关于二氧化碳 (CO2) 捕获和利用的一个有趣观点是,社会不一定需要脱碳才能实现可持续发展,而是要部署更多可再生来源的碳或去化石化。我们的想法不是无限期地储存捕获的 CO2,而是循环使用它来为我们的经济提供能量密集、可再生、含碳的燃料。
可再生醚(或 XME)等合成燃料可能是答案。其中一组特别被称为甲醛醚的化学品最近受到关注,因为它们在燃烧时不会释放烟尘或碳氢化合物,并且有可能在循环碳经济中发挥重要作用。XME 是一种化学产品,其特征在于重复的 [–CH2–O–] 结构,随着链的变长,该结构包含越来越多的碳、氢和氧原子。这里要注意的重要一点是,这些分子的碳和氧成分可从 CO2以它们的前体甲醇和甲醛的形式衍生,从 CO2捕获和利用的角度来看,它们很有趣。
一种被称为二甲醚(DME,n = 0)的短链 XME 已发现应用于气溶胶喷雾推进剂、烹饪燃料、制冷剂、杀虫剂、溶剂、作为化学中间体、氢载体,以及用于工业发电,后者这可能是降低为我们的经济提供动力的电网碳强度的关键。与甲醛醚一样,二甲醚也是一种有前景的可再生运输燃料,因为与化石柴油相比,它燃烧更清洁、更可生物降解,并且在体积当量能量方面是可以接受的。DME 和 OME 都可用于柴油发动机,使其适用于重型、长途运输,在这种情况下,碳基燃料的其他替代品(如电池)变得繁重重量、充电时间和充电基础设施。制造长链 XME 的主要驱动力是它们的特性允许它们在环境条件下以液体形式存在(DME 在环境条件下是气体),并且比短链具有更好的燃料特性。
总部位于加利福尼亚的 Oberon Fuels 等公司在合成燃料的部署方面取得了进展,并且最近宣布扩大可再生二甲醚 (rDME) 的商业生产,这些生产来自废甲醇、来自乳制品废物的沼气、食品和农业废物,从而导致超低碳燃料。除了用于燃料的 rDME 之外,他们的模块化生产方法为工具箱(如太阳能光伏)增加了另一种技术,可以提供清洁、分散的工业发电。
由于液化石油气(例如的相容性,烧烤燃料)与rDME,Oberon的战略投资者郊区丙烷正在探索提供一个途径rDME /丙烷混合物降低其产品的基于化石的碳足迹。Oberon 还与加拿大福特、沃尔沃卡车和 Mack Trucks 合作开发了运行 rDME 的车辆,这些车辆在燃料成分材料、燃料添加剂、发动机正时和排放控制等方面都进行了修改。
这些行业合作伙伴希望通过减少碳足迹排放和改善空气质量来重新构想交通运输行业,同时为当地社区创造就业机会。德国NAMOSYN等其他公司也在与 39 家研究和工业合作伙伴一起探索基于 XME 的燃料,包括顶级汽车制造商(奥迪、宝马和三菱)、化学制造商(巴斯夫和 BP)以及工程公司(博世),并且迄今为止已承诺~ 2400 万欧元用于该项目。
鉴于目前的投资水平和工业兴趣,到 2025 年,rDME 燃料市场预计将达到约 100 亿美元.但为了进一步实现市场渗透,短链同源物的高通量气相合成将是重要的。降低放热二甲醚合成步骤的温度将使研究人员能够探索气相合成技术,过去的研究工作通常集中在更好地缓冲温度的低通量液相技术上。在低温下使用光辅助可以帮助加快生产速度,而无需加热。一项关键的气相技术是流化床反应器,可用于进行化学反应并结合良好的热管理和光。在一步 DME 合成中最大限度地引入CO2 的周到工程也是一个正在进行的研究课题,以改善净负 CO2排放。
XME 正在达到新的生产里程碑。然而,需要更高通量的生产途径来制造短链二甲醚,需要更强大的方法来制造长链 XME 与其他潜在技术(如电池、直接氢和其他含氧燃料(如甲醇)竞争)。
行业合作伙伴关系将是实现将这些新燃料整合到其现有产品和基础设施中的研发的关键。