储能电池新用法:利用新型CCS技术分离出纯净二

日期:2019-11-08编辑作者:北京赛车官方正版投注

新技术原理与特点

“这项技术的最大优势在于,吸附剂对二氧化碳的亲和能力是二元的。”参与研究的麻省理工学院博士后萨哈格·沃斯基安解释说,根据电池充放电状态,电极材料对二氧化碳具有高亲和力或无亲和力,而很多其他碳捕获反应需要一些中间的化学处理步骤或大量能量输入。

  2009年底在丹麦首都哥本哈根召开的联合国气候峰会上,“气候门”丑闻爆发了出来,这更加让人质疑“全球变暖”这一命题的真实性。中国政府的努力使哥本哈根会议没有完全失败,但国际舆论中始终有一股力量要把全球变暖及哥本哈根会议“未果而终”的责任都推到中国身上。因此,我们有理由认为,碳排放问题实际上是国际舞台上一种新型的政治博弈,是一个新的国际政治游戏。

目前,研究团队已经成立了一家名为Verdox的公司,以实现系统的商业化运转。

据介绍,新方法可有效提升捕碳能效,捕获1吨二氧化碳消耗能量约1千兆焦耳。相比之下,其他现有方法捕获1吨二氧化碳需要能量1千兆焦耳至10千兆焦耳不等,具体取决于所处理气体中二氧化碳的浓度。

  

相关的研究也早已开展。目前比较成熟的技术是氧燃料燃烧加溶液洗涤。这个过程要求二氧化碳浓度大于10%,且需要对电厂进行大规模的改造。许多技术通过化学过程吸收二氧化碳,这就需要吸收器的再生以实现循环利用。目前再生的手段主要可以分为“热变化”和“压力变化”两种,但这两种方式需要大量能量,用于将加热吸收器或将吸收器抽真空。因此,能量利用效率都很低。

研究团队在新一期美国《能源与环境科学》杂志上发表报告说,他们最新开发出一种大型专用电池装置,充电时能从流过其电极的气体中吸收二氧化碳,放电时可释放纯净的二氧化碳气体。分离出的二氧化碳可用在碳酸饮料起泡、温室蔬菜施肥等方面,甚至可通过一系列化学过程制成燃料。

  

所以,虽然关于CCS的研究已经持续了很多年,且碳交易为CCS的经济应用提供了可能,但是目前电厂应用CCS的实现减排的成本依旧十分高昂。据IPCC估计,一座燃煤电站应用CCS能够减少80%-90%的碳排放,但也会因此增加25%-40%的能源消耗和21%-91%的成本。2015年,商务部将CCS称为“应对全球变暖的一种重要方案”,同时也称为其“一项昂贵的实验品”。

新华社北京10月29日电美国麻省理工学院研究人员开发出一种新方法,可在常温常压下,高效分离空气等混合气体中的二氧化碳。这种方法将来有望成为对抗气候变化的重要工具。

  

接下来的内容涉及大量化学,对化学有恐惧症的小伙伴可以跳过。充电时,蒽醌上的两个氧原子得电子,形成负电中心,吸引二氧化碳中位于正电中心附近的碳原子,使醌羧酸化,捕获二氧化碳。由于氮气和氧气都不具备这样的路易斯酸强度,所以反应有很好的选择性。充电电压越高,氧原子被极化得越明显,反应速率越快,但能量损失更大,因此从能量的角度,应该使充电电压略大于反应需要的电压,在纯氮气条件下大约是1.21V左右,随二氧化碳浓度变化。

研究人员介绍说,吸收和释放二氧化碳的过程基于电极表面的电化学反应。电池装置中的电极表面覆盖有由聚蒽醌和碳纳米管构成的特殊材料,使电极具有亲二氧化碳属性。整个系统在常温常压下即可工作,能去除混合气体中任何浓度的二氧化碳,对空气中浓度仅为约400ppm(ppm为百万分之一)的二氧化碳仍然适用。

  二、低碳背后的利益之争

在这项研究中,MIT科学家没有使用传统的“热变化”或“压力变化”吸收体,而是采用“电变化”吸收器。由于电化学过程近乎等温等压,能极大地提升其能量利用效率。整个装置的核心部件就是这个“电变化”吸收器。吸收器由三部分组成:两片涂有能吸附二氧化碳的蒽醌聚合物纳米管涂层的电极,中间是聚乙烯二茂铁纳米管复合材料制成的电极。在阴阳极之间是绝缘材料。

研究人员说,该系统捕获及释放二氧化碳的过程是“革命性的”,展示了电化学方法在去除温室气体方面的强大功能。

  但中国在减少二氧化碳排放方面也面临着巨大的挑战。因为中国有13亿人口,人均国内生产总值刚刚超过3000美元,按照联合国标准,我们还有1.5亿人生活在贫困线以下,发展经济、改善民生的任务十分艰巨。加上中国正处在工业化、城镇化快速发展的关键阶段,能源结构以煤为主,因而降低碳排放存在特殊困难。

CCS技术简介

研究团队已通过实验证明,他们开发的新装置至少可以完成7000次“吸收-释放”二氧化碳的充放电循环,这期间捕碳能效仅下降约30%。下一步,团队计划将该装置的充放电循环提升到2万至5万次,并希望在未来几年内实现产业化应用。

  司惯用政治伎俩去游说议会,通过国家的力量去推行对这些公司有利的标准。这些私人的利益集团同时拥有西方最大的媒体,例如CNN等,它们能通过宣传使大众相信,整个世界都处在人类排放的二氧化碳的威胁之下。而在二氧化碳排放的威胁下,却隐藏着一小撮金融集团的私利。

除此之外,CCS的应用场景不应仅限于处理高浓度的二氧化碳流,在一些特殊环境,如太空站、飞机机舱、潜水艇等封闭环境中,需要从二氧化碳浓度很低的空气中分离二氧化碳。这样的技术也能成为人类在用尽碳排放指标后力挽狂澜的工具。

  

成本和储能密度方面,作者没有过多提及。不过可以猜的是,这项技术的经济性会好于原有的技术。一方面,电极没有用到稀有金属,所使用的蒽醌和二茂铁也都实现了人工合成,成本不会太高。另一方面,这项技术既可以用于碳交易,用于电力负荷的削峰填谷,反应过程不需要加热或加压,也节省了大量能源开支,捕获的二氧化碳还可用于生产尿素等工业产品。不过,其储能密度应该不大。一方面,部分空间需要留作气道,增加了装置的体积,另一方面,真正发生反应的只有表面的一层聚蒽醌,能储存的电量有限。由于捕获二氧化碳终究需要能量,其单次循环效率不高。不过,这项技术最初就是作为碳捕获技术而研究,其储能的特性可以作为锦上添花。

  一、低碳是国际舞台上新型的政治博弈

由二氧化碳引起的全球变暖带来的威胁是本世纪人类面临的重大挑战之一。据政府间气候变化专门委员会IPCC于2018年10月发布的《IPCC 全球升温 1.5oC 特别报告》,如果想要将全球变暖控制在1.5°C以内,全球碳排放在2030年下降到2010年的55%,到2050年人类实现零排放。这就需要从空气中除去二氧化碳来平衡碳排放。

  但是这一结论并未得到科学家的一致赞同。持反对意见的气象学家指出,地球气候实际上一直在变化,人们之所以会觉得近200年来气候正在变暖,是因为地球从15至18世纪经历了一段“小冰川期”的时期。而在此之前约1100年至1500年间,地球的平均气温比今天要热得多。同时有的科学家认为,人类活动增加的二氧化碳无法改变整个气候。因为二氧化碳只占大气成分的0.054% ,本来就微不足道,而且地球二氧化碳排放中95%是自然原因形成的。另外,一些研究太阳活动周期的科学家认为,近些年来人们感觉到的气候变暖是太阳黑子运动的结果,这个阶段已经结束,下一阶段人类将经历一个气候回冷的时期。

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  首先,化石燃料的燃烧会造成污染,如粉尘污染、二氧化硫污染、酸雨,等等。中国在工业化过程中治理各种污染都是难题,如果能减少使用化石燃料,就能省出精力来治理更多的其他污染。其次,化石燃料是要耗尽的燃料,用一点就少一点。我们用得多,子孙后代就没有可用的了。为了可持续发展,我们也必须给子孙后代多留下一些。再次,化石燃料往往又是工业原材料,燃烧这些材料可能是最不经济、最不合算的用法。多留一些化石燃料,等待科技发展后使这些资源产生更高的价值,才更合算。最后,中国现在已经成为煤炭、石油等化石燃料进口大国,而且进口在消费中所占的比例不断攀升,这样就使中国的对外依赖性加大了,从而相对缩小了我们在国际舞台上的回旋余地。减少对这些化石燃料的依赖,某种程度上就是加大了中国的自主性,减少了未来受制于人的风险。

这项技术的特点和难点在于电极材料的选择和制作。首先,需要能选择性捕获二氧化碳;其次,电极表面需要较大的表面积,增加反应速率,这对于从低浓度的二氧化碳源中捕获二氧化碳尤为重要;最后,还需要良好的导电性,这一点通过聚蒽醌中的离域π键得以实现。

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储能与碳捕捉与储存看似是毫不相关的两个领域,但是来自麻省理工的科学家Sahag Voskian和T. Alan Hatton改变了这一点。他们研发出了一种新型CCS技术,通过一块储能电池的充放电过程,在充电过程中将二氧化碳从浓度低至0.6%-10%的气流中分离出来,并在放电过程中释放纯净的二氧化碳。电池的电流效率超过90%,每分离一摩尔的二氧化碳需要消耗40-90kJ的能量,且可以长期运行,7000次充放电循环后容量损失不超过30%。这一结果于9月30日发布在能源顶级期刊Energy Environmental Science上。

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  碳减排在欧美已经成了一种生意。在二氧化碳排放的威胁下.可能隐藏着一小撮金融集团的私利。中国可以借低碳发展来加快经济结构转型,但我们也要密切关注碳排放方面其他国家的走向.随时调整政策。对于已经开始尝试的碳交易,一要及时评估它对国内减排产生的效果;二要跟踪国际社会碳交易的发展.防止碳交易演变成新的金融泡沫。

  正因为如此,中国虽然可以借低碳发展来加快经济结构转型,但我们也要密切关注在二氧化碳排放方面其他国家的走向,随时调整政策,防止陷入新的陷阱。比如,我们已经开始尝试碳交易,以促进企业减少碳排放。那么我们一要跟踪自身的碳交易的发展,及时评估交易对国内减排产生的效果;二要跟踪国际社会碳交易的发展,防止碳交易演变成新的金融泡沫。特别是当一系列国际丑闻影响到人们对减少二氧化碳排放的重要性的看法时,在碳交易上形成的各种金融产品很可能会变成新的金融“垃圾产品”,进而在未来影响到金融机构的资产质量。建立在碳排放基础上的金融泡沫持续的时间与房地产泡沫不同,它垮掉时会一泻千里,因此我们要加倍小心。而在发展太阳能、风能等方面,中国也要注意技术的更新。现有的低碳技术产品,如太阳能光伏电池、风机等等,中国现在又是最大的生产商,已经有过剩的趋势了。我们一定要跟踪国际市场的需求变化,防止积累新的产能过剩。

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  另外,减少二氧化碳排放主要是减少使用传统的化石燃料,特别是降低对石油的依赖。这里面可能有发达国家的战略考虑。欧洲国家对进口石油依赖很大,特别是对俄罗斯。出于地缘政治的担心,它们希望用这种方法降低自己的依赖性。同样,美国认定某些石油生产国是“流亡民国家”,然而对进口石油的依赖使得它投鼠忌器,破坏了它的战略打算。因此,降低对石油的依赖符合美国的长远战略利益。

  人类工业活动排放的二氧化碳造成全球气候变暖,并危及地球的未来,近些年来已经成为国际政治舞台上新的热点问题。由于这一命题是联合国委托的一个专家小组提出来的,所以它的“权威性”似乎很强。然而,虽然世界各国没有谁提出大的质疑,但许多发展中国家的舆论还是怀疑,这会不会是发达国家制造出来阻止发展中国家发展的一种烟幕弹。

  在强大的“全球气候变暖说”的宣传压力下,反对派科学家的声音基本被淹没了。当低碳在美欧等发达国家成为了一种“政治正确”之后,谁再反对无疑就等于犯了某种“反人类罪”。

  同时,在降低二氧化碳排放的国际谈判中,我们一方面要争取合理的碳排放权益,比如要强调中国人均碳排放仍处于低水平,另一方面要利用国际谈判的规则,争取到对我们的可持续发展有利的形势。中国已经加入了由西方人制定规则的国际体系中,随着中国实力的增强,中国人也会不断在国际体系中发出自己的声音。我们要争取在这场新的博弈中控制新的制高点,保护我们的利益,增强我们的话语权。

  减少碳排放,也有着美欧之间在新技术领域、货币主导权等方面的竞争。上世纪末,美国推出了信息技术与通信技术,在全球市场上大赚了一笔。欧洲国家却把眼光瞄准了环保产业,特别是新能源技术。近些年来欧盟积极推动全球“碳减排”,某种程度上也就是为了在新技术领域占据优势地位,以此来获利。而目前,全球碳交易的主导权掌握在欧盟手中,欧元是碳现货和碳衍生品场内交易的主要计价结算货币,美元的霸主地位受到了一定程度的威胁。

  

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  三、中国如何应对这种新的国际政治博弈?

  联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告认为,近百年来气候在迅速变暖,全球气温从20世纪初到20世纪末上升了约0.74摄氏度,而这主要是人类活动造成的二氧化碳排放增长所导致的。最近20年来,世界各地普遍感到气温有所升高,因此这种说法很容易得到公众舆论的积极响应,加上它源于IPCC这样一个非常“权威”的机构,因而被全球媒体广泛引用。

  

  的确,碳减排在欧美已经成了一种生意。由于很多金融衍生产品都已经遭遇失败或被怀疑了,金融企业需要找到新的金融产品来赚钱,于是开始大力发展碳金融市场。大量的金融企业已经把减排指标的交易都做成了金融产品,甚至还分类打包再卖出去。与当年的住房次级抵押贷款有些相似。根据世界银行的统计,从2005年 京都议定书 生效之后,全球“碳交易”的总额从最初不到l0亿美元,增长到了2008年的1260亿美元,其中金融衍生工具带来的交易量也在不断上升。实际上,欧美的金融机构手中已经握有许多碳排放指标,如果不鼓吹低碳,不强行推行碳排放额度,它们这些指标就卖不了钱。

  然而,我们不能不警惕,是某些利益集团制造了全球变暖的恐慌,目的就是为了制造新的投资点,这样它们才可能大赚一把。美国地缘政治专家恩道尔在仔细阅读了联合国的IPCC报告后,得出的结论是:该委员会声称他们制定了一个I50年的气候变化模型,但他们挑选的数据完全是根据自己的需要来找到的。恩道尔指出,英美等国的金融家们准备利用全球变暖的恐慌大发一笔横财。美国芝加哥期货市场2003年创造出了一种新产品,叫做芝加哥气候期货,其实际交易的是未来碳排放的指标。美国的金融家们想在未来建立一个数万亿美元的“碳排放额度”交易市场。2005年,欧洲气候期货也被创造出来了。这两者都属于CLE Limited这家私人公司,而这家公司又属于纽约和伦敦最大的银行。一旦美国国会通过“碳排放上限与交易法案”,这个新的市场就要操纵强加给工业增长的数万亿美元的税负,这几家私人公司就会从中大获其利。恩道尔还指出,美英的一些私营公

  另外,从某种角度上看,中国减少使用化石燃料、发展新能源也是抢占技术制高点的重要举措。因此,我们可以从减少使用化石燃料、加大使用可再生能源入手,来调整经济结构,改善出口环境。

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  气候变化、低碳经济的概念和相关理论由西方发达国家提出,它反映出国际舞台上一种新的政治博弈。中国在迅速发展时期遇到了这种新的国际政治博弈,必须找到合适的应对之策。某种程度上,中国已经掀起了一场低碳经济热,无论是从经济转型,还是从寻找新产品的角度看,这种做法都有一定意义。因为无论二氧化碳排放对地球的气候有无影响,减少碳排放如果对中国来说是减少燃烧化石燃料,即减少使用煤与石油,以及提高能源效率,那么这些措施在诸多领域都具有十分重要的意义。

  中国的历史记录也说明,地球气候的变化不是随着人类的工业化和二氧化碳的增加而发生的。唐朝的时候,中国都城长安(今陕西西安)的皇宫里曾种植过橘子,皇帝还把橘子分赠大臣。橘子只能耐零下8摄氏度的低温,如今陕西气候比当时寒冷,不能生长橘树。而在寒冷的清朝,江西的橘树都被冻死过。

  

  美国宇航局戈达德空间研究所主任詹姆斯?汊森是全球最早提出全球变暖问题的科学家之一,被称为“气候教父”,但连他也反对现行的碳排放交易做法。他认为,发达国家只是在纵容买卖,发达国家想要维持自己现在的生产水平,因此只打算花很少一部分钱从发展中国家手中购买排放量限额。这对解决全球变暖问题来说,会获得适得其反的效果。所以他甚至认为哥本哈根会议失败才好,因为可以挫败这种企图。

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