“碳转化”作为支持的可持续化学:残余垃圾转化为合成燃料

迈耶教授正在开发新型气化反应器,可完全回收含碳垃圾,并生成合成气体。 © TU Bergakademie Freiberg/IEC

洛伊纳的工厂将成为化学回收的领头羊

化学行业亟需循环经济。德国垃圾场里,各种未回收利用的残余废物堆积如山。随着气候保护运动的蓬勃发展,这个问题备受争议并亟待解决。萨克森和萨安州科研人员计划建立一座工厂,让化学基地洛伊纳不久之后能够将垃圾转化为合成燃料。

通过环保的化学回收,我们能够清除“黄色垃圾箱”(塑料或金属包装垃圾)分拣后剩余的废弃物和“黑色垃圾箱”(不可回收垃圾)加工后的残余垃圾:这个想法乍听起来匪夷所思、不着边际,但伯恩德·迈耶(Bernd Meyer)教授却长期致力于此。这个想法也是一项划时代项目的基础。迈耶教授是哈雷(萨勒河)弗劳恩霍夫材料与系统微结构研究所(IMWS)“碳循环技术”弗莱贝尔分会会长,同时也是弗莱贝格工业大学能源工艺技术与化学工程研究所所长。这名工艺工程师是协会的核心成员,致力于在萨安州南部的化工基地洛伊纳创建名为“碳转化”的碳循环经济平台。

萨安州所资助的弗劳恩霍夫化学及生物系统技术能力中心在迈耶的领导下,负责协调项目的规划和运作。该项目将在萨安州可持续化学的发展中发挥示范作用。梅泽堡应用科技大学、洛伊纳弗劳恩霍夫化学生物技术过程中心以及MIBRAG、ROMONTA、InfraLeuna和RWE Power等企业均参与其中。背后的创意:垃圾未来不应简单作为燃料“焚烧”,而应成为化学价值链中的二次原料。

探索新的回收方法

迈耶认为项目的首要目标在于:“化学回收必须成为垃圾回归碳循环过程最为可持续的回收途径。”目前,大量所谓的替代燃料,如“黄色垃圾箱”或“黑色垃圾箱”分拣后的剩余垃圾在垃圾场或火力发电厂中被“燃烧”掉。该跨学科协会正致力于探索新的回收方法。而且在不远的将来,火力发电将寿终正寝。

“气化是最佳选择”,迈耶解释道,“气化可产生纯合成气体,这些纯合成气体又可以转化为新的合成材料或合成燃料,而且在一个封闭且环保的系统里。”这位研究负责人坚信,此类化学品或燃料“未来的需求旺盛,因为此举不仅能大幅降低塑料化工的二氧化碳污染,而且能显著减少以内燃机为主的长途运输的二氧化碳污染。”

汽车司机可加注合成燃料

这个想法在萨安州落地生根,萨安州为此提供了得天独厚的条件:弗劳恩霍夫材料与系统微结构研究所希望凭借“碳转化”,为低排放的碳循环经济做出重要贡献。研究人员称将在洛伊纳建造一座工厂作为“示范平台”,将含碳垃圾与农林垃圾一起气化。新技术的核心是一台反应器,能在逾1000°C的高温下将含碳物质和氧气(O2)及水蒸气(H2O)进行化学转化。除了一氧化碳(CO)和氢气(H2)外,碳(C,英文为Carbon)生成的合成气体还包含二氧化碳(CO2)。分离出的二氧化碳(CO2)添加氢后也可用于化学合成,转化为化学品。此举将为洛伊纳带来巨大的区位优势。洛伊纳建立了电解平台,可再生能源的“绿色”电力以气候中和的方式生成“绿色”氢(H2)和“绿色”氧(O2)。

“碳转化”工厂每年可处理的含碳垃圾高达35,000吨。该工厂所产生的10,000吨合成气体(一氧化碳和氢气)能够直接用于洛伊纳化学园区的甲醇生产,或在后续合成过程中转化为燃料,也可合成生产乙醇或丙酮等其他化合物。迈耶表示,测试阶段结束后,可考虑为加油气站提供合成燃料。萨克森州和萨安州政府对这一伟大的项目提供了大力扶持。萨安州将提供1500万欧元,结构转型促进基金将提供额外资金,联邦政府也将划拨大部分资金。

每个人都在全力以赴

试点工厂的规划阶段将于2021年底结束。“我们今年一直在研究技术可行性、准备报批和核算成本”, 迈耶解释道。若能获得联邦政府的批准,项目规划可在三年内完成,2022年便能开始建造一台试验反应器。该试验反应器将提供运行的相关数据。这是一大挑战。迈耶说:“我们必须彻底改变之前用于煤炭的工程技术。”所有参与者都在全力以赴地研究方案、筹措规划资金,通过研究和比较最终找到真正可持续的方法,并进一步制定法律框架。

这项技术将得到全球的青睐

从创意到实现,前路漫漫,但迈耶一往无前。相反,“能将以前的研究经验与新技术结合起来”,这令他着实感到高兴。科研人员们在弗莱贝格孜孜不倦地工作,为了证明这项技术能够生成高质量的合成气体,并能够实现气化反应器高效稳定地长期运行。迈耶描摹了未来的蓝图,试验阶段结束后,新技术自2024年起可用于洛伊纳的基础设施,并最终将在“碳转化”工厂中投入运行。

“该技术平台与萨安州的化学重点领域完全契合,萨安州是试验工厂的理想之选”,拉尔夫·韦斯珀(Ralf B.Wehrspohn)教授说。至2019年10月,韦斯珀教授一直担任着弗劳恩霍夫材料与系统微结构研究所负责人一职,目前他是弗劳恩霍夫协会负责技术营销和商业模式的董事会成员。如果平台成功,就能投入工业使用。“我们认为,其他地区、乃至全世界都对这种技术有着巨大的需求”,韦斯珀教授表示。与中国和新西兰企业的谈判已经展开。迈耶说,上述企业对德国技术兴趣浓厚,“我们拥有天时和地利。”

Autorin: Manuela Bock

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