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二氧化碳的用途:二氧化碳可以做为能源加以利用吗?如何利用?

网友提问: 二氧化碳可以做为能源加以利用吗?如何利用? 优质回答: 二氧化碳是主要的温室气体,同时也是一种取之…

网友提问:

二氧化碳可以做为能源加以利用吗?如何利用?

优质回答:

二氧化碳是主要的温室气体,同时也是一种取之不尽、用之不竭的廉价碳氧资源。减少二氧化碳排放甚至降低其在大气中的浓度已成为各国共同面对的重大挑战。利用二氧化碳合成大宗基础化学品、燃料和高分子材料,将帮助人类摆脱因过量使用化石能源所造成的能源、资源和环境的三重困境,这一领域也因此成为科学界和产业界共同关注的焦点。

二氧化碳的化学利用是将二氧化碳转化为大宗基础化学品、有机燃料或者直接固定为高分子材料。目前已经实现工业化的二氧化碳化学利用项目包括合成尿素、水杨酸、有机碳酸酯、无机碳酸盐等。二氧化碳作为能源利用,只是其利用的一小部分。

二氧化碳转化成能源使用,在当前的社会发展中是一个最新的话题.将二氧化碳转化成可用能源,这不仅是对环境保护,而且对现有的能源储存不足有缓解之功效.我国煤碳消耗量每年达23亿吨之多,燃煤所排放的二氧化碳废气近40亿吨.采用技术转化后,二氧化碳可利用率地45%~65%左右.最为关键的是二氧化碳不再污染大气层。

二氧化碳作为碳氧资源的规模化利用正处于起步阶段,其障碍主要在于二氧化碳是碳的最稳定氧化态,处于较低能级,热力学上稳定,需提供较高能量才能使其活化。

1、二气化碳制一氧化碳

对二氧化碳转化的技术是先将其活化,然后再经分离等步骤去实施.所生成物主要有一氧化碳与氧等多种混合气体,经筛选后再送入燃烧炉内助燃.一氧化碳与氧的热值也很高,利用价值前景很大.一氧化碳目前的应用是比较广,最为突出的是体现在生活方面.秸秆气化炉就是将其转化成一氧化碳以充当液化气使用;经该炉所转化出的可燃气体的热值比天然气的热值要低一些,能作为补充燃料使用.还有一种生产一氧化碳方法,采用煤气化床在碳燃烧时把氧与水蒸汽的混合气体压入气化床内,所化合出的气体主要是氢与一氧化碳等混合气体.它的质量标准相对来说比发生炉产生的气体质量要高得多.现在,已采用一氧化碳与水蒸汽反应,再经催化剂来治取氢.

2、二氧化碳制甲烷和其他低碳烷烃

二氧化碳还可以被加氢还原为甲烷和其他低碳烷烃。二氧化碳与甲烷重整制取合成气,随后再合成有机化学品和有机燃料,在化学工业、环境、能源等许多方面有重要价值。甲烷由于在世界范围内在储量以及相对于煤在经济环保上的优势,有可能成为石油时代后能源与化工原料的主要来源。甲烷的转化需要氧参与,二氧化碳的转化则需要耗氢,两者的结合不仅是氧化反应和还原反应的结合,同时还解决了二氧化碳循环利用中的氢源问题。甲烷通过与二氧化碳反应转化为合成气,再通过费-托合成转化为烃或含氧化合物。虽然甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应已经取得了很大进展,但是反应效率、反应机理、积炭等问题还有待深入研究。

3、二气化碳制甲醇

二氧化碳催化氢化制备甲醇已被国内外广泛研究,催化剂是推进该反应进一步发展的关键。目前主要的催化体系包括铜基催化剂和以贵金属为主要活性组分的负载型催化剂。新加坡研究人员已成功开发出在室温下将二氧化碳转化为甲醇的工艺,日本三井化学公司2008年投资1360万美元建设了二氧化碳转化为甲醇的示范装置,并于2009年3月投产,该装置设计年产甲醇100吨。

4 、二氧化碳制二甲醚

采用二氧化碳加氢一步法合成二甲醚,不但打破了二氧化碳加氢制甲醇的热力学平衡,使二氧化碳转化率明显提高,而且抑制了水汽转换逆反应的进行,提高了二甲醚的选择性。此外,通过二氧化碳加氢还可以合成乙醇,但是反应生成乙醇的选择性较低,不足40%。

在催化剂作用下二氧化碳还可加氢还原成甲酸。甲酸是一种基本化工原料,并有望用作储氢材料,制备低温燃料电池。目前,科学界利用生物酶催化将二氧化碳还原成甲酸已经取得了一定进展,能够在非常温和的条件下(低温低压)将二氧化碳还原成甲酸,并且具有较高的产率和选择性。

上述二氧化碳催化加氢反应的转化率和收率普遍不高,许多二氧化碳催化加氢转化工艺过程仍存在用能过大的问题,经常需要很高的压力和温度,因此与现有的化学品或燃料相比,存在明显的经济竞争力低下的问题。此外,对于二氧化碳多相催化加氢反应,大量廉价氢的供给是必须的,如从二氧化碳与由水电解产生的氢气合成甲醇,其中氢气的费用约占80%。

目前氢气主要是从煤气化和甲烷的催化热裂转化而来,尚不能满足大规模应用的需要。理想的制备氢气的方法是通过可再生的能源,比如太阳能、风能和原子能电解水来实现。这样二氧化碳转化为燃料的过程实际上可以看作能量的储存过程,将不宜使用、难以储存的太阳能、风能、氢能等转化为便于储存运输的低碳烷烃。这个过程可以实现二氧化碳“零排放”的目标,从而减轻当前化石燃料过度使用引起的一系列问题。

据报道,中科院研究技术研发有了突破的进展,通过由金属钯、锡组成的Pd-Sn合金催化剂。通过施加电压便可以将二氧化碳转化为甲醇和乙醇,转化率高达99%,转化过程的环境极其温和,只需要常电和常温便可以发成电解反应。

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二氧化碳是一种主要的温室气体,也是储量丰富、安全的可再生碳一资源,通过化学转化反应可实现对二氧化碳的资源化利用,将二氧化碳“变废为宝,高值利用”,不仅可以固定二氧化碳,还可以获得高附加值的能源、材料及化工产品,随着生态环境急剧恶化及资源短缺日趋严重,利用资源、保护环境、发展绿色化学已是大势所趋。

截至日前,二氧化碳在化学、化工产品中被用于制备高附加值化学品,如在有机合成中,它可以作为羰基化、羰化试剂等来制备多种精细化学品、燃料和基础材料。通过固定二氧化碳实现工业化生产的化学品有尿素、碳酸酯、聚碳酸酯、甲醇、羰酸酯、氨基甲酸酯和水杨酸等。用二氧化碳来制备精细化学品有很多优势,如:储存、运输以及使用相对安全,使用成本低,应用领域广等。

值得注意的是,虽然二氧化碳在资源化利用方面已经取得了一些成绩,但整体而言要实现规模产业化还存在不少困难。如,转化利用面临氢源、能源、成本以及高压反应条件等挑战,这还有赖于技术的发展与进步。

其他网友回答

诚谢邀请。

首先,二氧化碳不能转化为能源,但可以转化为能源物质。

二氧化碳可以与其他化学物质反应生成其他的能源物质,但是这个过程说需要吸收能量 的。

所有的化学反应都会消耗原有的物质产生新的物质。消耗旧的物质就需要能量破除原子间的化学键,而原子间的化学键断裂后原子相互组合成新的分子形成新的化学键。新的化学键形成的过程中又会释放能量。举个例子,甲烷(CH4)燃烧生成二氧化碳和水:

CH4+2O2=CO2+2H2O

这个反应中,每一个甲烷分子与两个氧气分子,燃烧生成一个二氧化碳分子和2个水分子。断裂了4个碳氢键和两个氧分子键,生成了2个碳氧键和4个氢氧键,断开化学键所吸收的能量低于形成化学键所释放的能量,所以该反应就是个放热反应。

对于同一化学键而言,其断开所需的能量和形成所释放的能量是相同的。那么二氧化碳既然生成的时候是放热,那么断开的时候就要吸热,其不能作为能源。

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