哥大終身教授陳曦:碳捕集技術具有重大戰略意義_風聞
观学院-观学院官方账号-微信ID:Guanschool-微博:观学院-2020-10-27 18:52
全世界主要的公司都在佈局柔性電子、可穿戴電子設備。柔性電子的大規模爆發的時期已經快要到來了。目前手機裏的電池不能變形,所以才會有摺疊手機這樣過渡態的產品設計。如果電池能夠隨意變形,設計出柔性電子設備、可穿戴設備不再是夢想。
全世界主要的公司都在佈局柔性電子、可穿戴電子設備。柔性電子的大規模爆發的時期已經快要到來了。目前手機裏的電池不能變形,所以才會有摺疊手機這樣過渡態的產品設計。如果電池能夠隨意變形,設計出柔性電子設備、可穿戴設備不再是夢想。
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聯合國定義人類面臨的四大核心挑戰:氣候、能源、食物和水。
化石能源佔能源的絕對主導地位,其對環境的影響,讓我們不得不關注碳循環。碳循環包括化石能源的開採、加工、儲存、利用、排放、回收和再生。地球上千百年來有自然的生物碳、海洋碳,使得地球當中的大氣碳,一直是在一個穩定的範圍內波動。但百餘年來工業化,多了很多排放源,使得大氣中的二氧化碳含量快速上升,已經到了影響氣候的地步。
甚至因為二氧化碳是酸性氣體,使得海洋酸化。
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中國作為大國,力爭2060年實現碳中和。
當然,碳排放是由工程化進程造成的,解鈴還須繫鈴人。我們需要想的是,**如何用工程化手段來掌控和駕馭碳循環,尤其是如何把碳排放進行回收,再利用。**因此我們有必要構建新的工業體系,包括碳捕集、碳利用的相關產業鏈,將二氧化碳能夠以各種方式捕集下來,將它們通過生態利用、化工利用等,變廢為寶。
工業化生活多了太多碳排放源,汽車、飛機的碳排放,大概佔全部碳排放的一半左右。要實現碳中和這樣一個偉大的目標,唯有從空氣當中大規模捕集二氧化碳,這也是國際能源署認可的唯一途徑。
直接捕集二氧化碳,使得大氣當中二氧化碳含量能夠實質性下降,形成負排放。如果我們能夠把二氧化碳加以利用,把它合成為燃料、生物質,那麼我們將形成一系列新的產業鏈。碳捕集方可以擁有碳,並且能夠建設碳銀行,盤活碳經濟、碳交易。
二氧化碳是酸性氣體,用鹼溶液或者氨溶液,都可以進行捕集。技術難點在於要把二氧化碳釋放出來,吸附劑再生,又需要很多能耗,以及新一輪的碳排放。
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這裏關鍵性的問題,就是抗凝反應。
如果把化學反應約束在納米環境裏,通過改變納米環境裏的水分子個數,調節乾濕度,可以使得化學反應正向或逆向進行。納米材料可以在乾燥的時候,直接從空氣當中吸附二氧化碳,在濕熱的時候,可以把二氧化碳釋放出來。
這是納米材料的約束性。我們研究開發過石墨烯,過去對石墨烯,這種納米材料,過於追求它高精尖性能,結果帶來了產量不確定,質量不確定,成本過高等一系列問題,技術難以轉化。
如今都可以用材料結構,來予以避免。很多材料包括像活性炭、沸石等很便宜的材料,都可以在濕度變化的時候,直接吸附空氣中的二氧化碳。
那麼二氧化碳吸附劑,做成紙一樣、針一樣的形式。乾燥時候,從空氣當中吸二氧化碳,然後濕潤的時候,把二氧化碳放出來。它的成本遠低於任何集中空氣捕集技術,而且沒有運輸成本。而且還可以和二氧化碳轉化產業相結合,形成新的產業鏈。
比如,通過植物的光合作用,來做富碳農業;比如,進行礦山復綠。比如,把二氧化碳通過一些催化反應,還原回燃料。這是真正的碳閉環,形成分佈式產業鏈。
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碳循環本質是“碳”不同形態的轉換,但是隻有空氣中的“碳”是免費的。從戰略意義上來説,**誰掌握從空氣中直接捕集免費的二氧化碳,轉化為有價值的產品,農產品、燃料等,誰就能實現全球碳資源重新分配,**這對保障我國能源安全,無疑是非常重要的一環。
能源循環的另一個痛點,儲能,大規模儲能,像調節電網,是非常重要的。我們今天演講主要聚焦於“消費電子儲能”,手機屏已經越來越大。那麼未來的移動設備一定是柔性的,當前市面所出現的摺疊屏設備,註定只是一個過渡態產品。
全世界主要的公司,都在佈局柔性電子,以及可穿戴電子設備。柔性電子的大規模爆發的時期,已經快要到來了。現在我們的手機,移動終端裏的電池,不能變形,所以我們才會有摺疊手機,這樣的一個過渡態的產品設計。如果電池能夠隨意變形的話,那麼我們將可以設計出柔性電子設備,可穿戴設備。
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很多科學家在討論這個問題的時候,他們都想設計新材料,但是新材料,電化學體系有待長時間的驗證,**隨之而來的是成本問題、量產問題。**現在用新材料結構,來解決問題,把現有的鋰電池裏面的任何材料,不做任何改變,只是對裏面的材料結構做改變。
這個設想跳過了一系列新材料量產、驗證週期,專注於解決鋰電池的柔性變形能力。10萬次彎折電信容量,沒有衰減,對比其他所有的柔性電池的方案,我們的設計容量密度更大,彎曲次數更高,成本要更低。這個技術給柔性顯示設備、萬億級的柔性和可穿戴電子設備,未來的初步規劃奠定了一個基礎。
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總結一下,今天介紹了能源循環當中的幾個痛點,像儲能、能源的回收、再利用。很多人在用新材料解決問題的時候,**過度聚焦於對材料高精尖性能的執着追求,因此使得部分新材料量產和成本陷入困境。**我們把材料和微結構相結合,就可以繞開這些問題,開創新的賽道和產業鏈。
