种条件很容易控制,但要是进入到工业化批量生产,技术设备不是很成熟的情况下,出现什么样的反应物都是有可能得。
这就需要调整设备,找出更加高效可控的催化剂。
各个国家对于这方面的研究都投入了大量的精力。
比如德国的方案。
他们是让二氧化碳和水蒸气,穿过一个太阳能反应器。
这个太阳能反应器,是将金属氧化物分解成金属离子和氧离子的一个装置,这个装置是需要在两千度的高温下,才可以实现分解的。
当然这个两千度的高温,可以利用太阳能进行获取。
所以当二氧化碳和水蒸气通过这个太阳能反应装置的时候,就可以和金属离子、氧离子发生反应。
最终就可以获得氢气和一氧化碳的合成气体。
然后利用这种合成气体,来制作煤油。
所以这套方法是利用煤油来进行封存,运输,利用太阳能的。
这套工艺的实验已经结束,进入到了工艺工业化的阶段。
再有就是美国。
美国为了压缩成本,想要一步就把二氧化碳和水,变成可以封存,运输,使用的液态烃。
美国曾经在美国的《国家科学院院刊》上发表过一篇论文,认为光热化学流体反应器中,将温度控制在一百八十到二百度的范围,然后将压强提升到0.6兆帕之后。
二氧化碳和水是可以直接进行反应,变成液态烃和氧气的。
怎么说呢?
这个世界听起来简单的东西,想要实现起来是非常的困难,就像证明1+1等于2一样。
所以这个想法的科研成果还没有出来。
那么中国的液态阳光的发展如何了呢?在2021年的十月二十一号,中集安瑞科技投资控股有限公司和中科院大连化学物理研究院签订了战略合作协议。
这个协议的内容,就是为了推进液态阳光中的一个关键性的设备,阳光制氢设备,这里面还包括了加氢站,以及二氧化碳的捕捉设备。
看了这条消息,是不是有一个感觉,这项技术的工业化还要走很长一段时间?
其实不是的,在中国,液态太阳光的技术,早就从实验室推进到了应用阶段了。
早在2020年的一月份,全世界第一套将太阳能转化为液态阳光的试车实验,就已经成功完成,地点就在兰州新区。
这套试车包括了太阳能发电,电解水制备氢气,利用氢气和二氧化碳进行合成甲醇的技术。
其实这个试车过程,经过了很长一段时间,最开始的时间是在2018年的八月份启动的,到了2020年才试车成功。
最值得称赞的是,这套试车系统,几乎可以将所有使用的二氧化碳全部转化成甲醇,没有浪费的。
需要说明的是,这次试车是千吨级的。
为什么要特别提醒是千吨级的试车呢?
因为中国要在鄂尔多斯这个地方,打造一个年产十万吨级的液态阳光项目。
这个项目预计会在2025年建成。
那么十万吨的年产量是个什么概念呢?
十万吨的甲醇释放出来的能量相当于六亿度电,想想看一年产六亿度电,想往哪里运就往哪里运。
如果使用不完,就可以储存起来,想起来再用。
所以实际应用已经开始了,技术上是没有问题的,就是看小范围制备的过程中,会有什么新的难题和发现而已。
说道这里,回到文章之前出现的一个小细节上。
之前太阳能转化成氢,一百点能量只能封存五点,这个效率太低了。
那么目前中国已经在李灿院士的带领下,与2019年解决了这个问题。
他的团队开发出来的电解槽,可以利用四度电,电解出一立方的氢气。
而且这套设备的安全性还很高,可以避免氢气和氧气制备出来之后,发生混合引起爆炸的问题。
而二氧化碳加氢气,制备出甲醇这个环境,早在2017年的时候,就已经实现了技术突破。
技术是好技术,但还有一个问题。
目前来看,液态阳光制作出来的甲醇成本要比传统方法制作出来的甲醇成本高。
当然这是暂时的,随着可再生能源发电的成本降低,液态阳光制作出来的甲醇会和传统工艺制作出来的甲醇成本持平。
不过相比较下来,液态阳光是吸收二氧化碳的,而传统工艺的制作过程是释放二氧化碳的,每制作一顿甲醇就要释放出三四吨的二氧化碳。
相比较起来,还是液态阳光划算。
液态阳光制作的一吨甲醇,就会吸收1.4吨的二氧化碳。