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二氧化碳有妙用,快来捕获它

作者:admin     发布日期: 2021-03-31     二维码分享

如今,几乎所有人都知道CO2增多的事实和后果了:越来越热的夏天、越来越短的冬天、..各地各种极端异常气候等。我们每个人都在品尝着苦果,更糟糕的是,有研究表明,CO2含量增加还可能让人变笨!

由于人类的工业活动,大气中CO2含量有增无减,对人类的危害愈来愈严重。想避免这个厄运,只有减少大气中的CO2。但是,减少CO2太难了,我们很难完全不用化石能源,也很难不用各种工业产品,这些过程必然会产生CO2。我们该怎么办呢?

用CO2开采石油

其实,要减少CO2含量,并不意味着一定要减少化石能源的使用,恰恰相反,开采更多化石能源将可能有助于减少大气中的CO2。

你可能迫不及待地提出异议了,燃烧化石能源会产生CO2,那么,多开采化石能源怎么可能减少CO2?这..不可能!

不要着急反对,先让我们看看CO2在开采化石能源中到底起什么作用吧。

开采石油主要分为三个阶段。一是初级生产阶段,打出生产井并铺设地面运油管道后,下部地层中的压力将石油推入管道中,这个阶段将能开采出储油层中大约10%的石油;当地底压力与地表压力持平,不足以推动粘稠的石油时,就开始了二阶段,通常将水或气体泵入管道,以冲洗出更多的石油,这个阶段可以回收20%~40%的石油。第三阶段是产油多的阶段,即向储油层中注入高压气体,这个时候CO2就可以派上用场了。

高压CO2注入油田后与原油形成混合物,能使原油体积膨胀并降低原油粘度,把原油推入管道中。CO2作为伴气随原油一起出地面后,经油气分离、重新压缩、补充后再注入油田中使用。这个阶段可以回收高达60%的石油。

你看,在石油生产过程中,确实可以用上CO2。而CO2带出更多的石油并不是..的好处,更大的好处是,生产越多的石油,将有越多的CO2被利用并长久地封存在原本存储着石油和天然气的储油层中。

为什么CO2可以被封存在储油层中呢?它能被“关押”多久?储油层原本就是多孔的地质结构,它的缝隙不仅能“关押”更多的CO2,还能有效分散气压,气体不至于很快冲出地表。而且储油层的下方通常有一层地下水,在开采石油的过程中,还有一个注入水冲洗油层的阶段,一上一下两层水层就构成了关押CO2的“水牢”。

在美国、欧洲一些..和中国的多处油田中,都已经在使用CO2帮助开采石油了。科学家们发现,当CO2被注入储油层时,大约90%到95%的CO2成功被“关押”在石油曾经被困的“地牢”中。至于能“关押”多久,看看石油和天然气就知道了,大约是“无期徒刑”吧。只要人类不去释放或开采,它们都别想再见天日了。

二氧化碳

捕获大气CO2

不过通过多生产石油来减少大气CO2还有一个前提,那就是被“关押”的“犯人”要是已排放或准备排放到大气中的、而不是其他来源的CO2,比如原本封存在海底或地底的CO2,否则就适得其反了。那么,我们如何捕获大气CO2呢?

捕获CO2主要有两个途径,一个是捕获已经存在于大气中的CO2,另一个是捕获即将排放到大气中的CO2。捕获大气中CO2的设备其实很简单也很常见,你自己也可以尝试在家做一台,因为主体设备仅仅是一台排风扇。瑞士苏黎世城的近郊区,有一座回收CO2的工厂,它的屋顶上竖立着18个洗衣机大小排成矩形队列的风扇。当风扇开启时,会吸入大量空气,空气中大部分气体仅仅只是“路过”,但是CO2将被风扇“留下”。这是因为风扇中有一层与CO2“难舍难分”的化学物质涂层——CO2将溶解在氨水、有机醇胺等涂层中。当它们“饱餐一顿”后,再更换涂层。接着将“吃饱”了CO2的涂层加热到100℃,它们就会再次吐出纯CO2了。这台机器能在一年内捕获90万千克的CO2,该工厂靠转卖CO2盈利。

捕获即将排放到大气的CO2的方法有三种,分别是燃烧前脱碳、燃烧后脱碳和富氧燃烧技术。燃烧后脱碳与捕获大气CO2的风扇法相似,同样收集燃烧后的气体并用化学物质吸附CO2。燃烧前脱碳和富氧燃烧技术原理相似,让煤等化石能源与氧气充分反应,这样产生的气体主要为氢气和CO2,气体成分比较单一,分离更加简单一些。

CO2还能做什么

我们捕获了CO2,除了在开采石油时把它埋起来,还能拿它怎么办呢?科学家们给它找到了好几条出路。

首先,可以像上述的瑞士公司一样,将CO2卖给做肥料的公司。将CO2投入到装满氨水的锅炉中,它们可以反应生成化肥碳酸氢铵。相似的原理,CO2和氢结合能产生碳氢化合物,也就是我们常用的化石能源。当然,这个过程需要大量的能量,如何获取廉价能源成为这个方法能否实现的关键。

运用太阳能生产碳氢化合物是目前比较常见的方法,瑞士苏黎世联邦理工学院开发的太阳能工厂正是为此而生。太阳能反应器通过集中太阳辐射能产生约1500℃的热量,这些热量能将从空气中捕获的CO2和水分解并加工成液态碳氢化合物。一个占地为一平方千米的太阳能工厂每天可以生产2万升石油。

二个方法,CO2和水与玄武岩在一起可以变混凝土。玄武岩是一种钙、镁、铁含量高的岩石,它与CO2发生化学反应,能生成碳酸盐矿物质——混凝土的成分之一。美国哥伦比亚大学和英国南安普敦大学等多机构的研究人员共同进行了相关实验,研究人员把CO2与水混合,然后注入到地下400~800米深处的玄武岩层中。两年后,他们发现,岩层中只剩下5%左右的CO2了,其他的CO2全跑到了岩石中。玄武岩是地球上比较常见的岩石类型之一,用它消耗CO2生成混凝土,也是一个不错的选择。

目前比较流行的高科技材料——碳复合材料、碳纤维、石墨烯等都离不开碳原子,那么能不能利用CO2获得它们呢?美国华盛顿大学一个研究团队正在使用“熔融电解法”将CO2转化为碳纳米管。他们将CO2溶解在碳酸盐溶液中,接着在溶液两端放入阴阳两个电极,CO2被电解成氧气分子和碳原子,碳原子在阴性电极附近聚集成碳纳米管。这种碳纳米管强度比钢更大,导电性也很高,可以被用于制造波音飞机和一些跑车的外壳。

除了这些方法外,用CO2生产塑料等化学材料、用CO2作为碳肥让海藻等植物吸收等都是目前正在试验的利用CO2的方法。

当然,在再次利用CO2的过程中,同样会消耗大量能源。如何降低能源成本,不再重复产生CO2,也是亟待解决的问题。