二氧化碳变燃料?

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  研究人员正在开发一种技术:回收大气中的二氧化碳。他们利用二氧化碳的碳原子合成碳氢化合物,也就是我们熟知的烃。这些烃可以用作汽车燃料,还可以替代原油成为制造塑料和其他材料的原材料。这种变废为宝的举措将有可能为缓解能源危机带来一线希望。
  想法很简单,分两步走。第一步:从二氧化碳分子中移走一个氧原子,得到一氧化碳。第二步,将一氧化碳与氢气混合,在催化剂的作用下,得到液态烃燃料。后一步反应被称为费一托法,发明于20世纪20年代,技术已经非常成熟。早在第二次世界大战时期,当原油供应紧张时,德国人曾经利用这种方法制造汽油。
  困难在于第一步反应,如何才能既省钱又高效地从二氧化碳中获取一氧化碳。最简单的途径是在2400摄氏度高温下加热二氧化碳。在这个温度下,二氧化碳自动裂解成一氧化碳和氧气。问题是用什么方法来达到这个反应所需的高温。
  显然,太阳能是最佳选择。目前,研究人员已经建成了一个小规模的原型反应器,看其能否利用太阳能从二氧化碳中获取一氧化碳。这个反应器包括两个装置:一个是抛物面镜,用于聚焦太阳光;一个是反应室,用于吸收太阳能,并产生一氧化碳。
  具体来说,将反应室安装在抛物面镜的上方,使它的进光口对准抛物面镜的焦点。焦点上的太阳光通过进光口照射在反应室的陶瓷棒上,陶瓷棒吸收太阳能。加热注入反应室的二氧化碳,使二氧化碳的温度上升到2400摄氏度,将其分解为一氧化碳和氧气。
  不过,这个反应器存在一个缺陷。操作温度过高会损失大量热能,这样就会降低能源利用率。尽管太阳能是免费的,但是建造和维护这些设备是昂贵的。所以,如果想降低成本,就需要提高反应效率。研究人员设想将该反应器与发电设备联合使用。这样,发电设备能够利用反应器散发的热能发电,提高太阳能的利用率。
  研究人员又开发了一种新式反应系统,这个系统的操作温度稍低,它也有一个用于聚焦太阳光的抛物面镜。不同的是,反应室有两个凹槽,由14个钴铁氧陶瓷环吸收太阳能,这种陶瓷在加热时能够释放氧原子,但是不会破坏它的完整性。
  聚焦的太阳光透过窗户照射在反应室的一个凹槽(这个凹槽温度较高)上,加热凹槽里的陶瓷环,使陶瓷环的温度上升到1500摄氏度。此时,陶瓷释放氧原子,随着环的旋转,环上加热的部分移到反应室的另一个凹槽(这个凹槽温度较低)。在这里,起初加热部分的温度降低到1100摄氏度。在这个温度下,脱氧的陶瓷能够从注入的二氧化碳气体中夺取一个氧原子,这样就得到了一氧化碳。环继续旋转,刚刚被氧化的陶瓷又回到温度较高的凹槽,再次被加热至1500摄氏度。如此周而复始。
  在这个反应系统里两个温度非常关键。陶瓷要被加热到合适的温度才能释放氧原子,又需要降低到合适的温度才能与二氧化碳反应。为了保证产生合适的温度,相邻的陶瓷环向着相反的方向旋转。也就是说,每个陶瓷环被加热的部分在向温度较低的凹槽旋转时,相邻的陶瓷环会帮助它降低温度。
  这个反应系统最初是为了制氢而研制的。制氢时在温度较低的凹槽里注入的是水蒸气而不是二氧化碳。研究人员称,裂解二氧化碳时的太阳能利用率要高于制氢。他们估算,这个反应系统每个小时能够产生100升的一氧化碳。
  随着原油和天然气越来越昂贵,越来越稀缺,投资人员正在积极寻找可以替代原油的新型原材料。如果这项利用二氧化碳合成燃料的技术成熟,并且价格上占据竞争优势,那么二氧化碳将不再从汽车排气管排出,也不再从发电站烟囱里喷出,而是源源不断地输入到反应器里产生一氧化碳。然后,一氧化碳再被加工成烃燃料,用于生产塑料或其他产品。到那时,二氧化碳不但能为自己挽回面子,它的恶名也将得到“平反”。
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