前几年“水变油”的骗局在网上流行了好一阵子,现在更天方夜谭的消息又出来了:人类呼吸时呼出的二氧化碳,可以直接转化为汽油了?
当然,用骗局和它相提并论就太贬低了,因为这是一项由中科院在今年3月4日发布的、已实验成功的技术成果!
这项技术往大了说,可以促进碳中和,缓解全球变暖;往小了说,也可以出产标准汽油,降低价格,改善民生。
当然,也有人提出质疑:
汽油燃烧后还是会变成二氧化碳,你在这里转来转去,期间还有不少能量损耗,到底有没有实用性?就算成功,成本能低到可商用吗?
于是,今天就随笔者来简单了解一下这项技术,找到我们想要的答案。
这项技术其实没有想象中那么异想天开,因为二氧化碳本来就可以经过植物的光合作用转化为有机物,而汽油也只是庞大有机物家族中的一员,所以理论上来说,只需要在二氧化碳中加入氢元素和大量的能量,造出汽油的可能性是存在的。
这个想法也得到了外国权威的认可,2017年,那时,《自然》杂志上专版刊登了这项二氧化碳加氢制汽油的技术,对来自中国的研究团队表达了创新的肯定。
论文标题:“直接”转化二氧化碳为汽油
当然,如果只有创新肯定是走不远的,因为还有很多等待着科学家们去解决的问题,而这些也被我国科学家一一克服了。
现在“石油枯竭论”已经不攻自破,这代表着人类在找到新的替代能源之前,基本上可以无节制地使用石油,也就意味着汽油的供应是无限量的。但是,自主寻找制造汽油的方法依然是有必要的。
因为石油现在不单单是一种能源物质,同时也是一种经济、政治的筹码,而我国在全球的石油局势上实际上并不占优势,是很容易受到牵扯的。
这不,这次国内的汽油价格攀升,其实就是英美对俄罗斯的制裁所导致的结果,我国虽然是无关者,却也难免受到了影响,如此看来,一个国家汽油的独立度显然是越高越好的。
但这只能说是次要原因,这项技术真正的目的比较容易被忽视,那就是“储能”。
说到储能,就会想到电池、电容等等技术,可二氧化碳制汽油怎么会和它们相同呢?
先来确立一下基本知识,汽油是C4~C10各族烃类的混合物,它之所以能当作能源物质,内部的“碳氢化学键”(下简称“碳氢键”)能在燃烧时释放大量的能量。
也正是因为碳氢键的存在,让汽油的能量密度达到了12~17MJ/kg,是锂电池的20倍左右(锂离子电池的能量密度是0.46~0.72MJ/kg)。
这里还要算上汽油机的30~70%的转化效率,以飞机来举例子,假设它飞一趟越洋航班需要消耗100吨燃油,换成同等的锂电池大概需要三千多吨!先不论成本问题,光是自重就已经让飞机寸步难行了。
不难看出,碳氢键的放能效率,远非是人造电池能比的,这也是现今新能源汽车仍然不能完全取代燃油汽车的理由之一。
换句话说,放能效率其实也就是储能效率。比起将能量储藏在占地方的电池中,显然是将其转化为化学能,储藏在碳氢键中更安全、更高效。
可是,汽油中的碳氢键是在自然中生成的,这玩意要怎么人造呢?能量又要从哪里变出来?
其实能量还真不缺,主要是来自风能、太阳能和工业废电等不方便直接输入电网利用的能量,也就是俗称的“损耗掉的能量”。
而原料的二氧化碳和氢气也不难获取,剩下的就是让他们在吸收能量,发生反应,生成相对稳定、储能效率高的汽油了。
现在问题又来了,那就是二氧化碳比起它的“孪生兄弟”一氧化碳,是一种过于稳定、在空气中不可活化的物质,甚至还可以当成阻隔氧气的灭火剂,这样稳定的物质想要让它“活跃”起来,难度无疑是很高的。
这时候,就要轮到催化剂的出场了,它是一种能降低反应“门槛”,加快反应速度的物质,虽然要加在反应原料当中,但却不能参与反应的总过程。
经过多年研究,科学家们自主设计出了一种多功能复合催化剂,内含三种互相补充的活性物质,可以连续稳定运转1000小时以上。加在二氧化碳和氢气当中,可以顺利地“三步跳”,最终生成汽油。
它看似是个耗能的反应,其实正好相反:因为“消耗”的能量大部分都储藏到化学键中去了。相当于把不好利用的风能、太阳能转化成了好用的化学能,储存在汽油当中,既稳定,效率又高。
另一个值得瞩目的价值,则是它在环境方面的贡献。不知各位是否注意到:
二氧化碳转化为汽油,汽油再燃烧生成二氧化碳,这个过程本质没有用到任何的化石燃料,这一加一减,总的碳排放量是守恒的,也可以说这个过程是“碳中性”的。
毕竟我们温室效应的罪魁祸首其实不是二氧化碳本身,而是在不断燃烧化石能源中,那部分“多出来的”二氧化碳。想象一下,假设全世界完全使用这种技术来生产汽油,那么汽车所带来的温室效应就直接不存在了!
它看似是给燃油汽车加了一分,但何尝不是另一种意义上的新能源呢?
当然,现实不会那么美好,因为在向它供能的时候,可能还会产生额外的火电排放。但这些问题都是次要的了,“二氧化碳制汽油”这项技术是一个基础研究,仅仅是人类摆脱对煤、对石油依赖的第一步。
而随着我国首创的千吨级装置开车成功,更多的成果会出现在现实当中,可能问题也会接踵而至,但解决它们是科学家在未来的任务,现在,我们只需享受这项技术给我们带来的喜悦和希望。
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