本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
波士頓(2009年3月11日)-- 在大多數關於能源和氣候的討論中,煤炭都突出地扮演著反派的角色。燃燒煤炭產生的二氧化碳排放量佔美國能源相關排放量的三分之一以上,佔電力生產排放量的 80%。它也是空氣汙染、酸雨甚至有毒環境汞的最大貢獻者之一。但由於煤炭非常便宜且儲量豐富——按照目前的國內需求速度,美國的煤炭儲量足夠維持 250 年——各國發現,如果不冒著經濟崩潰的風險,很難放棄這種燃料。
然而,在GreatPoint Energy(在芝加哥和劍橋設有辦事處)開發的清潔煤技術可能代表著解決這一困境的方案。執行長安德魯·珀爾曼昨晚在波士頓舉行的GoingGreen East 會議的主題演講中提出了這一論點。(這裡是我們關於 Going Green East 的先前帖子。) GreatPoint Energy 剛剛被評為GoingGreen East 50 強私營企業榜單的整體冠軍,該榜單旨在表彰在清潔技術領域表現卓越的組織。
(《大眾科學》是AlwaysOn 網路的合作伙伴,共同呈現此次會議,這是該活動在加利福尼亞州舉辦兩次後首次在東海岸舉辦。)
許多環保主義者認為“清潔煤”是一個自相矛盾的說法,因為開採和燃燒煤炭會造成損害,但 GreatPoint Energy 的“水合甲烷化”方法可能最接近這個描述。關鍵是它根本不燃燒煤炭:而是透過三步催化化學過程,將煤炭轉化為天然氣(甲烷),這種天然氣燃燒更清潔,產生的二氧化碳比其他化石燃料更少。包括產生的二氧化碳在內的汙染物將被收集起來出售或封存。
這個過程與傳統的煤氣化根本不同,傳統的煤氣化是讓煤炭與極熱的加壓水和空氣反應,生成“合成氣”,這是一種一氧化碳和氫氣的易燃混合物。
根據珀爾曼的說法,單一催化劑促進水合甲烷化過程中的所有三個步驟:蒸汽氣化(將煤炭原料轉化為一氧化碳和氫氣)、水煤氣變換(將一氧化碳和水轉化為二氧化碳和氫氣)以及甲烷化階段(將氫氣和剩餘的碳轉化為甲烷)。所有這三個步驟都可以在一個反應器容器中進行,儘管第一個步驟是高度吸熱的(以熱的形式吸收能量),而最後一個步驟是高度放熱的(以熱的形式釋放能量);總的來說,反應是熱中性的,這有助於保持其經濟高效。天然氣產品含有煤炭輸入能量的約 80%。
煤炭中的汙染物,如硫、氨、汞和其他微量金屬,都可以透過傳統技術從氣體混合物中洗滌掉,收集起來並作為副產品出售。同樣重要的是,產生的二氧化碳可以被高效地收集和封存(這對於燃燒煤炭釋放的二氧化碳仍然不是這種情況)。
珀爾曼指出,由於煤礦通常位於油田附近,在礦井旁建造水合甲烷化工廠可能具有戰略優勢。二氧化碳副產品流可以出售給石油公司,用於提高枯竭油井的產量。或者,二氧化碳可以簡單地封存在油田的地下。
GreatPoint Energy 團隊花了四年時間來建立水合甲烷化過程。令人驚訝的是,原則上它可能早在二十年前就被發現了:珀爾曼說,埃克森公司在 20 世紀 80 年代最初發現了一種催化劑,證明可以用化學方法而不是熱方法裂解煤炭。但這項初步工作得到了能源部的支援,在能源部撤回資金後,這項工作被擱置,直到珀爾曼的同事發掘出來並重新開始開發。
GreatPoint Energy 在馬薩諸塞州錫康克建造了一座示範工廠五月花清潔能源中心,該工廠已記錄了 1200 小時的線上執行時間。珀爾曼表示,該公司正在尋求在 2012 年實現商業化生產,目標是建造、擁有和運營自己的工廠。然而,它將尋求與美國、加拿大、中國、印度和其他主要國家的能源公司合作。
那麼,GreatPoint Energy 的技術是否證明清潔煤不一定是矛盾的?開採煤炭仍然會對環境造成損害,儘管根據珀爾曼的說法,該公司致力於避免與從事破壞性極大的開採活動(如山頂移除)的開採夥伴達成交易。而且,該過程產生的天然氣最終會被燃燒併產生二氧化碳——比燃燒相同能量的煤炭產生的二氧化碳要少得多,但仍然比太陽能或風能產生的多。但找到一種更好、更清潔的方法來利用煤炭,同時更清潔的技術仍在成熟之中,這一優勢無論如何強調都不為過,本次會議明確了這一點。
更新(釋出於 2009 年 3 月 12 日):下方評論者 (timjwilson) 和一位 Twitter 關注者 (@brookheart) 提出了一個很好的問題:透過 GreatPoint 的過程總共釋放了多少二氧化碳?水合甲烷化難道不會產生與燃燒煤炭相同量的二氧化碳嗎?我們沒有關於 GreatPoint 流程的具體資料,但即使水合甲烷化確實產生相同量的二氧化碳,它似乎仍然比正常的煤炭燃燒具有很大的優勢。也就是說,水合甲烷化過程中產生的二氧化碳都是在封閉容器中產生的,並且容易捕獲以進行處置,而目前還沒有商業上可行的方法可以有效地捕獲燃燒煤炭產生的二氧化碳。因此,其理念是,該過程將比燃燒煤炭並捕獲二氧化碳(即使是透過理想的封存技術)釋放更少的二氧化碳。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞工作 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
馬薩諸塞州薩默塞特的五月花水合甲烷化示範工廠內部照片,由 GreatPoint Energy 提供