二氧化碳有妙用,快來捕獲它

2021-09-24 19:03:28 字數 2901 閱讀 5978

如今,幾乎所有人都知道co2增多的事實和後果了:越來越熱的夏天、越來越短的冬天、世界各地各種極端異常氣候等。我們每個人都在品嚐著苦果,更糟糕的是,有研究表明,co2含量增加還可能讓人變笨!

由於人類的工業活動,大氣中co2含量有增無減,對人類的危害愈來愈嚴重。想避免這個厄運,只有減少大氣中的co2。但是,減少co2太難了,我們很難完全不用化石能源,也很難不用各種工業產品,這些過程必然會產生co2。我們該怎麼辦呢?

用co2開採石油

其實,要減少co2含量,並不意味著一定要減少化石能源的使用,恰恰相反,開採更多化石能源將可能有助於減少大氣中的co2。

你可能迫不及待地提出異議了,燃燒化石能源會產生co2,那麼,多開採化石能源怎麼可能減少co2?這絕對不可能!

不要著急反對,先讓我們看看co2在開採化石能源中到底起什麼作用吧。

開採石油主要分為三個階段。第一是初級生產階段,打出生產井並鋪設地面運油管道後,下部地層中的壓力將石油推入管道中,這個階段將能開採出儲油層中大約10%的石油;當地底壓力與地表壓力持平,不足以推動粘稠的石油時,就開始了第二階段,通常將水或氣體泵入管道,以沖洗出更多的石油,這個階段可以**20%~40%的石油。第三階段是產油最多的階段,即向儲油層中注入高壓氣體,這個時候co2就可以派上用場了。

高壓co2注入油田後與**形成混合物,能使**體積膨脹並降低**粘度,把**推入管道中。co2作為伴氣隨**一起出地面後,經油氣分離、重新壓縮、補充後再注入油田中使用。這個階段可以**高達60%的石油。

你看,在石油生產過程中,確實可以用上co2。而co2帶出更多的石油並不是唯一的好處,更大的好處是,生產越多的石油,將有越多的co2被利用並長久地封存在原本儲存著石油和天然氣的儲油層中。

為什麼co2可以被封存在儲油層中呢?它能被“關押”多久?儲油層原本就是多孔的地質結構,它的縫隙不僅能“關押”更多的co2,還能有效分散氣壓,氣體不至於很快衝出地表。而且儲油層的下方通常有一層地下水,在開採石油的過程中,還有一個注入水沖洗油層的階段,一上一下兩層水層就構成了關押co2的“水牢”。

在美國、歐洲一些國家和中國的多處油田中,都已經在使用co2幫助開採石油了。科學家們發現,當co2被注入儲油層時,大約90%到95%的co2成功被“關押”在石油曾經被困的“地牢”中。至於能“關押”多久,看看石油和天然氣就知道了,大約是“無期徒刑”吧。只要人類不去釋放或開採,它們都別想再見天日了。

捕獲大氣co2

不過通過多生產石油來減少大氣co2還有一個前提,那就是被“關押”的“犯人”必須是已排放或準備排放到大氣中的、而不是其他**的co2,比如原本封存在海底或地底的co2,否則就適得其反了。那麼,我們如何捕獲大氣co2呢?

捕獲co2主要有兩個途徑,一個是捕獲已經存在於大氣中的co2,另一個是捕獲即將排放到大氣中的co2。捕獲大氣中co2的裝置其實很簡單也很常見,你自己也可以嘗試在家做一臺,因為主體裝置僅僅是一臺排風扇。瑞士蘇黎世城的近郊區,有一座**co2的工廠,它的屋頂上豎立著18個洗衣機大小排成矩形佇列的風扇。當風扇開啟時,會吸入大量空氣,空氣中大部分氣體僅僅只是“路過”,但是co2將被風扇“留下”。這是因為風扇中有一層與co2“難捨難分”的化學物質塗層——co2將溶解在氨水、有機醇胺等塗層中。當它們“飽餐一頓”後,再更換塗層。接著將“吃飽”了co2的塗層加熱到100℃,它們就會再次吐出純co2了。這臺機器能在一年內捕獲90萬千克的co2,該工廠靠轉賣co2盈利。

捕獲即將排放到大氣的co2的方法有三種,分別是燃燒前脫碳、燃燒後脫碳和富氧燃燒技術。燃燒後脫碳與捕獲大氣co2的風扇法相似,同樣收集燃燒後的氣體並用化學物質吸附co2。燃燒前脫碳和富氧燃燒技術原理相似,讓煤等化石能源與氧氣充分反應,這樣產生的氣體主要為氫氣和co2,氣體成分比較單一,分離更加簡單一些。

co2還能做什麼

我們捕獲了co2,除了在開採石油時把它埋起來,還能拿它怎麼辦呢?科學家們給它找到了好幾條出路。

首先,可以像上述的瑞士公司一樣,將co2賣給做肥料的公司。將co2投入到裝滿氨水的鍋爐中,它們可以反應生成化肥碳酸氫銨。相似的原理,co2和氫結合能產生碳氫化合物,也就是我們常用的化石能源。當然,這個過程需要大量的能量,如何獲取廉價能源成為這個方法能否實現的關鍵。

運用太陽能生產碳氫化合物是目前最常見的方法,瑞士蘇黎世聯邦理工學院開發的太陽能工廠正是為此而生。太陽能反應器通過集中太陽輻射能產生約1500℃的熱量,這些熱量能將從空氣中捕獲的co2和水分解並加工成液態碳氫化合物。一個佔地為一平方千米的太陽能工廠每天可以生產2萬升石油。

第二個方法,co2和水與玄武岩在一起可以變混凝土。玄武岩是一種鈣、鎂、鐵含量高的岩石,它與co2發生化學反應,能生成碳酸鹽礦物質——混凝土的成分之一。美國哥倫比亞大學和英國南安普敦大學等多機構的研究人員共同進行了相關實驗,研究人員把co2與水混合,然後注入到地下400~800米深處的玄武岩層中。兩年後,他們發現,岩層中只剩下5%左右的co2了,其他的co2全跑到了岩石中。玄武岩是地球上最常見的岩石型別之一,用它消耗co2生成混凝土,也是一個不錯的選擇。

目前最流行的高科技材料——碳複合材料、碳纖維、石墨烯等都離不開碳原子,那麼能不能利用co2獲得它們呢?美國華盛頓大學一個研究團隊正在使用“熔融電解法”將co2轉化為碳奈米管。他們將co2溶解在碳酸鹽溶液中,接著在溶液兩端放入陰陽兩個電極,co2被電解成氧氣分子和碳原子,碳原子在陰性電極附近聚整合碳奈米管。這種碳奈米管強度比鋼更大,導電性也很高,可以被用於製造波音飛機和一些跑車的外殼。

除了這些方法外,用co2生產塑料等化學材料、用co2作為碳肥讓海藻等植物吸收等都是目前正在試驗的利用co2的方法。

當然,在再次利用co2的過程中,同樣會消耗大量能源。如何降低能源成本,不再重複產生co2,也是亟待解決的問題。

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