將捕獲的碳轉(zhuǎn)化為天然氣可以提供具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的儲(chǔ)能

太陽能和風(fēng)能變化很大，具體取決于設(shè)施的日期、天氣和位置。有時(shí)，它們可以產(chǎn)生比需要更多的電力，但在需求達(dá)到高峰時(shí)，它們也可能達(dá)不到要求。不幸的是，這些來源產(chǎn)生的任何額外能量經(jīng)常被浪費(fèi)，因?yàn)楹苌儆蟹椒梢猿浞珠L(zhǎng)期儲(chǔ)存它。為了改善美國(guó)的能源安全，美國(guó)既需要能源，也需要新穎的能源儲(chǔ)存和分配方式。

在發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告可持續(xù)性》上的一項(xiàng)新研究中，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 （LLNL） 的研究人員探索了如何使用活性二氧化碳捕獲和轉(zhuǎn)化 （RCC） 工藝來生產(chǎn)合成可再生天然氣——一種化學(xué)形式的長(zhǎng)期儲(chǔ)能。

“RCC 不是從地下采購(gòu)碳，而是能夠?qū)⒌厣咸甲鳛橘Y源，”LLNL 科學(xué)家兼主要作者 Alvina Aui 說。“合成可再生天然氣作為儲(chǔ)能選項(xiàng)時(shí)，可以減少由風(fēng)能和太陽能等能源的間歇性引起的電網(wǎng)不穩(wěn)定。”

擬議的 RCC 工藝使用雙功能材料將碳捕獲和轉(zhuǎn)化集成到一個(gè)平臺(tái)中。這樣，它就不需要傳統(tǒng)的中間步驟——能源密集型二氧化碳凈化。

“這種雙重功能材料的特殊之處在于它包含執(zhí)行二氧化碳捕獲和轉(zhuǎn)化所需的化學(xué)成分，”該項(xiàng)目的通訊作者兼首席研究員 LLNL 科學(xué)家 Simon Pang 說。“二氧化碳被捕獲在材料中，然后在釋放之前進(jìn)行轉(zhuǎn)化。這與單獨(dú)的傳統(tǒng)工藝不同，在傳統(tǒng)工藝中，您將使用兩種具有單一功能的不同材料。

在該過程的第二個(gè)轉(zhuǎn)換階段，多余的太陽能和風(fēng)能開始發(fā)揮作用。來自這些來源的電力可用于將水分解成氫氣和氧氣。捕獲的二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲烷，甲烷是合成天然氣的主要成分。這種甲烷可以以與傳統(tǒng)天然氣相同的方式和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行儲(chǔ)存、分配和使用。

本出版物評(píng)估了 RCC 工藝的經(jīng)濟(jì)可行性，并提供了雙功能材料需要滿足的重要性能目標(biāo)才能具有競(jìng)爭(zhēng)力。它還提出了降低成本和提高流程效率的方法。

“我們與實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)密切合作，詳細(xì)了解潛在的化學(xué)成分和材料行為，以便進(jìn)行建模，”Aui 說。“我們的綜合方法使我們能夠?qū)?RCC 的潛力和局限性進(jìn)行現(xiàn)實(shí)且公正的評(píng)估。”

在許多情況下，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn) RCC 工藝比其他公用事業(yè)規(guī)模的長(zhǎng)期儲(chǔ)能解決方案更便宜，而且它是便攜式和可調(diào)度的，因?yàn)樘烊粴猱a(chǎn)品可以通過現(xiàn)有管道輕松運(yùn)輸。

與此同時(shí)，LLNL 的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)正在努力開發(fā)這種雙功能材料，在實(shí)驗(yàn)室中執(zhí)行擬議的 RCC 工藝，并與行業(yè)合作以擴(kuò)大該技術(shù)的規(guī)模。