碳科技这个理性、性感、奇怪的世界

科学家与二氧化碳
存在Shutterstock MikeldEray

想象一下,走进一家超市,在那里你提供了一个新的蛋白质动摇的免费样品与秘密成分。After a few sips (the shake’s delicious, by the way), you learn the secret isn’t some new super-kale or the latest magical supplement — what you’re drinking is carbon dioxide that was once belched out of a steel mill smokestack.

那一天也许并不像你想的那么遥远。

拉出来的二氧化碳在空气中,并把它变成一个产品的想法,出售获利已吸引了很多关注,甚至几元钱。而在碳捕获和利用(CCU),也被称为carbontech工作创业公司的数量,已激增近几年。该圆形碳网络这是一个由XPRIZE基金会和Pure Energy Partners共同发起的新非营利项目,旨在促进CCU的投资和商业活动。目前,该项目已经追踪了该领域的250多家公司。

NRG COSIA碳XPRIZE的执行董事Marcius Extavour告诉GreenBiz:“我们可以利用二氧化碳制造出大量的产品。”于是问题就变成了:哪些是最容易做的?哪些是划算的?如果用二氧化碳来制造,哪些碳足迹更低呢?”

初创公司所开创的一些技术比其他技术在市场开发方面走得更远,有一些已经处于商业阶段(最明显的是那些丰富了混凝土的技术)。有些公司比其他公司有更大的碳减排潜力,因为他们可以使用更多的二氧化碳,或将其封存更长时间,而有些公司有更大的总市场潜力。例如,工业产品可以利用的二氧化碳量比商业产品大得多。

麦肯锡公司估计,到2030年,以二氧化碳为基础的市场——包括建筑材料、塑料、燃料、食品和纺织品——的总价值将达到8000亿至1万亿美元。

扩大市场规模也越来越紧迫,而且理由很充分。我们目前还没有走上限制全球变暖的轨道,这可能会带来灾难性的后果。模型显示,要做到这一点,需要的不仅仅是减少当前的排放。它将要求“负排放”。

全球碳行动计划(Global Carbon Initiative)预计,在适当的激励措施下,到2030年,整个以二氧化碳为基础的产品行业可能会捕获并使用相当于目前全球排放量15%的二氧化碳。

所有这一切都激励的投资空间,但获得资金仍然是一个主要挑战。公司如LafargeHolcim,大量瑞士水泥和混凝土公司,与CCU初创企业合作并提供资金,因为是投资者,如比尔·盖茨。而政府的激励措施,如美国的那去年通过‘45Q’税收抵免,可能有助于进一步刺激投资。

只要有点想象力,产品的范围似乎是无限的。这是因为从理论上讲,捕获的二氧化碳可以用来生产任何目前使用来自化石燃料的原料生产的东西。几乎所有与我们日常生活有关的东西,除了植物、动物和矿物,都含有化石燃料。

这包括任何塑料制品,如玩具、电脑、汽车和牙刷;沥青,用于道路和轮胎中的合成橡胶;肥料、农药、除草剂、洗涤剂、油漆等;合成服装材料,从氨纶运动裤到尼龙夹克;更不用说网球拍、马桶座圈、吉他弦、冰柜、一次性尿布、黑胶唱片、口红、摩托车头盔,当然还有凡士林。

用废弃的二氧化碳代替化石燃料在所有情况下都没有意义。有时会有更好的替代品,比如完全淘汰一种产品,或者用植物成分代替石油成分,就像许多洗发水、乳液和化妆品生产商已经在做的那样。

在有意义或可能有意义的产品中,以下四类——建筑材料、液体燃料、先进材料和食品——并不代表当前潜在的二氧化碳市场的最大份额。就规模而言,当前的工业化学品和耐用塑料市场将远远大于先进材料。然而,每个类别都有独特的潜力,使它引人注目。

使混凝土坚固,如果不性感

当人们在具体的解释CO2,在某些时候,他们会承认,没有人愿意谈具体。这不像在屋顶或性感像特斯拉太阳能电池板进行访问。然而,正如Extavour所说的那样,“混凝土听起来枯燥的,但它是地球上最大的原料市场之一。”

事实上,当谈到卷,碳减排潜力,技术和市场的成熟度,具体为王,手下来。它代表了在短期内广泛使用CO2的最好的前景,因为建筑施工和基础设施在世界各地使用的是巨额。

这是一个如此庞大的产业,作为混凝土的主要成分,水泥的生产大约占全球温室气体排放的8%。这也意味着该行业有自己的潜在的二氧化碳来源,所以它可以关闭碳循环。当你把二氧化碳注入混凝土时,它会永远停留在那里,这是二氧化碳的少数负碳用途之一。

"The whole reason to trap the CO2 in the concrete is to keep it from going into the atmosphere, but it also gives benefit to the concrete as well by making it stronger and more durable. It’s not just a straight up cost," Brett Henkel, vice president of strategic accounts and government affairs forInventys热技术告诉GreenBiz。

总部位于温哥华的新创企业Inventys正在不列颠哥伦比亚省与拉法基霍尔西姆(LafargeHolcim)和法国能源公司道达尔(Total)合作开展CCU试点项目。该项目预计将于2020年底投入运营,它将是世界上第一个通过从水泥厂捕获和再利用二氧化碳来关闭碳循环的项目。

其它建筑材料,如钢铁和墙板,也具有一些与混凝土相同的特点——全球市场广阔,碳排放显著,以及永久封存二氧化碳的潜力。但是,CCU技术的商业化在混凝土方面走得更远,比如加拿大的公司CarbonCure和新泽西Solidia技术拉法基豪希姆(LafargeHolcim)的合作伙伴,已经在为商业市场服务。

CarbonCure公司的技术在加拿大、美国和亚洲的150多家混凝土工厂得到应用。这家总部位于加拿大新斯科舍省的公司使用从各种工业场所捕获的液化二氧化碳,将其注入混凝土搅拌机,在那里,二氧化碳与水和钙发生化学反应,形成固体碳酸钙。该公司表示,因为二氧化碳会使混凝土更坚固,所以可以少用水泥,从而进一步减少碳足迹,使成本与传统水泥持平。目前,它的碳减排幅度相对较小,只有5- 10%,但CarbonCure的最终目标是开发碳中性混凝土。

消除了飞行的罪恶感

与建筑材料不同的是,以二氧化碳为基础的燃料并不是负碳的,因为当燃料被使用时,二氧化碳会再次被释放出来。然而,以二氧化碳为基础的燃料可以帮助航运和航空业实现碳中和(将汽车行业从平衡中移除,因为它已经开始向电动汽车过渡)。

像苏黎世这样的公司Climeworks,来自鹿特丹SkyNRG,加拿大的碳工程全球恒温LanzaTech在美国,所有这些国家都开发了用于燃料的CCU技术,为减少航空二氧化碳排放提供了另一种选择。

碳工程该公司通过将捕获到的废弃二氧化碳与来自水中的氢结合起来制造液体燃料,通过开发一种具有潜在成本竞争力的方法来制造碳中性的汽油、柴油或喷气燃料,这似乎是CCU领域迈出的重要一步。

该公司由哈佛大学应用物理学教授大卫•基思(David Keith)创立,自2015年以来一直在不列颠哥伦比亚省开展试点项目。2018年,该项目的设计和工程成本发表在《华尔街日报》上焦耳。通过使用现有的工业生产工艺,该公司成功地将每吨从大气中去除的二氧化碳的成本控制在100美元以下。到目前为止,二氧化碳排放的成本,或所谓的“直接空气捕捉”,至少被认为是每吨$ 600

下一步是大量扩大工厂规模,生产数十万桶无碳燃料,以进一步降低成本,就像过去几十年太阳能和风能成本随着规模的扩大而大幅下降一样。

珍妮弗·霍姆格伦,LanzaTech的创始人说,她的公司的燃料时,在商业规模生产也可以是成本竞争力与传统的喷气燃料。

“不过,我们认为需要激励最初弥合价格差距,”她告诉GreenBiz。“在5到10年,作为燃料成为有竞争力的单独的激励可以相应地调整了。”

2018年,维珍航空(Virgin Atlantic)一架从奥兰多飞往伦敦盖特威克机场(Gatwick)的商业航班使用的是兰泽泰克公司(LanzaTech)生产的燃料,该公司不仅使用可回收的二氧化碳废物,还使用来自城市固体废物、有机工业废物和农业废物等来源的可回收温室气体排放,以及经过改造的沼气。兰扎说,它每年可以在英国生产多达1.25亿加仑的航空燃料,为从英国起飞的维珍大西洋航空公司的航班提供100%的燃料,循环利用近100万吨的二氧化碳。

碳工程公司和Climeworks都开发了一种直接的空气捕捉系统,从周围的空气中提取二氧化碳,而不是一个烟囱。今年6月,总部位于卡尔加里的碳工程公司(Carbon Engineering)宣布从加拿大政府获得1900万美元的投资。此前,盖茨(Gates)等私人投资者以及必和必拓(BHP)、雪佛龙(Chevron)和西方石油公司(Occidental Petroleum)等主要石油和天然气公司也向该公司投资了7000万美元。去年年底,Climeworks表示,已从现有和新的私人投资者以及苏黎世州银行(Zurich cantone Bank)获得了逾3000万美元的融资,总融资规模超过5,000万美元。

Climeworks及其合作伙伴SkyNRG与荷兰鹿特丹海牙机场(Rotterdam The Hague Airport)启动了一个试点项目,以测试他们的二氧化碳燃料的商业可行性。这个试点项目将使用从机场的航空公司排放中收集到的二氧化碳废物,从2021年开始,目标是每天生产1000升的航空燃料。

关于二氧化碳燃料市场的一个警告是:它们面临着来自生物燃料的竞争。飞机已经开始使用由植物生物质(如甘蔗、草或棕榈油)、甚至动物废料制成的可再生燃料。

更强,更轻,更酷

由二氧化碳制成的碳材料——石墨烯、碳纳米管、碳纤维——仍处于研发的早期阶段,制造成本高昂,因为它依赖于电化学转化过程。然而,这些材料的最终市场潜力是巨大的——石墨烯是一种高效的导电体,也是已知最强的材料之一;碳纳米管用于电池、电子产品、体育用品等;碳纤维(由碳纳米管制成)可用于航空航天、能源、混凝土、汽车和体育用品。

工程上的微小的规模,并在米或纳米,有时只是一个单一的原子的十亿分之一测量厚,因为它们是非常强和光这些材料部分非常有价值的。他们可以通过制造汽车和飞机更轻提高燃油效率,提高风力涡轮机的性能,并提高锂离子电池的容量。根据市场营销,碳纤维也使得高性能运动器具,如自行车和网球拍,“冷”和“性感”。

虽然这些产品中使用的二氧化碳量很少,但它们是耐用的,这意味着二氧化碳可以长时间锁在里面。

加拿大的C2CNT是碳XPrize的决赛选手之一,它找到了一种生产碳纳米管的方法,成本比平常低100倍。该公司的技术使用低成本的镍和钢电极以及低电压电流,利用比铜导电性更好的烟气来制造碳纳米管。纳米管每吨价值超过10万美元,可用于钢铁、铝、纺织品、陶瓷和水泥生产商,以及电子、包装、制造和建筑领域。

没有甜点,直到你吃你的CO2

最后但并非最不重要的,回到那个高蛋白饮品。芬兰的一家名为太阳能的食物已经开发出一种利用可再生电力和二氧化碳生产一种成分的方法,这种成分看起来像小麦粉,含有50%的蛋白质。该公司计划于2021年开始商业化生产,目标是在生产食品的同时避免农业对环境造成的巨大影响。

通过发酵制成的食物,如啤酒或实验室培养的肉类,依赖于向微生物提供植物糖。新工艺用碳取代了这些糖类。该方法使用通过在生物反应器电解太阳能分解水,产生氢气,可以给微生物能量,因为它们可以供给碳。该微生物产生多数民众赞成由大约20%-25%的碳水化合物,5%-10%的脂肪和50%蛋白质的食物。

因为它完全从农业断开,新的蛋白粉,Solein,自称是100倍以上的气候友好比任何动物,甚至植物为基础的替代品。它可以产生每亩比大豆产量的10倍以上可用蛋白,该公司表示。

当它开始出现在杂货店时——如果一切按计划进行,在未来两年内——它将不会以粉末的形式出现,而是作为产品的一种成分,比如蛋白奶昔,或者植物酸奶。这在一定程度上是因为它对消费者来说可能是最美味的,但袋装的二氧化碳基面粉可能不会得到那么多的接受。对于以植物为基础的肉类公司,比如关注环境的Impossible Foods,这可能是进一步缩小其环境足迹的一种方式。

消费者如何应对由废弃的二氧化碳制成的食品是一个重大而引人入胜的问题。“这不仅仅是一个技术故事,不仅仅是一个商业故事,也是一个社会故事。因为消费品是关于人们喜欢什么,不喜欢什么,这很重要,”Extavour说。

Extavour还认为,利用二氧化碳生产消费品很重要,即使其产量远不及工业产品,因为这有机会提高人们的意识,并将人们与去碳化的努力联系起来。

他说:“这可能是单个消费者采取应对气候变化行动的一种方式,或者是让品牌和零售商参与可持续发展的一种方式。”竞彩足球app怎么下载

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