夏亞沈：CO2資源化和燃料合成——綠色機(jī)會(huì)和未來

2018年1月12日，由中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、國際能源署（IEA）、聯(lián)合國項(xiàng)目事務(wù)署（UNOPS）指導(dǎo)，中國能源研究會(huì)分布式能源專業(yè)委員會(huì)、中國能源網(wǎng)等聯(lián)合主辦，國家電網(wǎng)公司、漢能控股集團(tuán)等協(xié)辦的“2018未來能源大會(huì)”在北京隆重召開。美國HyCharEnergy公司創(chuàng)始人，海加控股集團(tuán)公司總裁和首席科學(xué)家夏亞沈作了題為“CO₂資源化和燃料合成——綠色機(jī)會(huì)和未來”的演講。 

以下內(nèi)容根據(jù)演講實(shí)錄整理摘編：

夏亞沈：非常榮幸到這里來跟大家交流。我今天給大家介紹一下我們做的這個(gè)項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目做了大概十幾年，主要是跟西北大學(xué)還有美國其他院校合作，研究一個(gè)重大的問題-我們一直在關(guān)注的，就是二氧化碳的資源化。

這些事情我們應(yīng)該都比較清楚，二氧化碳問題跟能源有關(guān)系。我們現(xiàn)在要用很多很多的石油，也要用很多很多的煤炭。原油大量的依賴國外，依存度達(dá)到65%。煤炭也是我們的一個(gè)主要的應(yīng)用，這樣我們就會(huì)產(chǎn)生很多的二氧化碳。二氧化碳問題，不管是從美國到歐洲，包括中國，這個(gè)問題在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都在考慮怎么樣能夠解決。

我們把這個(gè)東西做了一個(gè)課題，要把二氧化碳用掉。首先我們是煤炭大國，就必然要進(jìn)行煤炭燃燒，這是主要一個(gè)取得能量的辦法?，F(xiàn)在講究煤清潔化，但其轉(zhuǎn)化過程也產(chǎn)生很多的二氧化碳。不管是用煤來生產(chǎn)合成油，或者是合成甲醇，都無法避免，排放非常巨大。二氧化碳成了一個(gè)世界非常關(guān)注的問題。

二氧化碳問題到底能不能解決？我們的觀點(diǎn)，或從開始研究這個(gè)課題的時(shí)候，我們就認(rèn)為這個(gè)問題是可以解決的。原因在我們地球的早期，45億年左右，在地球形成的時(shí)候，地球冷卻成一個(gè)球體的時(shí)候，從幾千度冷卻到現(xiàn)在的平均溫度15度，經(jīng)歷過一個(gè)非常長的過程，當(dāng)?shù)厍蛐纬晒腆w以后，有很多很多的火山爆發(fā)?？茖W(xué)界經(jīng)過多少年的研究，做了很多的模型，做了很多的地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)地球的二氧化碳可能有10個(gè)大氣壓，濃度非常高，地球上主要的成分是二氧化碳和水氣從火山噴發(fā)出來，并沒有氧氣。這些二氧化碳和水氣，在某種條件下，逐步地還原，當(dāng)然這里面發(fā)生了很多的過程，逐步的還原，最后大量的下降，最后下降到工業(yè)革命的時(shí)候，大概是200個(gè)PPM，現(xiàn)在又上升到400個(gè)PPM。實(shí)際上早期這些碳和水氣中的氫，已經(jīng)大量的合成出碳?xì)浠衔铩＿@些碳?xì)浠衔锞妥兂闪酥参锖蜕?。那么，在什么樣的條件下，才能夠把它們合成出碳?xì)浠衔锬?？又怎么樣能夠放出這么多氧氣，最后變成一個(gè)目前的有氧氣的地球？我們認(rèn)為，是由于當(dāng)時(shí)大量的負(fù)電性的閃電產(chǎn)生的作用生成了碳?xì)浠衔?。這樣一來，它才有很多很多的碳?xì)浠衔?。水氣和二氧化碳合成，最后合成出一些不同的碳?xì)浠衔铮沟厍蚍懦隽撕芏嗟淖杂裳醴肿踊蜓鯕?。在這個(gè)過程當(dāng)中，經(jīng)歷了大概25億年。25億年以后，地球的碳氧平衡主要是靠光和作用來維持平衡，但以前是電合作用，包括我們石油的形成也跟這個(gè)有關(guān)。這種電合作用，我們很可能重新實(shí)現(xiàn)，來解決二氧化碳的問題。我的團(tuán)隊(duì)的博士生、碩士生做了一些電合作用的實(shí)驗(yàn)，做了一些小的反應(yīng)器，這些反應(yīng)器已經(jīng)合成了很多的東西，當(dāng)然有一種東西是明顯對(duì)我們現(xiàn)在有利，就是它們能夠在負(fù)電場里面形成乙醇。我們主要用放電的金屬，放出的電子，這些電子通過不同的金屬表面會(huì)有不同的電子放出來。不同的電子如果用鋼針、金針放出的電子能量是不一樣的。在一定的電能條件下形成的負(fù)電場，最后可以輕易的形成乙醇。它的機(jī)理大概是這么一個(gè)化學(xué)過程，中間經(jīng)過了很簡單的二氧化碳分解，形成一氧化碳，水蒸氣變換生成氫氣，形成乙醇。乙醇大量的供應(yīng)，在全世界仍然是個(gè)大問題，在美國是靠玉米來生產(chǎn)，4500萬噸，中國現(xiàn)在乙醇的產(chǎn)量是250萬噸，也是用糧食。我們現(xiàn)在提出的方案就可以用二氧化碳的廢氣來合成乙醇。2000萬噸的二氧化碳可以合成1000萬噸的乙醇。

乙醇可以做什么呢？未來可以做氫燃料電池車，日產(chǎn)汽車做了模型示范車，是用乙醇來進(jìn)行分解產(chǎn)氫，乙醇作為儲(chǔ)氫的辦法。車上裝的是乙醇和水，乙醇會(huì)分解，分解完了以后產(chǎn)生合成氣，經(jīng)過一個(gè)固體氧化燃料電池發(fā)電。他們的試運(yùn)行，加一次燃料可以行駛600公里以上。

我們已經(jīng)做了好幾個(gè)系統(tǒng)，用不同的結(jié)構(gòu)做了不同的反應(yīng)器來合成乙醇，還可以合成各種各樣的碳?xì)浠衔?。我們已?jīng)合成出各種各樣的碳?xì)浠衔?，這種直流的負(fù)電場反應(yīng)器耗電很少，測試顯示，生產(chǎn)每公斤有機(jī)燃料耗電一度電左右，不超過4度電?，F(xiàn)在這個(gè)小的20升單電場反應(yīng)器每年產(chǎn)能是一噸有機(jī)原料。我們要用這個(gè)技術(shù)，這個(gè)機(jī)理，合成出燃料達(dá)到二氧化碳的資源化。我們這是一個(gè)例子，包括有碳7、碳8、和碳16成份。庚烷是汽油的主要成分，16烷是柴油的成分?，F(xiàn)在我們能夠合成出不同的有機(jī)混合物，包括丙烷、庚烷、甲基環(huán)己烷、甲基苯甲醛、甲基苯甲醇、甲基十四烷和16烷等等這些不同的產(chǎn)品。這樣的反應(yīng)器實(shí)際上是一個(gè)小的電子-氣體反應(yīng)器，相當(dāng)于一個(gè)小電容器，里面是各家各戶常用的負(fù)離子發(fā)生器?？梢院唵蔚陌岩粋€(gè)一個(gè)的電場連接在一起，串聯(lián)起來。我們現(xiàn)在演示的是一個(gè)單電場反應(yīng)器。我們還有兩個(gè)電場，12個(gè)電場反應(yīng)器。這些電場連接起來以后，就可以把一定流量的二氧化碳全部都處理掉，最后把它合成成燃油和有機(jī)物。西北大學(xué)的學(xué)生們也合成出尿素，就是用二氧化碳加上氨氣生產(chǎn)尿素，都是常溫常壓下進(jìn)行的。

未來它可以把這樣的東西，這樣的反應(yīng)器，處理煙道器排放氣，加上水蒸氣，就是和蒸汽鍋爐結(jié)合起來，可把二氧化碳變成燃料。還可以用這種技術(shù)，處理煤層氣、頁巖氣、沼氣，都可以把它們變成液體燃料。所有的這些反應(yīng)器都是在常溫常壓操作，非常簡單，非常容易放大，而且里面沒有一點(diǎn)催化劑。

它的優(yōu)勢是很明顯的。它放大容易，工藝簡單，不需要任何的貴金屬催化劑，不同的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)可以合成出不同的燃料組合，很容易分離。比如，400萬噸煤制油過程可能產(chǎn)生大約4000萬噸的二氧化碳，排放是非常大的，就是說煤制油產(chǎn)生的二氧化碳非常多。如果把這些二氧化碳在這個(gè)過程中進(jìn)行處理，用電也不多，能把它變成碳?xì)浠衔?，最后二氧化碳的問題就能解決。這樣的話，我們整個(gè)過程，用這種技術(shù)，能夠合成乙醇，能夠用于氫燃料電池車，也可以把二氧化碳變成可以利用的有機(jī)原料，不管是燃油還是用于塑料的原料。最后，使用這樣的過程技術(shù)，我們也可以解決電力的儲(chǔ)能，所有的電廠也可以把它不用電的時(shí)候或低谷電期間用它處理二氧化碳。如果這樣處理二氧化碳，電能就被碳?xì)浠衔镒鳛榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來了。這些碳?xì)浠衔锒际强梢杂玫?，又可以變成燃料，變成能源，這樣電廠的電能就被儲(chǔ)存起來，這個(gè)技術(shù)推廣起來，將來可以為可持續(xù)的發(fā)展開辟一條光明的道路。謝謝大家！