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和格林童话里的侏儒妖Rumpelstiltskin一样,很多人也曾幻想过把稻草纺成金子。
在现实生活中,有一些科学家正在利用大自然中的阳光把稻草变成能产生更高价值的物质。
卡尔加里大学的一个项目就在做这样的研究:把秸秆、枫叶等废弃的生物质,通过太阳能和催化剂进行转化,变成氢燃料、乳酸等一些高价值的化合物。
胡劲光(右一)和他的研究团队。图源:CanadianLightSource
秸秆变氢气:“一石二鸟”的制备技术
相对于石油炼制,采用秸秆等废弃的生物质作为原料来炼制各种化学品,被认为是在理论上更低碳的做法。
这一项目的负责人、卡尔加里大学化学和石油工程系助理教授胡劲光对加美财经表示,这种方式传统上主要有两种途径:
一种是利用生物法进行降解。自然界中的微生物、昆虫以及食草动物体内存在生物质催化降解酶。在整合优化后可以用于生物质酶降解、发酵,进而产出化学品和燃料。
另一种途径就是通过热化学途径,高温高压把生物质直接转化成生物裂解油或合成气,从而进一步加工成化学品和燃料。
过去四五十年中,科研人员和企业在这两条路径上都投入了不少成本和精力,也认识到这些方法可能并不是真正低碳的方式。
“现在大家遇到一个瓶颈是,当我们整体来看它的LCA(生命周期分析)时,(减)碳排放(的效果)并没有大家想象的那么好,”胡劲光告诉记者,第二种热化学的途径在生产过程中就会释放很多碳,而对于第一种途径来说,生产酶的发酵过程中就会释放二氧化碳。
他表示,近来美国也有几家用秸秆生产生物燃料的企业,但由于这几年石油价格很低,实际上这种路线并没有到产业化的阶段,而且整体的碳排放并没有那么低。
胡劲光和他的团队初衷就是要研发一种低碳排放的生物炼制平台。
三年前,他和现在的研究伙伴MdKibria博士一同加入卡尔加里大学,开始这个项目的研究。
它的核心是,用光电平台对生物质进行降解转化,利用一种催化剂把太阳能转化为电子,电子同时还原体系中的质子,生成氢气。
“整体上说我们希望做到一石二鸟,既产生氢,又能把生物质转化为高价值化合物产品,”胡劲光对记者说。
在氧化还原反应中,生物质还可被转化成各种有价值的产品,例如可以制成生物塑料的乳酸。生物塑料可以被降解,可应用于食品包装和母婴行业。
除此以外,胡劲光和他的团队还在研究其它高价值的产品,以及一些能源的前驱,例如生物柴油、航空燃油的前驱体。
他向记者表示,这一过程中使用到的催化剂相当于光合作用中的叶绿素,现在他们使用一些简单便宜的材料作为催化剂,例如碳氮的结合物。“我们可以用三聚氰胺、尿素生成这样的催化剂,所以不是很贵,”他说。
理论上,因为这一项目只使用了太阳能作为唯一的能源,在这个过程中不会产生二氧化碳。但胡劲光告诉记者,他们还没有经过生命周期分析,因此到现在还不能下最终零碳排放的结论。
“在制备半导体催化剂过程中,有多少二氧化碳排放,在产业化后,从原料、产品提纯的整个系统来看到底有没有碳排放,目前还没有定论,”他说。
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清洁能源新趋势:从“蓝氢”到“绿氢”
1月21日,美国总统拜登上任首日,就撤销了从阿尔伯塔南下铺设输油管线的“基石”(KeystoneXL)项目。
尽管拥有丰富的油气资源,但加拿大始终面临着出口市场单一、开采成本高、管道容量不足的能源困局,与之伴随的温室气体排放也是亟待解决的问题。
氢能源作为一个更环保的替代方案屡屡被热议,它可以在燃料电池领域进行广泛的产业化。
胡劲光认为,整体上,氢能源是发展的大趋势,全球很多国家都在