未來能源，二氧化碳也“帶電”

未來能源，什么最值得人類考慮和發(fā)展？

第二次工業(yè)革命之后，世界能源需求急劇上升。全球能源發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查顯示，近20年來世界能源總體上形成了煤炭、石油、天然氣三分天下，清潔能源快速發(fā)展的新格局。在世界經(jīng)濟(jì)迅速增長的時(shí)代，全球能源資源被迅速消耗。作為新能源代表的太陽能、風(fēng)能、水能和核能等，由于受到季節(jié)光照時(shí)長不一、地理位置要求高、容易造成核污染等原因，并未被實(shí)施最廣泛的應(yīng)用。由此可見，發(fā)展一種新的清潔能源迫在眉睫。同時(shí)，由于化石燃料的大量燃燒，大量的二氧化碳被排放到大氣環(huán)境中，造成了溫室效應(yīng)等嚴(yán)重問題。因此，研發(fā)能夠有效地將二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他更具價(jià)值的物質(zhì)的方法，成為當(dāng)下學(xué)界研究的重中之重。然而，是否有一種方法或裝置能夠在減少二氧化碳的同時(shí)，作為一種新能源的替代品為人類的生產(chǎn)生活提供能源呢？

2022年6月，意大利Energy Dome公司宣布在撒丁島建造了一種能夠利用二氧化碳進(jìn)行閉環(huán)充放電的新型電池設(shè)施。這一裝置可以實(shí)現(xiàn)在電力需求低時(shí)（如深夜等）將剩余電量儲(chǔ)存在電容器中，并在用電高峰時(shí)釋放電力的供電機(jī)制。現(xiàn)在，讓我們一起走近這個(gè)“二氧化碳電池”，看看它是如何工作的。

裝置的右側(cè)是一個(gè)大型半球形裝置，用于儲(chǔ)存氣態(tài)的二氧化碳。用電低谷時(shí)剩余的電能可以調(diào)整裝置內(nèi)的壓力大小，從而將二氧化碳從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)并儲(chǔ)存起來。而當(dāng)需要電力時(shí)，裝置將液態(tài)的二氧化碳加熱到沸騰以生成氣態(tài)的二氧化碳，從而驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。根據(jù)固液氣相互轉(zhuǎn)化規(guī)律，氣態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)化為液體時(shí)會(huì)放出大量的熱能。液化氣體所產(chǎn)生的熱量可以通過熱能回收裝置回收，并再次用于液態(tài)二氧化碳的氣化、儲(chǔ)存及使用。此外，作為一種閉環(huán)機(jī)制，它能夠讓最初進(jìn)入系統(tǒng)的二氧化碳進(jìn)行循環(huán)轉(zhuǎn)化，而不再釋放到大氣中，避免大氣環(huán)境被再污染。

在當(dāng)前幾種二氧化碳回收利用的捕集方法中，CCUS是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到世界各國的高度重視，在CO2驅(qū)油等方面取得進(jìn)展，但想形成產(chǎn)業(yè)化還存在困難。如果能直接使用空氣，將大幅改進(jìn)該裝置的效率，豐富應(yīng)用場景。但由于該方法儲(chǔ)能原理特殊，如果將空氣液化，那么其-190℃的極低溫度必然會(huì)使儲(chǔ)存條件變得更加嚴(yán)苛，并且之后的汽化環(huán)節(jié)會(huì)受到相應(yīng)的限制。同時(shí)，選擇二氧化碳電池還能夠避免使用鋰等稀有金屬，從而避免如鋰電池等帶來的重金屬污染問題。

這種新型的“二氧化碳電池”僅僅是邁向再生能源世界大門的第一步。近期的研究中，我國科學(xué)家已經(jīng)能夠成功地將二氧化碳轉(zhuǎn)化為石油、葡萄糖等產(chǎn)物，再將這些產(chǎn)品用于日常的生產(chǎn)生活，為未來綠色生活奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。新的技術(shù)需要一代又一代科學(xué)家的辛勤耕耘，而一代又一代心懷低碳可持續(xù)夢(mèng)想的青年將在今天堅(jiān)定向前，為世界低碳助力！

張育新（1978—），男，漢族單 位：重慶大學(xué)職務(wù)職稱：重慶大學(xué)研究生院副院長，教授研究方向：硅藻新材料的制備與應(yīng)用

王燦（2003—），男，漢族單 位：重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究方向：材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)與創(chuàng)新思維方法

張翔（1987—），男，漢族單 位：重慶大學(xué)職務(wù)職稱：重慶大學(xué)本科生院學(xué)生創(chuàng)新管理辦公室主任，助理研究員研究方向：科學(xué)傳播及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育