甲烷是天然气的主要成分。今天美国使用的大部分甲烷是从地下抽取的。但是，正如PNNL的研究人员在一项新的研究中详细描述的那样，用废弃的二氧化碳制造甲烷，可以减少碳排放，同时为许多应用提供燃料。信用:public domainpictures/Pixabay.com美国能源部西北太平洋国家实验室的研究人员正在努力让碳捕获变得更便宜，他们已经开发出一种方法，将捕获的二氧化碳(CO2)转化为甲烷，甲烷是天然气的主要成分。通过简化二氧化碳转化为甲烷的长期过程，研究人员的新方法降低了反应所需的材料、燃料所需的能量，并最终降低了气体的售价。
一个被称为EEMPA的关键化学参与者使这一过程成为可能。EEMPA是一种PNNL研发的溶剂，可以从发电厂的烟气中提取二氧化碳，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，PNNL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到比标准行业成本低19%——这是碳捕获的最低记录价格。现在，在8月21日星期五发表在《化学化学》杂志上的一项研究中，该团队揭示了一种新的激励——更便宜的天然气——来进一步降低成本。
与传统的甲烷转化方法相比，新方法需要的初始投资减少了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CO2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，并且对于广泛的商业应用来说通常过于昂贵。
CO2可以从许多来源捕获，包括从纸浆厂和造纸厂到像这里所示的炼油厂。如果有浓缩的二氧化碳流，它可以被捕获。信用:michaelmep/Pixabay.com除了地质生产之外，甲烷可以从可再生或回收的二氧化碳资源中生产，并且可以用作燃料本身或作为H2能源载体。虽然甲烷是一种温室气体，需要仔细的供应链管理，但它有许多应用，从家庭使用到工业过程，第一作者和PNNL化学家乔希斯瓦里·科塔达曼说。
“目前，美国使用的大部分天然气必须从地下泵出，”Kothandaraman说，“随着时间的推移，即使在减缓气候变化的途径下，需求预计也会增加。这一过程产生的甲烷——利用废弃的二氧化碳和可再生来源的氢气制造——可以为寻求可再生成分和更低碳足迹的天然气的公用事业和消费者提供一种替代方案。”
计算成本和捕获碳
为了探索EEMPA在将二氧化碳转化为甲烷中的用途，Kothandaraman和她的同事研究了反应的分子基础，然后评估了在550兆瓦发电厂大规模运行该过程的成本。
传统上，工厂操作人员可以通过使用特殊的溶剂来捕获二氧化碳，这些溶剂可以在烟气从工厂烟囱排放之前将其浇灭。但是这些传统溶剂的含水量相对较高，使得甲烷转化困难。
PNNL的研究人员正在开发从工业排放物和大气中捕获二氧化碳的技术。在这里，碳管理和化石能源市场部门经理卡西·戴维森解释了二氧化碳减排技术以及它们如何大规模部署。功劳:卡西·戴维森/太平洋西北国家实验室使用EEMPA代替降低了为这种反应提供燃料所需的能量。节约的部分原因来自于EEMPA使二氧化碳更容易溶解的能力，这意味着运行转化所需的压力更小。
作者的评估确定了进一步的成本节约，因为由EEMPA捕获的二氧化碳可以在现场转化为甲烷。传统上，二氧化碳被从富含水的溶剂中分离出来，送到现场转化或储存在地下。根据新的方法，捕获的二氧化碳可以在一个简单的容器中与可再生氢和催化剂混合，然后加热到传统方法生产甲烷压力的一半。
作者说，这种反应是有效的，将超过90%的捕获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捕获了超过95%的烟气中排放的二氧化碳。新的工艺也释放出多余的热量，为发电提供蒸汽。
从二氧化碳中获取更多
Kothandaraman说，论文中强调的化学过程代表了许多途径中的一条，其中捕获的二氧化碳可以用作生产其他有价值化学品的原料。
她说:“当我能让这个过程像现在对甲烷一样有效地对甲醇起作用时，我会很高兴的。“那是我的长期目标。”Kothandaraman说，甲醇的应用比甲烷多得多，他在大约10年的时间里一直在寻找能够从二氧化碳中生产甲醇的催化反应。该团队计划探索的另一条路线是利用捕获的二氧化碳制造塑料。
“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，”索卡加斯高级技术开发经理罗恩·肯特(Ron Kent)说，“这项研究为从废弃的二氧化碳中制造有价值的东西提供了一条经济有效的途径。”
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