移动碳捕获技术

交通运输技术

沙特阿美致力于降低内燃机对环境的影响。

  • 未来,沙特阿美技术有望为每个人提供低碳交通方式
  • 沙特阿美从2010年起启动移动碳捕获技术的研究
  • 从源头捕获可以杜绝将二氧化碳排放到空气中
  • 这一技术已经在乘用车和皮卡上试验成功,现在正在卡车上展开验证;下一步公司将重点关注海上运输

140多年来,内燃机一直是地球的脉动力,驱动乘用车、卡车、轮船、飞机和火车,将数十亿人口、各种货物和原材料运送到世界各地。随着越来越多的国家正在脱离贫困,同时消耗更多能源,内燃机将仍然是主流趋势。

按照目前的预测,到2040年,使用内燃机驱动的汽车数量将达到17亿辆。这显然将给全球自然资源和环境带来巨大的挑战,特别是二氧化碳排放和即将到来的碳中和目标。

那么,如何以合理的成本开发切实可行的减排方案,同时还能最低程度影响车辆性能呢?

 

 


高效发动机只是开始

提高车辆的效率有多种方法。

提高车辆效率可以通过减轻车重、改善车辆空气动力(减少阻力)、降低发动机摩擦等等方式。每一种方法都能带来改善,但沙特阿美的宏伟目标是在二氧化碳减排方面取得更大的飞跃。


创意的诞生

一段时间以来,在诸如发电厂这样的工业环境中已经出现了二氧化碳源头捕获技术。然而,在移动中捕获碳还面临一系列复杂的挑战,比如存储容器密封性、车辆空间限制,以及对外部影响因素(如车辆运动过程中气流不稳定)的处理。

另一个复杂因素是从尾气中分离出二氧化碳所需的额外能量从哪里来。特别是如果因此导致油耗上升,不仅使油费增多,反而还会增加二氧化碳排放。


一个致力于再利用现有“废弃”能源的解决方案

发动机的热效率通常在25-40%之间,其余的热量通过散热器和废气流失。沙特阿美的突破性成果是开发了一种能量回收系统,能将浪费的热量转化为能量,为捕获二氧化碳和压缩机提供动力。

这种碳捕获系统的工作原理是通过将废气与溶剂接触来捕获二氧化碳,排出氮气、水蒸气和残余二氧化碳,然后将捕获的二氧化碳压缩,将其安全地储存在车上的容器中。

 


“4R”方案

四个“R”的第一个R指的是从大气中去除(removing)二氧化碳,其余三个“R”分别是减少(Reducing)、再利用(Reusing)和再循环(Recycling)。从大气中去除二氧化碳有助于恢复人类与地球的平衡,是碳循环经济的组成部分。

一旦二氧化碳被捕获,需确保它能安全地将其装载并通过卡车或管道进行运输。根据各地的具体情况,可以将二氧化碳注入地下进行封存,或者用于多种商业或工业用途。

例如,沙特阿美开发的Converge®创新型技术可以将二氧化碳转化成高价值的聚合物,如粘合剂、涂料、弹性体和密封剂。沙特阿美还开发了创新方法,使用可再生能源将二氧化碳转化为燃料,甚至用它来固化混凝土。

 

开发可行性原型

沙特阿美从2010年开始探索各种捕获二氧化碳的方法,包括溶剂吸收、固体吸附,低温蒸馏、膜分离和富氧燃烧。对于可行性原型,沙特阿美决定使用固体吸附剂。这种原型在体积和灵活性上还有一些不足,经过一年的研发和改良,沙特阿美在2011年成功将碳捕获系统集成到一辆福特F-250皮卡上,实现了10%的二氧化碳排放捕获。

原型样机的成功证明了公司的技术直觉,现在的挑战是如何使捕获系统变得更小更高效。

 


下一阶段:移动碳捕获技术在乘用车上的应用


小引擎比大引擎效率更低,这一点或许有违直觉。这是因为小引擎浪费了更多的热量,这也意味着,小引擎上有更多的能量可以用于捕获和压缩二氧化碳。

2013年,沙特阿美改用液体溶剂(碳酸钾溶液)将整个系统缩小到原来尺寸的1/8,并将其大部分集成在丰田凯美瑞的底盘下面。结果捕获的性能提升了三倍。在汽车行驶过程中,二氧化碳排放的捕获率为30%。

移动碳捕获技术在重卡上的应用


沙特阿美还意识到移动碳捕获技术在货运行业的应用潜力,特别是由于卡车在行程结束通常会返回仓库,使得卸下车辆储存的二氧化碳更加方便。

因此,在2019年,沙特阿美开始将这一技术集成到一辆沃尔沃8级重卡上,原理与乘用车原型相同,但在驾驶室和拖车之间集成了一个更大的系统。沙特阿美开发了一种基于氨基酸的新型溶剂系统,并利用涡轮复合技术回收发动机的能量。本次实验获得了迄今为止最好的效果,卡车尾气中二氧化碳的捕获率达到了40%。

 


重塑货运业

目前,超过三分之一的交通运输二氧化碳排放来自公路货运。

想象一下,如果世界上每一辆重型卡车上都有沙特阿美开发的移动碳捕获技术,那么二氧化碳排放量每年可以减少7.08亿吨,相当于每年新种植1200亿棵树。

 


未来目标---海上碳捕获

海洋运输的二氧化碳排放量约占全球碳排放总量的2.1%。虽然船只比汽车多消耗成千上万吨燃料,但碳捕获技术背后的科学原理是一样的,只是有规模大小的不同。

国际海事组织(IMO)的目标是,到2050年,将温室气体排放量至少降低至2008年排放量50%的水平。沙特阿美已经开始与行业伙伴合作,探索如何将这项新技术应用于大型船舶之上。