科学探索|一项正在申请专利的新技术将能把“废”碳转化为可用燃料一项正在申请专利的新技术将

生物燃料研究人员的圣杯是创造一个自我维持的过程，它可以将来自污水、粮食作物、海藻和其他可再生碳源的废物转化为燃料，与此同时还能使废碳不进入我们的环境和水中。尽管在将此类垃圾转化为可用燃料方面已经取得了很多进展，但用清洁能源完成循环已被证明是一个难以破解的难题。

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现在，美国能源部西北太平洋国家实验室(PNNL)的一个研究小组已经设计出一个系统来完成这个任务。PNNL的电催化氧化燃料回收系统将以前被认为是不可回收的、稀释的“废”碳转化为有价值的化学品，同时还产生有用的氢气。由于使用了可再生能源，该过程是碳中性的，甚至可能是碳负性的。
使这一切发挥作用的关键则是一个设计优雅的催化剂，它结合了数十亿个无限小的金属颗粒和电流并可在室温和压力下加速能量转换。

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PNNL化学工程师和项目负责人Juan A. Lopez-Ruiz说道：“目前使用的处理生物原油的方法需要高压氢气，这通常是由天然气产生的。我们的系统可以自己产生氢气，同时利用多余的可再生电力在接近大气的条件下处理废水，进而使其操作成本低廉并可能实现碳中和。”
一个饥饿的系统
研究小组在实验室中使用来自工业规模的生物质转化过程的废水样本对该系统进行了测试，在连续运行了200多个小时并没有发现任何效率损失的情况。唯一的制约因素是，研究小组的废水样本已经用完了。
“这是一个饥饿的系统，”Lopez-Ruiz说道，“该过程的反应速度跟你试图转化的废碳数量成正比。如果你有废水不断循环通过它，它可以无限期地运行。”
据Lopez-Ruiz介绍称，这个正在申请专利的系统解决了几个问题，这些问题一直困扰着使生物质成为经济上可行的再生能源的努力。
“我们知道如何将生物质变成燃料，”Lopez-Ruiz说道，“但我们仍在努力使这一过程具有能源效率、经济性和环境可持续性，特别是对于小规模、分布式的规模。这个系统依靠电力运行，电力可以来自可再生资源。而且它自己产生热量和燃料以保持其运行。它有可能完成能源回收循环。”
Lopez-Ruiz继续补充道：“随着电网开始将其能源来源转向整合更多的可再生能源。依靠电力满足我们的能源需求变得越来越有意义。为此，我们开发了一种工艺，利用电力将废水中的碳化合物转化为有用的产品并与此同时去除掉氮和硫化合物等杂质。”
缩小能源差距
水热液化(HTL)是一种将湿废碳转化为燃料的非常有效的方法。这个过程，从本质上讲，缩短了生产天然化石燃料所需的时间，其可以在几个小时而不是几千年内将湿生物质转化为能量密集的生物原油。然而该过程是不完整的，因为作为该过程的一部分产生的废水需要进一步处理，这样可以方便从本来是一种责任的东西中获得附加值。
Lopez-Ruiz说道：“我们意识到，从废水中去除有机分子的相同（电）化学反应还可用于在室温和大气压下直接提升生物原油。”
这就是PNNL的新工艺发挥作用的地方。未提炼的生物原油和废水可以直接从HTL输出流或其他湿废物中输入该系统。PNNL工艺由所谓的流动池组成，废水和生物原油流经流动池，然遇到由电流产生的带电环境。