二氧化碳还有大用处,美国预测,它将成为科研重点
全球气候变化及其造成的严重后果已成为新闻中普遍关注的话题。极端天气似乎在整个地球上越来越普遍。人造二氧化碳(一种温室气体)的排放与气候变化有关,因为二氧化碳的含量一直在稳定地增长。为了应对这种变化,许多科学家和工程师进行了研究,以寻找从大气中隔离二氧化碳的方法,或者从源头捕获二氧化碳,以避免必须从空气中浓缩二氧化碳。
同时,CO2被认为是一种廉价的C1碳源,研究其理化性质使其能够直接在化学生产中使用并转化为更高价值产物对碳循环和节能具有重要意义。鉴于此,美国化学会杂志Journal of the American Chemical Society以3月份特刊的形式,重点关注了碳捕捉和转化技术,并预测在很长一段时间内CO2高效利用将成为研究重点。
文章链接: https://pubs.acs.org/page/virtual-collections.html?journal=jacsat&ref=vi_journalhome.
本文重点关注自2019年初以来的几份近期报告,其中包括碳捕集与封存(CCS)技术。例如,热和化学健稳定的金属有机骨架(MOF)的合成,其中氨基共价连接到MOF的内部,从而对CO2可逆结合表现出高选择性,对N2或H2O具有良好的吸附选择性。同时将CO2转化为高附加值的化学原料也是研究者的目标。由于CO2是碳的完全氧化形式,C为最高正四价,因此通常必须提供能量以将碳转化为还原度更高的形式。其中,光/电/热可以提供这种能量,相应的载体包括微生物、自范式器件、半导体材料、分子有机物等,他们以催化的方式克服反应能垒并具有不同的效率、选择性及反应产物。
【CO2利用集锦】
1.Nature: 机器学习寻找CO2吸附的MOF基材料 ”Data-drivendesignof metal–organic frameworks for wet flue gas CO2 capture”.
碳的捕获与封存是缓解CO2排放的可行技术之一,同时也是将CO2转化为高附加值化学品是实现碳循环的关键环节。金属有机框架(MOF)由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接,形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。其中有机配体与金属离子节点的巧妙组合理论上可以产生无数种结构和化学上不同的纳米多孔MOF。但是,当使用含有水的气体时,MOF对于CO2与N2的分离却效果不佳,因为水与CO2存在相同的吸附位点,从而导致材料失去选择性。而干燥排放的气体,将会对捕获过程增加高额的成本。
瑞士洛桑联邦理工学院的BerendSmit、俄勒冈州立大学的Kyriakos C. Stylianou、英国赫瑞瓦特大学的Susana Garcia和加州大学伯克利分校的Tom K. Woo通过对超过30万个MOF材料的理论计算,筛选出不同类别的具有强CO2结合位点(称之为“吸附型”)的MOF材料,这些位点使MOF具有在湿气体中对CO2/N2保持高选择性。同时,研究者根据理论计算的结果,合成了两种具有强疏水性吸附基团的MOF,发现它们的CO2捕获性能不受水的影响,并且性能优于某些沸石和活性炭等商业材料。
2.Nature Energy: 原子层二维半导体光催化CO2还原 “SelectiveVisible-light driven Photocatalytic CO2 Reduction to CH4 Mediated byAtomically-thin CuIn5S8 Layer”.
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心孙永福教授、谢毅教授课题组从CO2还原的反应热力学和动力学角度出发,设计构建了一种S空位的双金属位点型超薄纳米片以期实现精准调控CO2还原产物的选择性。以制备的缺陷态CuIn5S8超薄纳米片为例,理论模拟和原位红外光谱测试结果均证实低配位的Cu和In位点能够与二氧化碳分子作用生成高稳定的Cu-C-O-In中间体,而该中间体在同时断裂Cu-C键和C-O键形成自由态的CO分子时则需要克服很高的反应能垒;相比较而言,在该中间体的C原子上加氢形成CHO中间体的反应则是放热反应、能够自发进行,从而使其更倾向于获得接近100%的甲烷选择性。
光催化测试结果证实,含硫缺陷的CuIn5S8超薄纳米片在可见光驱动下将CO2还原为CH4的选择性达到近100%,平均产率为8.7μmol g-1 h-1。该工作通过构建双金属位点CuIn5S8超薄纳米片,改变了关键反应中间体的构型,调节了反应势垒,进而改变了反应路径,最终使得还原产物由CO变为CH4,这为设计高选择性和高活性的二氧化碳光还原催化剂体系提供了新的思路。
3.Nature Energy: 固态电解质助力CO2还原选择性生产纯液体燃料 ”Continuous production ofpure liquid fuel solutions via electrocatalytic CO2 reduction usingsolid-electrolyte devices”.
电催化CO2还原生产有价值的液态燃料,是实现碳中性能量循环的潜在策略。但是,这些液态产物通常在传统H型或流动池反应器中,易于电解质中的溶质混合,因此需要额外的分离和浓缩过程以便在实际应用中进行回收利用。尽管已经研究出具有高选择性(>90%)和高活性的CO2还原催化剂,但在大多数情况下,由于中性或碱性电解质环境,从而导致形成的产物是甲酸盐或浓度很低。因此对于电催化CO2还原的实际应用,直接连续地生产纯液态燃料,特别是具有高产物浓度和长期操作稳定性的纯液态燃料至关重要。
美国莱斯大学汪淏田教授课题组使用固态电解质电池装置将CO2电还原连续转化为纯净单一组分的液态燃料,其中电化学产生的阳离子和阴离子结合形成纯产物且不和其它离子发生混合。当使用Bi催化剂时,在阴极可获得高选择性的HCOOH(法拉第效率>90%),作者成功生产出了浓度高达12 M的纯HCOOH溶液。此外,该催化剂可以连续100 h稳定生成0.1 M HCOOH,在此过程中几乎没有选择性和活性的衰减。
4.Science: 分子催化剂助力流动池CO2电还原”Molecular electrocatalysts canmediate fast, selective CO2 reduction in a flow cell”.
研发兼具高活性和高稳定性的CO2还原电催化剂是研究人员孜孜不倦追求的目标。基于异相催化的固体电催化剂能在高达150mA/cm2的电流密度下进行CO2还原,但如何在如此高的电流密度下保持高的稳定性和能量转化效率仍是一个世界性难题。基于均相催化的分子电催化剂则能在CO2还原反应中达到更高的选择性,并能从分子设计的角度设法降低CO2还原反应的过电位。但其电流密度过低,难以达到商业应用的要求。
加拿大不列颠哥伦比亚大学的Curtis P. Berlinguette和法国巴黎大学的Marc Robert(共同通讯作者)等以商业酞菁钴(CoPc)作为电催化剂,采用流动相电催化CO2还原反应,CoPc分子催化剂在液流电池中也表现出更高的电化学稳定性,在50 mA/cm2的高电流密度下能持续工作100 h以上。当液流电池的电流密度为150 mA/cm2时,CoPc催化CO2还原为CO的选择性高于95%。
5.Science: 固液气三相界面超高电流密度CO2电还原C2H4 ” CO2 electrolysis to multicarbonproducts at activities greater than 1 Acm−2”.
利用可再生能源来驱动气体的电化学固定,将其转化为具有附加值的产品,这是将CO2和CO转化为碳氢化合物燃料和化学原料的一个有吸引力的途径。然而普遍的在碱性水测试环境中由于传质的原因,限制了水相电池中催化剂的生产能力,其电流密度被限制在每平方厘米几十毫安的范围是制约高效电还原CO2的难题。
加拿大多伦多大学的Edward H. Sargent等研究人员提出了一种混合催化剂设计,通过构建有效固-液-气三相界面解耦气体、离子和电子的传输,使CO2和CO在>1 A cm−2区域的电流密度下能够有效地进行气相电解以生成高附加值化工品乙烯。在7 M KOH电解液中,获得从0.2到1.5A cm-2电流密度, H2的生成率保持在10%以下。在最高电流操作条件下,优化后的催化剂对乙烯的最大产率为65~75%,在阴极能效率为46.3%的情况下,其峰值偏电流密度也能达到1.34 A cm-2,为工业化CO2还原奠定了道路。
供稿人:Matche Lee
主要好处:
二氧化碳的主要好处就是,二氧化碳是植物光合作用的必备原料,其含量增多,对植物的生长有好处。二氧化碳在大棚蔬菜栽培中可作为化肥来施放,使作物增产。 二氧化碳在潜水、航空中可作为氧气的来源。 在灭火器上也有应用。
液态二氧化碳有广阔的应用前景,把液态二氧化碳作为从某些植物或植物源中提取天然存在的化合物的媒质,不仅不会破坏原料所含的生物活性物质,而且产品中不含残留的媒质,用喷洒液态二氧化碳的方法为飞机场除雾,除雾效率比固态二氧化碳高几百倍。
用二氧化碳代替传统的有机溶剂进行喷漆,能有效地减少喷漆过程中释放到大气中的有害物质的数量。
主要危害:
二氧化碳的主要害处是温室效应,二氧化碳增多引起的温室效应,使两极冰川融化,致使海平面升高,危及沿海城市,使海岸地区土地盐碱化,增加开发难度,温度升高还使一些山顶的积雪融化,使以积雪融化为水资源的河流水量减少,甚至发生断流现象,影响这些地区的生产活动。
大气温度的升高,造成海洋中吸收二氧化碳的某些藻类植物 大肆繁殖,致使吸收二氧化碳的浮游藻类死亡,间接地影响渔业的繁殖,并使大气中的二氧化碳的增多走向恶性循环。
扩展资料:
液态二氧化碳灭火器是在加压的情况下,把液态二氧化碳装入小钢瓶内。这种灭火器可以用来扑灭图书档案、贵重设备、精密仪器等火灾。泡沫灭火器能喷射出大量的二氧化碳和泡沫。这些泡沫紧紧附在燃烧物上,能使燃烧物与空气隔绝,达到灭火的目的。泡沫灭火器可用于扑灭一般物质着火,如纸张、棉布i、木材、塑料等所引起的火灾。
二氧化碳的应用发展也来越成熟,全球零部件与系统供应商,包括丹佛斯、卡乐、恩布拉科、路伟、爱默生以及GMCC美芝等,都顺应了这个潮流,已经为商业部门提供了二氧化碳解决方案。
参考资料:二氧化碳-百度百科
其中二氧化氮,酸雨是污染物,没有利用价值,二氧化碳虽然算不上是污染物,但是二氧化碳的存在会使得全球环境变暖,海平面上升,不利于地球的可持续发展。
每节约1度电,就相应节约了0.4千克标准煤,同时减少污染排放0.272千克碳粉尘、0.03千克二氧化硫(SO2)、0.015千克氮氧化物(NOX)。
只有火力发电厂是燃烧化石能源的,才会产生二氧化碳,而我国是以火力发电为主的国家(据统计,2006年全国发电总量2.83万亿kWh,其中火电占83.2%,水电占14.7%),同时,火力发电厂所使用的燃料基本上都是煤炭(有小部分的天然气和石油),全国煤炭消费总量的49%用于发电。根据专家统计:每节约1度电,就相应节约了0.4千克标准煤,减少污染排放0.272千克碳粉尘、0.997千克二氧化碳(CO2)、0.03千克二氧化硫(SO2)、0.015千克氮氧化物(NOX).节约1度电=减排0.997千克二氧化碳=减排0.272千克“碳居家方面 灯的选择 高效的荧光电灯泡只使用传统灯泡一半的能源。美国的能源部门估计单单使用高效的荧光电灯泡代替传统电灯泡就能避免四亿吨二氧化碳被释放。 低碳烹调法 想想厨房里的能源。
小心不要把平底锅和水壶装得太满。灶火大小要适合你的平底锅。保持冰箱处于无霜状态。 循环再利用 靠循环再利用的方法来减少材料循环使用可以减少生产新原料的数量,从而降低二氧化碳排放量。把有机的材料(例如:纸,卡纸板)循环再用,可以避免从垃圾填埋地释放出来的沼气(一种能引起温室效应的气体)。
把一公斤铝循环再利用可以避免十一公斤的二氧化碳的排放。 绝缘的妙用 要减少二氧化碳排放量和降低使用各种能源的成本,安装好的隔热及防通风系统都是一些最有效的方法。检查阁楼和空心墙绝缘材料的质量。
检查门和窗边的缝隙。 少些热气! 大部分家庭的能源都消耗在取暖和制冷上。只要有效地使用自然通风和避免房间过暖,就能简单地减少10%的费用和二氧化碳排放量。 可再生能源 — 一场革命 各种可再生能源的技术能大大地减少我们在使用能源的过程中产生的二氧化碳。
太阳能可以加热水和发电。在一些欧洲国家越来越多地采用生物质采暖系统。 新式的小型风力涡轮发电机已经可以供家庭使用。 实用的插座 购买洗碗机,电视机或其他电器时,选择效率较高的型号。
如果可以的话,选择有Energy Star(美国)或者A/A rated(英国)官方标签的产品。中国的家用电器也有相应节能评定体系。请注意选择购买有节能评定标签的产品。 在路上 经济型汽车 高能效汽车每英里产生更少二氧化碳。
其中最有效的汽车,例如小型的双动力汽车,每公里产生少于110克的二氧化碳(每英里0。4磅)。与此相比,很多大型SUV汽车和豪华汽车排放至少两倍以上的二氧化碳。 燃料 汽油和柴油:在发达国家行销的“BP Ultimate”汽油和柴油能提高你的汽车的性能。
都利用高品位的电能和燃气等直接加热获得仅40~50℃的沐浴用热水,存在着较大的能源浪费。随着环境问题的日益严峻和能源结构的调整,经济、清洁地解决居民采冷、取暖、热水使用是保护环境、推进节约型社会建设所必须解决的问题。
二氧化碳作为一种天然物质,对环境没有不可预见的负作用,是理想的绿色制冷剂;土
壤源热泵是一种节能且对环境无害的绿色供暖空调技术;太阳能是地球上一切能量的主要来
源,也是一种无污染、无穷无尽的自然能源。本项成果的目标是综合利用太阳能、地源,发
展出经济、节能、高效的跨临界二氧化碳空调及热泵热水系统,能够为普通用户、居民小区、
楼宇、洗浴中心等场所提供供冷、供暖和热水服务。
2性能指标
跨临界二氧化碳空调及热泵热水系统能够用于室内供暖、室内供冷、供热水;冬季向室
内供暖时热泵系数3.1,夏季向室内供冷时制冷系数2.1;系统有多种工作模式,能够合理的利用太阳能、土壤能等可再生能源。
3应用说明
本项成果将根据城市特点对跨临界二氧化碳系统进行参数优化匹配,研究提高系统性能
系数;综合利用当地的太阳能、土壤源等可再生能源,针对城市普通用户、居民小区、楼宇、
洗浴中心等场所,研制出经济、节能、高效的跨l临界二氧化碳空调及热泵热水系统,提供供冷、供暖和热水服务。
4效益分析
该项成果一方面能够开发使用可再生能源,节约能源、提高能源利用率、减少温室气体
的排放,提高空气质量;另一方面,能够实现二氧化碳的资源化利用,因而具有重大的经济
效益和社会效益。
全球工业化进程的加快使CO2排放量越来越大,并给环境带来危害,而石油、煤炭资源的日渐枯竭也需要有新的碳源及时补充,因此世界各国十分重视开发相应的CO2回收以及净化和再利用技术。
美国Brookhaven国家实验室的研究人员正在开发催化剂,可望将过多的温室气体转化成有用的化学品。研究人员指出,不能只依赖于化学工业利用CO2以削减化石燃料燃烧排放的CO2。几种其他对策同时应用是必需的,包括提高现有化学燃料利用的效率,捕集和利用封存化石燃料燃烧产生的CO2,并转向使用可再生燃料和可再生能源。
3月30日,国家能源局局长章建华介绍中国可再生能源发展情况,开发利用规模稳居世界第一、低风速风电技术位居世界前列、光伏产业为全球市场供应了超70%的组件……近年来,中国可再生能源实现了跨越式发展。
中国一直以来是亚洲最大的石油进口国,石油作为不可再生能源,能够提炼出汽油、柴油等燃料,这也是目前主流汽车燃料。石油燃烧后会产生大量的二氧化碳,二氧化碳逸散到空气中,会让地球产生温室效应。温室效应就是这些二氧化碳仿佛一个温室的玻璃一样,将地球包裹起来,在接收来自太阳光的温度之后,本来应该散发到太空的温度,却被二氧化碳这层“墙壁”挡住了,导致生存环境逐渐变热。温室效应从提出以来,很难得到民众的认可,但是随着近年来全球变暖成为现实,很多国家已经在逐步降低不可再生能源的使用。
中国可再生能源实现跨越式发展,是因为在过去的二十年里,火力发电逐渐降低,取而代之的是核电、风电、水电、太阳能等可再生能源比例的增加。虽然从目前的使用情况来看,中国的煤电每年的使用量与往年相仿,但是比例确实在逐年降低。其中发展最快的就是核电,中国核电从无到有,现在已经有18座核电站投入使用,每年产生了1.2亿千瓦时电量。
相比于不可再生能源开采完就没有的储量,可再生能源可谓是取之不尽用之不竭。可再生能源的投入使用,能够降低温室气体的产生,改善我们的居住环境,实现可持续发展。可再生能源的使用也将促进更多新生代科技的产生,让我们的生活更加干净与健康。
B、煤、石油、天然气都含有多种杂质,故属于混合物,故B正确;
C、煤、石油、天然气在地球上的蕴藏量都是有限的,故C正确;
D、煤、石油、天然气都含有碳元素,充分的燃烧生成二氧化碳,故D正确.
故选:A.
「新能源」或「新及可再生能源」(New and renewable energy) 指传统化石燃料﹝石油、煤、天然气﹞及核能以外的能源资源或能源载体,包括可再生及不可再生的类型,如太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、小水电、氢能、天然气水合物等。 「新能源」这名词亦可包括各种新的能源技术,例如燃料电池技术等。?﹝燃料电池利用氢气及氧气的化学作用产生电力,过程不牵涉燃烧或机械动作。﹞ 可再生能源泛指多种取之不竭的能源,严谨来说,是人类有生之年都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源,如化石燃料和核能。 大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源,而是百年甚至千年的。随着能源危机的出现,人们开始发现可再生能源的重要性。 传统化石燃料除了有耗尽的问题外,在使用中会排放大量温室气体(例如二氧化碳),使到地球暖化情况加剧。 在中国香港,如能源消耗量继续以目前的趋势增加,2010年的二氧化碳排放量预期会比2000年的水平增加39%。有效使用再生能源将有助减少本港对化石燃料的依赖,同时亦可减低使用化石燃料时所产生的温室气体。 请到机电工程署网站阅览「齐来认识可再生能源」小册子,它详细阐释何谓可再生能源和使用可再生能源的好处。
参考: Consolidation from various web sites
根据联合国环境规划署(UNEP)的定义,「再生能源」(Renewable energy)系指理论上能取之不尽的天然资源,过程中不会产生污染物,例如太阳能、风能、地热能、水力能、潮汐能、生质能等,都是转化自然界的能量成为能源,并在短时间内(几年之内,相对于亿年以上才能形成的石化燃料)就可以再生。 但哪些能源可归类于「再生能源」,目前仍有争议。例如有研究者指出,大型水力发电厂对河川生态造成破坏,因此仅将小型水力发电列入再生能源。而生质能乃是回收各类废弃物(包括农业、工业、都市废弃物)转化制成燃料,但在利用这类燃料时,仍因其复杂而不易控制的化学成份,难以避免污染产生,因此有研究者质疑将此列于再生能源之中是否适当。而近来颇受重视的燃料电池,由于做为燃料之氢气或甲醇目前仍需倚赖石化工业来生产,因此未被列入再生能源之中。 百科教室 即使在定义上尚未获得共识,但为了降低对石化燃料的倚赖程度,同时兼顾温室气体减量与资源永续利用等目标,提高再生能源的供应量与使用量已成为全球趋势。 目前台湾之再生能源,局限于小规模与家庭用能源。1998年5月之全国能源会议中曾建议,我国之再生能源推广量应于2020年时达到全国能源总供应量之3%(不含大于20 MW之大型水力设施)。若不考虑水力,目前全世界再生能源约占总能源供应量之5.5%,占总发电量约2%;而此一比例在台湾更低,分别为1.1%与0.6%,距离前述3%之目标仍有相当大的差距。 推动再生能源,不能只依赖技术上的进步。相较于传统石化燃料,大多数再生能源均无商业竞争力,必须透过减税或设备补助等方式予以奖励;也可以透过设立基金的方式,扶植相关产业与扩大市场规模。
参考: e-info/column/eccpda/2004/ec04031601
电力是我们日常生活中不可或缺的部分。然而, 地球的化石资源始终有限,因此我们不时会听到有人谈到可再生能源。 可再生能源其实是自然产生、循环不息的能源,除了直接或间接来自太阳,亦可由地底深处的热能产生。此外,由水力、地热、风力、太阳能和潮汐、波浪和海洋等产生的能源,也属于可再生能源。 地球上有多少种类的可再生能源? 水力:透过水力发电厂,我们可以将水由高点往下流的动力转化成为电力。 地热能:来自地壳内的热能,通常会以热水或蒸气等形式出现,除了可直接为地区供暖及为农业提供所需的热能外,也可转化为电力。 风力:运用风的动能来推动风力涡轮机的机件,从而产生电力,或直接利用风力推动机械操作。 太阳能:吸收太阳辐射能,以制造热能, 或透过太阳能发电厂或光伏电板来产生电力。 潮汐/波浪/海洋能源:利用潮汐涨退、波浪起伏或海流所产生的动能来产生电力。 我们为甚么需要可再生能源? 可再生能源是重要的能源,具备多项优点,例如: 环保效益:利用可再生能源科技不但可减低污染,亦可减轻影响全球气候的温室效应。可再生能源科技能产生热力和电力,但对全球气候的影响却是很低至中等。除了生物质能在燃烧时会产生轻微污染外,其他可再生能源对本地或地区的空气质素几乎说得上是全无影响。 保存资源:藏于地底的化石燃料是电力工业现时采用的主要燃料,供应有限。因此,使用可再生能源可以帮助减少化石燃料的消耗,延长其作为人类能源资源的时间。 为地方经济创造就业:可再生能源科技可为安装、运作、服务及市场推广等行业创造本地就业机会。假如能开发成功的用途,更能在国际市场创造商机。 如欲了解更多中电在提倡可再生能源方面的项目及活动,请浏览中电的社会及环境网页。
参考: wedside