煤炭与生物质混合发电将达到碳负能源效果

文章来源:今日头条双木小王子2019-04-18 22:03

如果我们将全球气温上升限制在工业前水平以上2度,如《巴黎气候协议》所述,这将远远超过向风能和太阳能等碳中性能源的过渡。它将需要负碳技术,包括能够降低大气中二氧化碳含量的能源。
 
尽管大多数气候研究人员和活动家都认为,要达到《巴黎协定》的目标,需要碳排放的负面解决方案,但到目前为止,这些解决方案中的大多数在短期内都被视为不切实际的,特别是对于像中国这样依赖煤炭的大国而言。
 
现在,来自哈佛约翰大学保尔森工程与应用科学学院和哈佛—中国能源、经济与环境项目的研究员,与北京清华大学和中国、澳大利亚和美国其他机构的同事合作,分析了中国向负碳发电迈进的技术和经济可行性。
 
这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。
 
哈佛大学的吉尔伯特·巴特勒环境研究教授、该论文的高级合著者迈克尔·麦克罗伊说:“这篇论文提出了一个大胆的建议,即中国不仅可以向负碳动力迈进,而且可以以经济竞争的方式实现这一目标。”
 
“我们所描述的系统不仅提供了一个碳负的替代能源,从长远来看,对于减少我国大气污染也带来了显著的短期共同利益。”清华大学环境学院副教授和论文的第一作者Xi Lu说。Lu曾经是海洋研究生和博士后。
 
McElroy、Lu和他们的同事提出的战略涉及两种形式的绿色能源:煤炭生物能源气化以及碳捕获与储存。
 
生物能源是负碳能源最重要的来源之一。
 
生物能源来自地球上最好的二氧化碳洗涤器——植物。正如我们大多数人在小学学到的,植物利用光合作用将二氧化碳转化为有机碳和氧气。储存在植物中的碳可以通过燃烧(如焚烧)、发酵(如生产乙醇)或气化(气化)过程转化为能量,气化过程将富含碳的物质转化为一氧化碳、氢气和二氧化碳,用于燃料和工业化学品。
 
将生物质转化为能源,然后捕获和储存废二氧化碳的过程是人们谈论最多的负碳发电策略之一。它被称为BECCS,一种具有碳捕获和储存功能的生物能源。问题是,在大多数应用中,BECCS的效率不高,因为需要大量的土地来种植发电所需要的植物,这可能会导致全球粮食和水资源短缺。
 
 
但是,如果有一种方法可以使这个过程更加实用和有效呢?
 
卢、麦克罗伊和他们的国际团队转向了一种不太可能的绿色能源解决方案:煤炭。
 
麦克罗伊说:“如果你只想用生物燃料来实现这一目标,那就不是很有效了。但是煤的加入提供了一种非常重要的能源。如果将生物燃料与煤结合,并使混合物气化,则在这一过程中基本上可以开发出纯氢源。”
 
 
通过模拟生物燃料与煤的不同比例,研究人员发现,只要混合物中至少有35%是生物量,并且捕获了废气碳,所产生的电力实际上会减少大气中的二氧化碳。在这个比率下,研究人员发现电力的平均化成本不会超过每千瓦时9.2美分。每吨约52美元的碳价格将使该系统的成本与中国目前的燃煤发电厂更加具有竞争力。
 
这一战略的一个关键组成部分是将农作物残渣——农田收割后的植物残渣——用作生物燃料。
 
季节性农业焚烧是中国空气污染的主要来源,农民们在收割后放火清理农田的残茬。收集这些残茬并将其用作生物燃料,不仅可以减少二氧化碳排放,而且可以显著改善该国的空气质量,气化还可以更容易地去除废气中的空气污染物。
 
 
研究人员承认,开发一个收集生物质并将其送至发电厂的系统需要时间,但他们认为该系统不需要一次全部实施。
 
哈佛中国项目执行主任、该研究的合著者克里斯·P·尼尔森说:“我们已经研究了煤与生物量比率的整个范围,证明了中国如何逐步向越来越负碳的能源转变。首先,少量的生物燃料可以用来减少净正碳排放。然后,该系统可以向碳中性发展,最终形成碳负系统。你不必从一开始就完成所有的事情。”
 
 
卢说:“这项研究为寻求在中国实施碳负能源机会的政策制定者提供了关键信息。”

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