2019-05-14 22:14:02
革命性的储存和使用碳的方法 以及它将要实现的令人印象深刻的努力

随着全球排放量持续不减,气候变化正在以惊人的速度发展。但是,来自加州大学圣巴巴拉分校和德国亚琛工业大学的科学家团队为所有喷入大气的二氧化碳提供了一个新的和新颖的目的地:化学产品。

化学品生产通过其消耗的能源和使用的碳基原料排放出大量的温室气体。加州大学圣塔芭芭拉分校布伦环境科学与管理学院教授Sangwon Suh及其研究人员看到,如果世界能够创造足够的可再生能源,那么就有机会将烟囱中的数十亿吨二氧化碳转移到化学品供应链中。努力值得。他们的分析出现在“美国国家科学院院刊”上。

根据该团队的调查结果,化学品生产 - 包括润滑剂,油漆和塑料等多种行业 - 每年产生的二氧化碳排放量超过33亿公吨,相当于其他温室气体。 Suh最近发布了第一份关于塑料碳排放的综合报告,他和他的合着者发现,仅塑料就相当于每年18亿公吨的二氧化碳排放量。

“一方面,大量的塑料和化学品造成了问题,”研究工业生态学的Suh说,“因为生产中需要大量的能源,一旦使用产品,就会产生大量的废物将生成。“

“另一方面,”他继续说,“这是一个机会,因为这些原材料主要是以碳为基础的。如果我们可以使用二氧化碳作为这些塑料和化学品的碳源,那么我们就可以捕获和储存大量的塑料和化学品中的二氧化碳含量,否则就会产生价值。“

将碳捕获和利用(CCU)应用于化学工业是一个新颖的想法。它将提供可再生的碳化合物来源,并具有将二氧化碳排出大气的额外好处。 CCU还生产大量纯净水作为副产品,随着水安全成为一个更大的问题,这是一个潜在的好处。更重要的是,将捕获的碳用于抵消首先捕获它的一些成本,这是碳封存工作面临的主要经济挑战。

但该团队想知道它可能有多实用。这是一个新领域,因此研究人员大多不得不从头开始工作。他们着手测试CCU是否提供了减少温室气体排放的大量机会,并发现确实如此。该技术每年可以消除多达35亿公吨的二氧化碳,或相当于其他温室气体的二氧化碳。

然而,这个过程会增加工业的总能量需求,主要是因为它还需要氢气,氢气通常是通过电解从水中产生的。这些需求需要通过可再生能源来满足,否则该过程将排放更多的碳,而不仅仅是通过化石燃料储备来传统地采购材料。

那么问题就变成了:需要多少可再生电力来达到这个3.5千兆吨的技术潜力?

答案:世界目前2030年可再生能源目标的126%至222%。在目前的政策和轨迹下,这些目标看起来已经非常雄心勃勃。

“我们很惊讶为了通过CCU减少温室气体排放需要多少电力,”Suh评论道。 “有些人可能认为我们测试的那些可再生能源发电数字是不切实际的。嗯,这就是重点。”

时间和精力

许多科学家对CCU以及碳捕获和储存感兴趣,因为他们越来越担心减少温室气体排放的各种提案和策略可能会缩短。 Suh说,LED灯和电动汽车产生的温室气体较少,但避免气候灾难需要的不仅仅是减少排放。

“科学家们开始意识到,这些努力将无法使我们在全球平均温度升高1.5至2摄氏度,”他说。这些是联合国在政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告之后为防止气候灾害而制定的目标。 Suh表示,保持这些目标需要在本世纪下半叶将净排放量减少到零,并在2014年报告的一部分中担任协调主要作者。

这导致碳预算的概念,即人类可以排放的温室气体的最大总量,并且仍然保持低于2摄氏度的温度。科学家已经对这一预算进行了许多估算,但其中最具影响力的产量之一是7,630亿吨二氧化碳,或其他气体中的相当数量。 Suh说,目前,我们每年排放约500亿吨二氧化碳。这不允许使用很多余地,或者在很长时间内解决问题。

“我们必须立即大幅减少温室气体排放,”Suh说。

然而,他认为对碳捕获潜力过于乐观也是危险的。 “我们的研究代表了CCU对碳减排潜力的第一次全球评估,我们发现CCU拯救世界需要很多,”Suh说。假设碳捕获即使我们错过了我们的目标也能解决问题,人类无法像往常一样继续经营。

“最重要的是,这项研究显示了为了让CCU有意义所需的巨大可再生能源,”Suh说。他怀疑阅读这项研究的人会对这些要求不满意,并表示我们无法将所有可再生电力直接用于CCU。

“我同意,”他说。 “这才是重点。”

最好的收获

如果我们确实添加了研究中详述的大量可再生电力,那么就会出现CCU是否是这种额外电力的最佳应用的问题。因此,该团队将CCU与可能证明更有效的替代方案进行了比较。

事实证明,CCU目前不是最有效利用可再生电力来减少碳排放。将这种能源投入到热泵中 - 而不是依赖天然气进行加热 - 可以最大限度地减少每千瓦时的排放量,其次是运输和热水器的电气化。事实上,该团队计算出我们可以在热泵达到饱和之前将大约5千瓦时(5万亿千瓦时)的额外可再生能源投入热泵。只有在所有这些其他更有效的可再生电力使用耗尽之后,将绿色能源投入碳捕获和利用才有意义。

然而,如果产生额外的容量,CCU可以证明是减少温室气体排放的有效工具,科学家表示。流经化学工业的碳基化合物的绝对数量使CCU有可能对抑制排放产生巨大影响。

“我们没有发现CCU是全球环境的救星,”Suh说,“虽然它可能具有一些本地潜力,但可再生电力供应过剩且没有明显用途。”

然而,在这种情况下,生产的大块塑料和化学品需要运往市场,从而产生更多的排放。相反,多余的电力可以用于处理数据,这在全球范围内传输效率要高得多,Suh说。他和他的同事现在正在研究数据中心和外包计算可以通过最有效地利用可用能源来减少排放。

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