我们知道如何除去碳素能源生产与可再生能源和电动汽车陆运。蓝图绿化船舶和飞机正在起草。但是大工业过程呢?他们看起来将成为脱碳反对者——最后和最严重的二氧化碳排放,我们必须消除,如果我们要在本世纪中叶实现零排放。特别是,我们如何绿色的三个最大globally-vital重工业:钢铁、水泥、和氨,一起人为二氧化碳的排放大约五分之一?
现代城市环境在很大程度上是由混凝土——这是由水泥和钢铁。我们的大多数食物是通过应用氨制成的肥料。这些最无处不在的工业原料生产能源和二氧化碳排放为代价巨大。
他们的行业繁荣了一个多世纪使用生产过程基本未变。但迫切需要产生绿色氨、钢材、水泥开始动摇起来。研究为根本改变化学过程提供新的选择。和最近几周,主要球员宣布这三个危机行业的重大举措。
两个新兴技术是广告本身的“解决方案”行业脱碳问题。碳捕获和储存(CCS),旨在捕获堆栈二氧化碳排放和把他们埋在老油田或盐矿等地质构造。另一种是“绿色氢,”由分裂水使用可再生能源。一些人认为绿色的氢梦想未来的燃料,驱动从飞机和电站到房屋和重工业。
美国能源部长珍妮弗说6月“清洁的氢是一个转折,”因为它“有助于除去碳素高污染重型工业领域。”
使用绿色氢在钢产量目前正试图在欧洲国家补贴。
但是这两种技术面临的技术宣传的批评和指责。CCS被控设计延长化石燃料工业的未来比世界经济脱碳。甚至绿色的氢,本质上是一个输送机的可再生能源,似乎毫无意义的应用程序可以直接使用可再生能源——通过在电动汽车堵塞,例如。
然而每个可能有一个角色在某些行业,行业分析师说。“主要钢铁和氨生产绿色氢是明智的入口点,”法尔Ueckerdt波茨坦气候影响研究所的告知360年耶鲁大学环境。氢燃料高温工业过程的效率极高,例如,所以绿色氢气有时是重工业,目前真正的交易需要化石燃料作为流程的一部分(钢),已经在使用氢(肥料),或需要高温氢擅长生产(水泥)。
让我们每一个行业。他们需要除去碳素什么?
钢铁工业目前负责11%人为的二氧化碳排放。大多数生产开始通过燃烧煤炭和铁矿石在高炉。煤产生的热量但炉是化学过程的一部分。它从矿石带氧纯铁,称为生铁,变成钢电弧炉。但废料——从结合煤中碳和氧矿-大量的二氧化碳。整个过程排放2.2吨二氧化碳平均每吨钢铁。
那么如何减少这些排放?
混凝土被倒了去年10月在温斯洛普的中心,一座摩天大楼在建在波士顿。大卫·l·瑞恩/《波士顿环球报》通过盖蒂图片社
更有效的使用和回收的产品应该追逐的第一大道。回收避免了高炉阶段,大量排放。废送入一个电弧炉,通常只产生0.3吨的二氧化碳每吨钢铁。进一步通过切换远离排放的温室气体会减少化石燃料产生电力。但是来自回收的潜在收益是有限的,据分析师。大约85%的废弃钢铁已经收集回收。但钢铁的在职寿命长意味着这个回收废仍然只占钢铁生产总量的三分之一左右,根据国际能源机构(IEA)。
广泛采用CCS可能进一步减少排放。但更大的收益可能出现完全放弃结婚的高炉。使生铁的主要替代方法是运行一个巨大的直接电流通过矿石。这一过程,称为电解,是铝土矿矿石变成了铝。能源需求是巨大的,但不需要煤过程本身的一部分,这些能量可能来自低碳源,如绿色氢。所以绿色绿色钢氢被认为是至关重要的。
这个氢路线目前正在试图在欧洲,在国家补贴,由阿塞洛-米塔尔,世界第二大钢铁制造商,和在一个项目本月早些时候宣布在荷兰India-owned塔塔钢铁。
它可能流行起来。一个有吸引力的方法是使钢氢在同一个网站。为澳大利亚,它代表了“巨大的机会”两大铁矿和丰富的太阳能,根据大学的杰西卡·艾伦和托尼Honeyands纽卡斯尔,新南威尔士,“它会提高我们的出口,有助于抵消裁员不可避免在化石燃料行业,走了很长一段路要应对气候变化,“他们认为在最近的一次博客。
氨肥的生产一直是全世界增长最快的行业在过去的半个世纪。这是末的农业绿色革命的基石20th世纪,今天滋养作物养活世界40%的人口。肥料的主要用途是迄今为止1.76亿吨每年产生的氨气。
世界上最大的氨制造商计划“绿色”最大氢气的生产复杂的一部分。
氨是由使用Haber-Bosch过程1908年,德国化学家弗里茨·哈伯(德国发明的。十年后,他赢得了诺贝尔奖。这个过程是在两个阶段。首先,它制造氢,通常从天然气;然后综合与大气氮氢。这需要打破紧张的债券持有空气中的氮分子,并且需要高压力和温度500摄氏度左右。
制氢和氨合成都是能源密集型的。整个过程,在巨大的工厂,排放大约两吨的二氧化碳每吨氨和负责人为二氧化碳排放的2%左右。
化肥是最浪费使用的高碳产品。不到一半的涌是什么领域得到接近根——这一比例一直在下降近年来,根据鑫张,马里兰大学的环境科学家。这不仅会导致不必要的二氧化碳排放量,但也洪水与氮的自然环境——创建海藻在海洋、河流和死区和破坏生物多样性几乎无处不在。188金博网注册就送188所以使用肥料效率应该是一个高优先级。
但除此之外,这两个阶段的化肥生产过程需要脱碳。第一阶段,使氢,应该最可实现的。氨今年4月,世界上最大的制造商,CF行业,宣布计划“绿色”最大的制氢生产复杂的一部分,在Donaldsonville,路易斯安那州。是德国制造的设备安装氢分解水,使用可再生能源。
氨合成,脱碳第二阶段要求重大改进或更换现有的过程。大学的贾斯汀·哈格里夫斯格拉斯哥,苏格兰,说催化剂是这个过程的关键。他们需要打破债券强劲的氮分子的元素与氢结合。
一辆拖拉机喷雾肥料在北约克郡麦田,英格兰。史蒂夫·艾伦旅行摄影除股票的照片
使用一个哈勃-博施方法铁催化剂。但自从发明,游戏一直在找一些工作效率较低的温度和压力。“解决低温氨合成是化学的圣杯之一,”利瓦伊·汤普森说密歇根大学的一位化学工程师。但实现这一目标所必需的化学至今困扰着研究人员。
“自然,”哈格里夫斯说e360。“固氮细菌在植物根系在环境条件下发生,没有高温和压力。但生产太慢是实际的大规模生产。“希望合适的催化剂可以改变这种状况。“这是一个大奖,如果我们能这样做,”哈格里夫斯说。
很多企业家都在游戏中。JGC一家日本公司,福岛一个试验工厂结合太阳能氢使绿色使用新的氨合成钌催化剂,它开发了。该公司宣称已经减少四分之三的生产所需的压力。另一个日本团队,由Hideo细在东京理工学院,支持lanthanum-cobalt催化剂。他索赔削减它所需的温度400摄氏度。
一些预见未来的过程,抛弃传统的完全哈勃-博施方法。今年6月,道格·麦克法兰和他的同事们在澳大利亚莫纳什大学,宣布成功开发一个电化学过程打破了在室温下能产生氨氮债券。他们说关键是增加的磷盐,这大大加快反应。
第三个碳恐龙——并可能最艰难的改革——波特兰水泥,如此命名是因为它就像波特兰建筑石料开采出来,在英格兰南部半岛。它是在1824年发明的一个英语石匠称为约瑟夫Aspdin。生产过程和粉笔或石灰石(碳酸钙)与粘土和厨师的窑在1450摄氏度,引发化学变化,创建一个坚硬的固体,叫做熟料,结合石膏水泥。水泥与骨料和水混合后创建混凝土。
超过40亿吨的生产硅酸盐水泥,每年超过半吨地球上每一个居民。
的高温窑需要大量的能量,通常来自燃烧化石燃料,排放二氧化碳。此外,当碳酸钙在窑转换,主要的副产品是更多的二氧化碳。窑的燃料是煤,窑炉排放大约一吨的二氧化碳每吨水泥生产。
每年生产超过40亿吨的硅酸盐水泥在世界范围内,超过半吨地球上每一个居民。它使我们的世界水坝、道路、桥梁、高楼大厦、海堤和停车场。它负责人为二氧化碳排放的8%左右。
如何改变呢?世界上大多数的钢铁回收,很少的混凝土。建筑可以被设计为可拆卸及其组件再次使用。但很少有。拆迁队到达时,他们创造的废墟中发现任何未来的小使用,除了垃圾填埋场或聚合。需要改变,布莱恩·诺顿说都柏林理工学院。“建筑…应该设计成可轻易拆卸时的使用。“或者我们可以使用其他的建筑材料,如可持续采购木材。
但是水泥生产过程本身的什么呢?
如果煤炭窑被绿色所取代氢,可以降低整体二氧化碳排放量,但只有大约三分之一。所以需要做的生产过程产生的二氧化碳。
一个意思是CCS捕获二氧化碳的排放量。国际能源机构,最近的报告零路径,看到CCS贡献55%到2050年减排潜力的行业。另一种方法是找到二氧化碳的工业用途。本月早些时候,法国水泥生产商维卡软化点宣布计划将40%的二氧化碳从窑Montalieu-Vercieu里昂附近生产甲醇燃料的新集装箱船建造的世界上最大的航运公司,马士基。
长江在中国水泥厂。蒂姆·格雷厄姆/盖蒂图片社
但也有脱碳的选择改变了水泥生产过程的原材料。IEA说,可能多达一半的熟料水泥可以取代其他材料,从原料石灰石从电厂粉煤灰,废弃轮胎,和国内拒绝。
更彻底,德国的研究人员上个月发表的研究建议至少一半的石灰岩窑可以被alumina-rich取代粘土,称为Balterra粘土,通常覆盖铝土矿的地质储量,铝的原料。在德国的赫伯特Pollmann Martin-Luther-University说这硫铝酸钙水泥既避免了燃烧的二氧化碳排放量削减碳酸钙和点火温度从1450度到1250度C。“我们的方法不仅在化学转化释放更少的二氧化碳,而且加热旋转窑时,“Pollmann说,可能减少碳排放总量三分之二。
20年前发明的另一个潜在的解决方案,由澳大利亚工业化学家约翰·哈里森,取代石灰石与类似的岩石,碳酸镁,通常称为镁,发现矿物磁铁矿和混合物等碳酸钙的岩石被称为白云石,烤在更低的温度下,大约650摄氏度,因此只需要一半的能源。但哈里森说碳酸镁最大的好处是导致混凝土吸收大气中的二氧化碳的能力在使用。
这种“碳化”进行,只要材料暴露在空气中,可能重新夺回时释放所有的二氧化碳。因此,他说,结构由他“eco-cement”行为,而像一棵树——不断吸收二氧化碳。
普通水泥也碳酸盐,但哈里森说,他的版本持续更长时间。这个论点是五年前当一个挑战研究建议碳化的常规水泥通常大于意识到。注意气候科学家,研究发现,“现有水泥股每年全球大气中的二氧化碳吸收大约十亿吨。”
不过,伦敦的矿产协会的迈克尔·泰勒相信哈里森的发明有潜在价值。其主要的问题,他认为,水泥行业的臭名昭著的保守主义。新配方是高初始成本,并提供成品的耐久性可能会花上几十年。“创新者…体验这种保守主义是一个相当大的障碍,并可能相信它已简单地阻挠他们的目标,“泰勒说。
这是一个熟悉的问题。但是,如同钢铁和氨,政治压力对于环保的过程可以改变这种状况。
