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怎样看待二氧化碳制汽油的研究成果 精选

已有 7244 次阅读 2022-3-13 08:24 |个人分类:科教与社会|系统分类:科普集锦

怎样看待二氧化碳制汽油的研究成果

这些天,二氧化碳制汽油的新闻被许多媒体报道。如

“一个重大进展,刚被对外通报:二氧化碳制汽油科研项目,成功了!不但成功,而且商业化在即。

“为什么算是重大进展?跟汽车燃油补能直接相关,影响的是国计民生。远的不说,就在最近短短几天,油价都已突破天际,最高的海南地区,92号汽油甚至高达9.16元/升。”

“地球有救了?科学家发明出一种催化剂,二氧化碳变汽油效率提升”

“二氧化碳人工合成汽油!真正的“碳中和”!网友:梦想成真”

这些说法是不是有道理呢?

我们先要弄清楚什么是二氧化碳制汽油。

众所周知,汽油是目前最重要的能源之一。汽油燃烧,放出大量的热能供人们使用。用化学的语言可以这样说:汽油是碳氢化合物,即由碳元素与氢元素组成的化合物,它在空气中燃烧就是与氧气起化学反应。以辛烷C8H18作为汽油的代表,它的燃烧可以写为如下方程:

C8H18 + (25/2)O2 = 8CO2 + 9H2O

它燃烧过程的能量变化可以分成三个部分:A1. 把碳氢化合物中的碳氢键扯断,这是一个需要能量的过程;A2. 碳元素与氧元素结合生成二氧化碳,放出能量;A3.氢元素与氧元素结合生成水,放出能量。由于A3和A2放出的能量远远大于A1所需要的能量,所以,这个反应是能够放出大量能量而被人们使用的重要反应。由于人们大量使用汽油一类的化石燃料,生成的二氧化碳加剧了地球的温室效应。

什么是二氧化碳制汽油?

由于汽油是碳氢化合物,以二氧化碳制汽油,在二氧化碳中有了碳,还缺乏氢元素,所以反应物就需要氢气。无论用什么催化剂,无论经历多么复杂的中间过程,总的化学反应可以用下面的方程式表示:

8CO2 + 9H2 = C8H18 + 8O2

它的能量变化可以归结为以下部分:B1. 把二氧化碳分成碳元素与氧元素。这个反应就是前面A2反应的逆反应,这个反应需要的能量与A2反应所放出的能量等值。B2. 碳元素与氢元素结合成键放出能量。这个反应是上面所说A1反应的逆反应,它放出的能量与A1反应吸收的能量等值。

显然,把二氧化碳加氢制成汽油的目的是要做燃料的。如果把二氧化碳制成汽油然后燃烧,那么,结果就是把上面所说的两个方程相加,消去等号两边相同的项,得到:

9H2 + (9/2)O2 = 9H2O
 H2 + (1/2)O2 = H2O

也就是说,把二氧化碳加氢气制成汽油,然后再燃烧,从物质的消耗与生成上来说,等于燃烧氢气生成水。

大气中的二氧化碳,一点都没有减少。转了这么多弯,实际上就等于烧氢气,那就不如直接烧氢气了。花费这么多额外的能量,只能增加大气中的二氧化碳。所谓地球有救了,所谓碳中和,与此都没有关系。

在用二氧化碳制造汽油的这个过程中,是需要耗费许多能量的。

首先,二氧化碳的收集和提纯就需要能量。

其次,经过许多中间步骤,这么多设备的运行也需要能量。

更重要的是氢气的制备也需要大量的能量。如果利用化石原料如用水煤气方式制氢,最终将生成大量二氧化碳,这就完全失去了用二氧化碳制汽油的全部意义。如果用电解水制氢,那就需要大量的电能。一般地说,其成本将比从石油制取的汽油要昂贵得多。

对此,媒体报道承认:“这种方法仍然要消耗能源,现阶段成本也很高……研究团队也承认,制备的确需要特殊的催化剂,以及消耗大量的能量,甚至耗能可能比制备出的能量还要多。”

这里所说的“耗能可能比制备出的能量还要多”,估计是媒体记者的误解,因为这里决不是“可能”而是“必定”,研究团队的人员不可能如此低能。把二氧化碳和氢气制成汽油,然后燃烧,得到二氧化碳和水,在这个过程中,除去氢气燃烧得到的能量之外,不产生任何能量。也就是说,除了氢气燃烧得到的能量外,它“制备”出来的能量是零,而在制备过程中耗费的任何能量都比零大。这都是一些常识。所以,这句话应当是媒体人的错误理解,我们的媒体人缺乏科学知识,往往容易弄错。如果确实系研究团队人员所说,那也是口误,否则就太低能了。

由于需要耗费大量的能量,又要耗费催化剂(学校的教科书中说,化学反应中催化剂是没有变化的,那是理论上的说法,实际生产中催化剂是有消耗的,有时候费用还很高),所以用二氧化碳制汽油的成本不会低。想依靠二氧化碳制汽油来降低汽油价格至少在现阶段是不可能的事情。

既然用二氧化碳制备汽油既不可能减少大气中的二氧化碳,又不可能在价格上取代从石油中获得的汽油,这样做的意义何在?是不是没有任何意义的事情呢?

不是的。

上面已经说到,用二氧化碳制备汽油,其燃烧的化学反应相当于只是氢气的燃烧,当然,这个过程耗费了大量的能量。那么,把氢气直接作燃料,或者索性用电能,就没有什么问题吗?也有问题。

比如,氢气的储存和供应,都不如汽油方便。电能也是如此。所以,在电力非常充分的情况下,把电解水制造的氢气制成汽油,就可以比较方便地实现能源的储存、运输和供应。

电动汽车有一个难题,就是电池。像铅蓄电池、锂电池等电池都有一个不好办的问题,就是单一电池的电动势不可能大,这是电池的电极电位所决定的,人们不可能改变物质的化学性质,所以,实用的电池都是由许许多多电池串并联起来的电池组。电池多了,安全方面的风险也必定大。一旦有一块电池出问题,比如燃烧起火,就可能会引起整个电池组的灾难。

相对来说,用汽油做燃料的内燃机车就比较安全和方便。所以,在电力充分的条件下,如果能够把氢气和二氧化碳转化为汽油,也不失为一种可以考虑的方法。当然,其条件是电力必须非常充足,比如有安全而且充足的核电,而将来核聚变的实现就能够提供这样的条件。

虽然目前不具备这样的条件,但是将来有可能实现,因此,在目前的情况下,我们应当进行各种试验,为将来的应用作准备。作为一种技术的储备,还是必要的。我认为,这才是由二氧化碳加氢制备汽油这项研究的意义。

我们在作科普或者介绍科研成果的时候,应当把一些问题说得清楚些。首先要使得那些媒体人能够搞清楚,不可以夸大其词,不应当模棱两可,以使一般人引起误会,这是一件很值得注意的事情。不然,经过媒体人这个“二传手”那么传一下,就会弄得面目全非。就像本文一开始所说的,以为二氧化碳制汽油很快可以取代如今9.26元/升的汽油或者能够制止地球温室效应的加剧,那就太糟糕了。







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