Credit:pix abay/CC0 Public Domain随着全球能源需求的持续增长以及大气中二氧化碳(CO2)的水平，人们大力推动采用更可持续、更碳中和的能源。太阳能/风能和二氧化碳捕获——捕获废弃二氧化碳使其不被引入大气的过程——是脱碳的两个有希望的途径，但两者都有显著的缺点。太阳能和风能是间歇性的，不能到处部署；二氧化碳捕获过程是非常耗能的。这两种途径都有好处，但目前各自都没有可行的策略。然而，由得克萨斯州A&M大学阿迪·麦克费林化学工程系的法鲁克·哈桑博士、金·汤普金斯·麦克迪维特' 88和菲利普·麦克迪维特' 87研究员和副教授领导的研究小组发现了一种将这两种过程结合在一起以提高两者效率的方法。
哈桑的大部分研究涉及复杂系统中的协同和协同效应。协同作用是两个或两个以上的组织、物质或其他媒介之间合作互动的综合效应，大于它们各自效应的总和。为此，哈桑研究了可再生能源和灵活碳捕获与单个火力发电厂的协同整合。
“我们正在解决三个各有利弊的问题:化石燃料便宜，但会释放大量二氧化碳；二氧化碳捕获对环境非常有益，但代价高昂；风能或太阳能等可再生能源对环境有好处，但能源输出是间歇性和可变的，”哈桑说。
虽然每个领域都各自提出了重大挑战，但哈桑和他的研究团队发现，当所有组件串联使用时，会带来显著的好处。在发表在《能源与环境科学》上的一篇研究论文中，哈桑和他的博士生马纳利·赞泰和阿克希尔·阿罗拉研究了可再生能源和灵活碳捕获的协同集成的使用，并发现这对效率和成本降低有显著好处。
“尽管人们对可持续的可再生能源越来越感兴趣，但它们的间歇性可用性将使其很难在不久的将来完全取代可调度的化石能源发电机，”该论文的第一作者赞泰说。
二氧化碳捕获是一个能源密集型过程。通常，这一过程与发电厂的标准能源生产同时进行。由于能源通常以需求为基础定价，在能源需求高峰期间使用二氧化碳捕获过程可能会迅速将运营成本推高到不可持续的水平。在这项研究中，哈桑还发现，利用灵活的二氧化碳捕获系统可以大大抵消运营成本。
通常，CO2被收集到一个大的溶剂罐中，然后在一个高能耗的过程中被去除。在一个灵活的系统中，不是在CO2被引入溶剂时将其去除，而是可以短时间储存，并在电力成本较低的非高峰时间去除。此外，通过引入可再生能源，二氧化碳捕获的成本被抵消得更多。
根据哈桑的说法，研究中提出的协同框架可以大大改善系统的组成部分之外。他说:“我们开发了一个计算框架，利用动态运营时间表来管理所有这些非常复杂的决策。“开发碳捕获技术非常重要，但同样重要的是如何整合它们。集成的操作方面非常重要。我们的研究表明，这可以通过可再生能源、化石燃料和碳捕获协同工作的方式来实现。”
赞泰认为，随着我们向更可持续的未来过渡，拟议的框架为当前以化石燃料为主的能源格局提供了一个有效的脱碳机制。
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