一种不污染的化石燃料技术

俄亥俄州立大学的工程师们正在开发能够将化石燃料和生物质经济地转化为有用产品(包括电力)而不向大气排放二氧化碳的技术。

在能源与环境科学杂志上发表的两篇论文的第一篇中，工程师们报告说，他们设计了一种将页岩气转化为甲醇和汽油等产品的工艺，同时消耗二氧化碳。该方法也可以应用于煤和生物质以生产有用的产品。

在某些条件下，该技术消耗其产生的所有二氧化碳以及来自外部来源的额外二氧化碳。

在第二篇论文中，他们报告说他们已经找到了一种方法，可以大大延长颗粒的寿命，使化学反应能够在一段时间内将煤或其他燃料转化为电能和有用的产品，这对商业运作非常有用。

最后，该团队已经发现并获得专利的方式，有可能降低生产称为合成气或“合成气”的燃气的资本成本，比传统技术低约50%。

这种被称为化学循环的技术在高压反应堆中使用金属氧化物颗粒来“燃烧” 化石燃料和生物质，而不会在空气中存在氧气。金属氧化物为反应提供氧气。

工程师说，化学循环能够作为一种权宜之计，可以提供清洁电力，直到太阳能和风能等可再生能源变得广泛可用且价格合理。

“可再生能源是未来，”负责这项工作的杰出大学化学与生物分子工程教授范施施说。“我们需要一座桥梁，让我们能够创造清洁能源，直到我们到达那里 - 我们可以在未来30年或更长时间内使用这些能源，而风能和太阳能成为主流技术。”

五年前，Fan和他的研究团队展示了一种称为煤 - 直接化学循环(CDCL)燃烧的技术，在这种技术中，他们能够从煤中释放能量，同时捕获99%以上的二氧化碳，从而阻止其排放到煤中。环境。CDCL的关键进步是氧化铁颗粒的形式，其为移动床反应器中的化学燃烧提供氧气。燃烧后，颗粒从空气中回收氧气，循环再次开始。

俄亥俄州立大学化学和生物分子工程研究助理教授安德鲁·汤说，现在的挑战是如何防止颗粒磨损。

虽然五年前CDCL的颗粒持续了100个循环超过八天的连续操作，但工程师们已经开发出一种新的配方，可以持续超过3,000次循环，或者在实验室测试中连续使用超过8个月。在副驾驶员和试验工厂也测试了类似的配方。

“颗粒本身就是一个容器，它在这个过程中来回携带氧气，它最终会分崩离析。就像在高速公路上运输货物的卡车一样，最终它会经历一些磨损。我们说我们设计了一种颗粒，可以在实验室中完成3000次旅行并保持其完整性，“Tong说。

他补充说，这是氧气载体有史以来最长的寿命。下一步是在综合燃煤化学循环过程中测试载体。

另一项进步涉及工程师开发用于生产合成气的化学循环，这反过来又为许多其他有用的产品提供了构件，包括氨，塑料甚至碳纤维。

这就是技术真正变得有趣的地方：它提供了二氧化碳作为生产有用的日常产品的原材料的潜在工业用途。

今天，当从发电厂废气中洗去二氧化碳时，它将被埋藏以防止其作为温室气体进入大气。在这种新的情景中，一些洗过的二氧化碳不需要埋没; 它可以转换成有用的产品。

范说，这些进步使俄亥俄州立大学的化学循环技术更接近商业化。

他称最近的进展是“重大而令人兴奋的”，他们已经很长时间了。真正的科学创新并不常见，当它们真的发生时，它们并不是突然的。它们通常是几十年来共同努力的结果 - 或者在Fan的案例中，是俄亥俄州立大学40年研究的结果。在一段时间里，他的工作得到了美国能源部和俄亥俄州发展服务局的支持。

“这是我一生的工作，”范说。

他的第一篇论文的共同作者包括博士后研究员Mandar Kathe; 本科研究人员Abbey Empfield，Peter Sandvik，Charles Fryer和Elena Blair; 和博士生张一涛。第二篇论文的共同作者包括博士生Cheng Chung，博士后研究员Lang Qin和硕士生Vedant Shah。压力调节装配工作的合作者包括Tong，Kathe和高级研究员王大伟。

该大学希望与业界合作，进一步发展该技术。

林德集团是氢气和合成气供应和工厂的供应商，已经开始与该团队合作。林德集团技术与创新研发部门负责人Andreas Rupieper表示，能够在氢生产工厂中捕获二氧化碳并将其用于下游以便以具有竞争力的成本生产产品“能够弥合向脱碳氢生产未来的过渡。” 他补充说，“林德认为俄亥俄州的氢生产化学循环平台技术是其新建工厂的潜在替代技术”。

为电力市场生产清洁能源技术的Babcock&Wilcox公司(B&W)过去十年来一直与俄亥俄州立大学合作开发CDCL技术 - 一种先进的氧气燃烧技术，用于煤炭发电零碳排放。B&W技术研究员David Kraft表示：“CDCL工艺是迄今为止我们审查过的最先进，最具成本效益的碳捕获方法，并致力于通过大规模的试验工厂设计和可行性研究来支持其商业可行性。与俄亥俄州立大学合作开发项目的持续成功，B&W认为CDCL有可能改变电力和石化行业。“