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降低成本19%!美国科学家展示一种低成本碳捕集技术

北极星大气网  来源:byteclicks    2021/3/22 15:35:10  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:碳捕集 碳捕集成本 EEMPA

北极星大气网讯:作为降低碳捕集成本的马拉松式研究工作的一部分,化学家们现在已经展示了一种捕集二氧化碳(CO2)的方法,与目前的商业技术相比,成本降低了19%。这项新技术与商业化的同类技术相比,完成同样的任务所需的能量减少了17%,超越了阻碍其他形式的碳捕集技术在工业上广泛使用的障碍。而且它可以很容易地应用在现有的碳捕集系统中。

在2021年3月出版的《国际温室气体控制杂志》上发表的一项研究中,来自美国能源部太平洋西北国家实验室的研究人员以及来自Fluor公司和电力研究所的合作者–描述了被称为EEMPA的溶剂特性,这些特性使它能够避开传统溶剂所产生的能源上的昂贵需求。

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该过程详细描述了EEMPA(太平洋西北国家实验室开发的溶剂)如何从电厂排放的烟道气中捕获碳。从左到右,EEMPA(红色)首先与烟道气(黑色)相互作用,并在其中吸收二氧化碳。然后,作为饱和溶剂(蓝色),在高压和低压罐中将EEMPA的二氧化碳汽提。最后,将汽提的溶剂重新引入二氧化碳吸收器,在此过程再次开始。

EEMPA具有一些有前途的特性,它可以捕获二氧化碳,而不需要高含水量,所以它是水溶性的,而且它的粘度比其他水溶性溶剂低得多。

当前大气中的二氧化碳含量近年来飙升,2019年创下新高。

根据美国能源部的分析,商业技术每单位成本为4至5亿美元,捕获二氧化碳的成本每公吨CO2约58.30美元价格。根据这项新研究,EEMPA可以吸收电厂烟气中的二氧化碳,然后以纯二氧化碳的形式释放,价格仅为每公吨47.10美元,这为电厂运营商捕获二氧化碳提供了额外的技术选择。

解决溶剂问题

最早已知的溶剂型碳捕获技术专利之一出现在1930年,由Robert Bottoms申请。

从燃烧后的气体中提取二氧化碳的化学过程基本上没有改变。

于是,在2009年,该研究团队开始设计无水溶剂作为替代方案。最初的几种溶剂都太粘稠,无法使用。

在接下来的十年里,PNNL团队改进了溶剂的化学成分,明确的目标是克服 “粘度障碍”。结果发现,关键是使用分子的排列方式,促进内部氢键的形成,让更少的氢原子与邻近的分子相互作用。

基础设施建设可转向塑料

该团队的溶剂曾经像蜂蜜一样粘稠,现在却像水壶里的水一样。EEMPA的粘度比PNNL以前的低水配方低99%,现在几乎与商业溶剂相当,可以在现有的基础设施中加以利用,而现有的基础设施主要是由钢铁建造的。研究小组发现,转而使用塑料代替钢材,可以进一步降低设备成本。

钢材生产成本高,运输成本高,而且与溶剂接触时间长了容易腐蚀。根据这项研究,以十分之一的重量,用塑料代替钢材可以使整体成本再降低5美元/公吨。

与塑料的搭配为EEMPA提供了另一个优势,其反应表面积在塑料体系中得到提升。因为传统的水性胺不能很好地 “湿润 “塑料(想想特氟龙上的水珠),这种优势是新溶剂所独有的。

PNNL团队计划在2022年生产4,000加仑EEMPA,以0.5兆瓦的规模在阿拉巴马州谢尔比县国家碳捕集中心的测试设施内进行分析,他们将继续大规模进行测试,并进一步完善溶剂的化学成分,目的是达到美国能源部的目标,即到2035年部署可以以每公吨30美元的成本捕获二氧化碳的商业化技术。


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