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由二氧化碳和可再生氢气制成的甲烷提供了一条降低碳捕获成本的新途径。
美国能源部太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)的研究人员正在努力使碳捕集成本更低，他们已经开发出一种将捕集的二氧化碳(CO2)转化为甲烷的方法，甲烷是天然气的主要成分。
通过简化长期以来二氧化碳转化为甲烷的过程，研究人员的新方法减少了进行反应所需的材料、燃料所需的能量，并最终降低了天然气的售价。
一种被称为EEMPA的关键化学物质使这一过程成为可能。EEMPA是pnnl公司开发的一种溶剂，可以从发电厂的烟道气中捕获二氧化碳，将温室气体结合起来，使其转化为有用的化学物质。
今年早些时候，太平洋国家实验室的研究人员透露，在发电厂使用EEMPA可以将碳捕获的价格降低19%，比标准工业成本低——这是有记录的最低碳捕获价格。现在，在8月21日发表在《ChemSusChem》杂志上的一项研究中，该团队揭示了一种新的动力——更便宜的天然气——以进一步降低成本。
与传统的甲烷转化方法相比，新方法所需的初始投资减少了32%。运营和维护成本降低了35%，使合成天然气的销售价格下降了12%。
甲烷在碳捕获中的作用
将二氧化碳转化为甲烷的不同方法早已为人所知。然而，大多数工艺依赖于高温，而且通常过于昂贵，无法广泛用于商业用途。
除了地质生产，甲烷还可以从可再生或可回收的二氧化碳源中产生，可以作为燃料本身或作为氢气的能量载体。虽然甲烷是一种温室气体，需要仔细的供应链管理，但它有许多用途，从家庭使用到工业过程，太平洋国家实验室的首席作者、化学家Jotheeswari Kothandaraman说。
Kothandaraman说:“目前，美国使用的天然气有很大一部分必须从地下开采出来，即使在缓解气候变化的途径下，需求预计也会随着时间的推移而增加。”这一过程产生的甲烷——由废弃的二氧化碳和可再生的氢气制成——可以为公用事业公司和寻找可再生成分和低碳足迹的天然气的消费者提供一种替代选择。”
计算成本和捕获碳
为了探索使用EEMPA将二氧化碳转化为甲烷，Kothandaraman和她的同事研究了反应的分子基础，然后评估了550兆瓦发电厂大规模运行该过程的成本。
传统上，工厂操作员可以通过使用特殊的溶剂来捕获二氧化碳，在烟气从工厂烟囱排放出来之前将其浇灭。但这些传统溶剂的含水量相对较高，使甲烷转化困难。
而使用EEMPA则可以减少这种反应所需的能量。节约的部分原因是EEMPA能够使二氧化碳更容易溶解，这意味着运行转换所需的压力更小。
评估进一步确定了成本节约，因为EEMPA捕获的二氧化碳可以就地转化为甲烷。传统上，二氧化碳是从富含水的溶剂中分离出来，然后送到现场进行转换或储存在地下。在新方法下，捕获的二氧化碳可以在一个简单的室内与可再生的氢气和催化剂混合，然后加热到传统方法制造甲烷所用压力的一半。
这种反应是有效的，将捕获的90%以上的二氧化碳转化为甲烷，尽管最终的温室气体足迹取决于甲烷的用途。EEMPA能够捕获烟道气体中95%以上的二氧化碳。新工艺也会释放多余的热量，为发电提供蒸汽。
从二氧化碳中制造更多
Kothandaraman说，论文中强调的化学过程是许多途径中的一种，捕获的二氧化碳可以作为原料生产其他有价值的化学物质。
她说:“当我能让这个过程对甲醇像对甲烷一样有效时，我会很高兴。”“这是我的长期目标。”Kothandaraman说，甲醇比甲烷有更多的应用，他在大约10年的时间里一直在寻找从二氧化碳中产生甲醇的催化反应。从捕获的二氧化碳中制造塑料是该团队计划探索的另一条路线。
“重要的是，我们不仅要捕获二氧化碳，还要找到有价值的方法来利用它，”SoCalGas的高级技术开发经理罗恩·肯特(Ron Kent)说，“这项研究提供了一种成本效益高的途径，从废弃的二氧化碳中提炼出有价值的东西。”
这项名为“使用一种贫水、燃烧后二氧化碳捕获溶剂的二氧化碳综合捕获和转化”的研究得到了SoCalGas、能源部技术商业化基金和科学办公室的支持。
除了Kothandaraman，作者还包括国家国家实验室的科学家Johnny Saavedra Lopez, Yuan Jiang, Eric D. Walter, Sarah D. Burton, Robert a . Dagle和David J. Heldebrant，他们在华盛顿州立大学担任联合任命。
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