化学工业如何实现零二氧化碳排放的气候目标?

瑞士联邦委员会已决定该国到2050年实现碳中和。许多其他国家/地区的政府也在追求类似的目标。就汽车交通和整个电力部门而言,这可能具有挑战性,但并非没有可能。例如,通过系统化的电气化和碳中和能源的独家使用。

化学工业零净CO 2排放的目标

  • 对于化学工业而言,这种转换将更加困难。尽管对于许多其他工业部门而言,首要关注的是其能源效率,但化学工业还必须解决原材料问题。
  • 苏黎世联邦理工学院工艺工程学教授马可·马佐佐蒂(Marco Mazzotti)解释说:“聚合物,塑料,合成纺织纤维和药物都含有碳。它必须来自某个地方。” 就目前情况而言,这种碳的绝大部分来自石油和天然气。在生产过程中,以及化学产品在其使用寿命结束时燃烧或分解时,它们会释放CO 2。
  • 以具体数字和甲醇生产为例,来自苏黎世联邦理工学院和乌得勒支大学的Mazzotti及其同事现在已系统地比较了各种旨在将化学工业的净CO 2排放量降低至零的方法。
  • 这项新研究的主要结论是,实际上可以实现在化学工业中实现零净CO 2排放的目标。但是,为实现该目标而进行的研究检验的所有方法都有其优点和缺点,它们在世界不同地区都有不同的表现。
  • 另外,所有三个概念比当前的生产方法需要更多的能量(以电的形式)。

捕获CO 2或使用生物质

  • 一种方法涉及继续使用化石资源作为原材料,但系统地捕获CO 2排放,并使用称为碳捕获和封存(CCS)的方法将其隔离在地下。这种方法最大优点是,今天的工业生产过程无需更改。但是,存储地点在地质方面必须合适,例如提供含有盐水的深层沉积层。
  • 另一种方法是使用来自CO 2的碳预先从空气或工业废气中捕获,此过程称为碳捕获和利用(CCU)。化学产品所需的氢气将使用水从水中获得。该方法将涉及化学生产过程的大修和重建工业基础设施的大部分。此外,它需要大量的电力,是CCS的六到十倍。
  • 最后的选择是使用生物质(木材,制糖厂,油料厂)作为化学工业的原料。尽管这种方法比其他方法需要更少的电力,但它需要大量土地来种植农作物-比其他方法需要40-240倍的土地。

飞行的未来

  • Mazzotti及其合作者的研究基于甲醇的生产,这类似于用于生产燃料的过程。因此,他们的工作也为有关未来飞机燃料的讨论提供了信息,正如马佐蒂所指出的那样:“即使是专家,我们也屡次听到,航空成为碳中和的唯一途径是使用合成燃料。”
  • 生产合成燃料是一个非常耗能的过程。如果将燃煤或燃气发电站的电力用于此目的,则合成燃料的碳足迹将比化石燃料更大。
  • 研究表明,合成燃料至少有两种可行的替代方法:如果CO 2可以用于航空,则可以继续使用化石燃料。 飞机排放的碳被捕获并隔离在其他地方,或者可以从生物质中获取燃料。

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