日本的“碳循环”技术在向实用化靠近

将垃圾处理设施和工厂废气中的碳作为化工原料进行再利用的“碳循环”(Carbon Recycle)技术正在向实用化走近。日本积水化学工业计划于2022年度启动实证工厂,运用美国初创企业的技术,以处理垃圾时产生的废气为原料生产塑料原料。这将有望使垃圾变为“城市油田”,更不会因为焚烧而排放二氧化碳。对二氧化碳进行直接回收和再利用的举措也取得进展,如果引入碳税等相关环境不断完善,将有可能与来源于石油的廉价产品展开竞争。

日本和欧美提出了2050年实现温室气体净零排放的目标。虽然引进可再生能源是减排温室气体的核心措施,但还将重视碳循环的推进。可吸收二氧化碳的混凝土等已达到实用水平,但仍需要能以低成本制造出高附加值再生产品的技术。

积水化学将利用美国初创企业LanzaTech(伊利诺伊州)的技术。积水化学与INCJ(原日本产业革新机构)合资成立的积水Bio Refinery在岩手县久慈市建设了利用垃圾处理设施的废气来制造乙醇的实证工厂。约20吨垃圾可生产2000升乙醇。20吨垃圾相当于标准垃圾处理设施每天处理的可燃垃圾的约10分之1。

起到关键作用的是LanzaTech的微生物。这种微生物在兔子的粪便中发现,具有可提取一氧化碳和氢、制作乙醇的性质。乙醇则可用作塑料的原料。焚烧垃圾会产生二氧化碳,但积水化学想办法利用高温使垃圾气化,并在不排放二氧化碳的情况下产生一氧化碳和氢。垃圾中混杂着多种物质,很难使气体成分保持恒定,但该公司采用了可根据气体的状态使微生物休眠的技术,从而实现了稳定的反应。

积水化学表示“乙醇可以用来制造聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料,有助于实现资源循环”。据称,全日本约有1200个候选垃圾处理设施,每年有30个设施会被更新。积水化学将推动拥有更新设施的日本地方政府等引进这项技术。积水化学的目标是2025年度使其形成业务,2030年代中期将业务规模扩大到1000亿日元。

新技术并不是直接重新利用废气,而是还原成塑料原料,因此跟新产品具有相同的品质。积水化学表示“(日本)地方政府能以跟现在的焚烧处理相同的生命周期成本构建资源循环社会”。

产量多的化学产品是乙烯及丙烯等基础原料。据日本经济产业省的数据,2017年全球乙烯产能大约为1.7亿吨,用于制造塑料、薄膜及橡胶。

将二氧化碳作为化学原料进行再利用的举措也不断推进。二氧化碳具有比一氧化碳更难发生化学反应的性质,技术门槛很高。

美国大型能源企业西方石油(Occidental Petroleum)的子公司Oxy Low Carbon Ventures(OLCV)与生物工程初创企业Cemvita Factory将使用微生物以二氧化碳和水为原料制造乙烯。4月已宣布将在2022年建设生产规模为月产1吨的试验工厂。

制造方在微生物中添加制造乙烯合成酶的香蕉的基因。加入二氧化碳和水后用光照射,制造乙烯。计划3~5年后开始向合成纤维厂商等供应乙烯。Cemvita Factory表示“希望通过商业化,每年使用170万吨二氧化碳,生产约45万吨乙烯”。

日本重工企业IHI开发出了使用含铁的催化剂,通过二氧化碳和氢气制造乙烯及丙烯等的技术。在摄氏300度的环境下使二氧化碳和氢气发生反应。据称,生产速度跟使用石油的传统方法相同,每天用大约1公斤二氧化碳可以合成几十克乙烯及丙烯等。

IHI技术开发本部的负责人镰田博之自信地说“这将是全球最高级别的性能”。几年后将制造实证试验设备进行试产。首先,每天将处理几十公斤的二氧化碳。目标是到2030年面向化学厂商销售制造设备。

利用石油制造的乙烯的日本国内销售价格约为100日元/公斤。虽然现在还达不到这一价格水平,但“未来原料氢的价格将降至现在的三分之一以下,也就是20~30日元/立方米,如果引进碳税等,则可以与利用石油制造的产品相竞争”。氢气计划利用太阳能及风力发电等可再生能源的电解水来制造。

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