这些初创企业要将二氧化碳变宝贝：从甲醇到混凝土

（原标题：这些初创企业要将二氧化碳变成宝贝）

碳转化X大奖的口号是“换位思考碳”。入围决赛的10个团队以二氧化碳为原料，生产出了生物燃料、塑料和石墨烯纳米片等各种用途广泛的产品。

解决气候变化问题不仅仅需要减少排放，还必须捕捉二氧化碳，并将其转化成可用的产品。著名的XPRIZE团队悬赏2000万美元，寻找能够收集二氧化碳并将其转化成有用产品的技术。比赛已经进入最后阶段，10支来自世界各地的队伍杀入决赛。

在《巴黎协定》签署八个月前，帮助推动私人航天器研发的XPRIZE团队又出资2000万美元设立“碳X大奖”（NRG COSIA CARBON XPRIZE），寻找能够从空气中收集二氧化碳并将其转化成有用产品的先进技术。入围决赛的10支队伍兵分两路，其中5支队伍将以美国怀俄明州的吉列煤电厂为试验基地，另外5支队伍则被分配到加拿大艾伯塔省的天然气发电厂。每个试验基地将最多二氧化碳转化为产品的团队是最后的优胜者。所有入围决赛的团队都可以分享500万美元，最后两支获胜队伍将分别赢得750万美元奖励。那么，让我们来看看10支团队变碳为宝的妙方：

C4X（中国）

C4X是一支来自中国苏州的团队。该队领队韦恩·宋（Wayne Song）说：“中国每年的二氧化碳排放量约为9000万公吨，约占世界二氧化碳总排放量的四分之一。我们的解决方案的首要目标是先减少国内的碳排放。”

C4X的两步流程分别在两个独立的反应器中进行。首先，用环氧乙烷和催化剂（最初使用的是钴，现在改用较便宜的铝或氧化铜）加热含有高浓度二氧化碳的纯化烟气以产生碳酸亚乙酯。目前，C4X的反应堆每4小时可以转换约70公斤二氧化碳。然后将碳酸亚乙酯与纯氢气一起泵入第二个反应室，并加入新的催化剂，经过继续加热，转化为乙二醇和甲醇这两种中国市场上需求量巨大的燃料。

Breathe（印度）

来自印度班加罗尔的Breathe团队的领队塞巴斯蒂安·C·彼得（Sebastian C.Peter）解释说，“印度每年消耗大约200万吨甲醇，这些甲醇中只有20%是当地生产的。”Breathe团队希望，他们的二氧化碳-甲醇转化技术将改变这一现状。

将从烟气中提取的纯化二氧化碳和纯氢输入Breathe三米高的反应器，加入一系列铜、锌、铝和铁基催化剂，以加速“费-托”（Fischer–Tropsch）过程。国际空间站就是利用这一化学反应过程使废氢和二氧化碳结合生成甲烷和水。过去几年来，二氧化碳催化加氢制甲醇技术取得突破性进展。目前，Breathe团队位于班加罗尔的单个反应堆每天能将300公斤的二氧化碳转化为甲醇。

Carbon Capture Machine（英国）

穆罕默德萨拉赫-埃尔丁·伊巴比（Mohammed Salah-Eldin Imbabi）博士带领的阿伯丁团队已经建起了一个约5平方米大小的装置。这台"捕碳机"将烟气直接泵入微碱性水中，气体在液体中溶解，产生碳酸盐，这在原理上类似于碳酸饮料的制作过程。然后，将这种碳酸水与含有溶解的钙和镁离子的高浓度盐水混合，析出碳酸钙和碳酸镁。碳酸钙是用途广泛的原料，可用于制造胃酸抑制剂、瓷砖、PVC等很多产品。碳酸镁则可用于制造砖块、牙膏、运动防滑粉、氯丁橡胶和泻药。

CarbonCure（加拿大）

与许多XPRIZE决赛选手不同，CarbonCure已经开始实际生产，美国和加拿大的一些混凝土工厂都安装了CarbonCure的设备，其工作原理类似珊瑚。珊瑚本质上是碳酸钙，是名叫珊瑚虫的微型无脊椎动物利用空气中的二氧化碳与钙结合形成的物质。

CarbonCure从工厂或发电厂获取二氧化碳，在加压罐中净化和液化后，再运送给混凝土制造商。在湿混凝土混合过程中注入二氧化碳，它会与水反应形成碳酸根离子。后者与水泥中的钙发生反应，形成纳米尺寸的碳酸钙片（或石灰石）永久地粘合在混凝土内，这些纳米颗粒可以将混凝土强度提高10%左右，水泥用量减少8%左右。

Carbon Upcycling UCLA（美国）

土木工程师格拉夫·桑特（Gaurav Sant）带领的加州大学洛杉矶分校碳升级改造（Carbon Upcycling UCLA）团队同样专注于混凝土。“水泥生产释放大量二氧化碳，全球每年生产50亿吨水泥和300亿吨混凝土，如果可以将混凝土用作为二氧化碳吸收材料，可以消耗大量的二氧化碳。”

桑特的团队已将几种技术整合成循环流程。首先，利用烟道废热对发电厂和水泥厂的废气进行浓缩处理，再根据所需混凝土的形状或用途，将浓缩废气注入乐高形状的模具中，再与氢氧化钙（又称氢氧钙石）和凝聚添加剂和化学添加物混合，形成名为CO NCRETE（碳凝土）的专利建筑材料。桑特说，这个过程需要加速。试点项目用24小时内生产了几吨的CO NCRETE.

C2CNT（美国）

“大多数碳捕集技术需要纯化或浓缩的二氧化碳，”美国弗吉尼亚州C2CNT团队负责人斯图尔特·利希特（Stuart Licht）博士说：“我们的工艺对于高浓度的的烟气和大气二氧化碳都同样有效。”

C2CNT工艺利用廉价的镍和钢电极以及低电压电流，通过熔盐电解法将二氧化碳转化为碳纳米管。团队建造的25×25米的舱室连接烟气，二氧化碳流入熔化的碳酸盐中，然后经过类似铝电解的过程，电流穿过钢阴极和镍阳极，在两极分别产生薄碳纳米管和纯氧。最终形成的石墨烯管的强度是钢的100倍，重量只有钢的六分之一，导电效率比铜更高。“迄今为止，碳纳米管的价格一直很昂贵，每克售价高达数百美元。”利希特说：“我们生产的纳米管的成本只有当前产品的零头。”

Carbicrete（加拿大）

“我们正在制造无水泥混凝土，这意味着我们生产的混凝土的碳排放量为负值，”来自加拿大蒙特利尔的Carbicrete团队领队梅尔达·马霍辛（Mehrdad Mahoutian）博士解释说：“制造一块混凝土通常会释放出两公斤的二氧化碳进入大气中，这归咎于制造混凝土需要的水泥。而我们不使用水泥，这就相当于减排两公斤，然后，我们还会再往混凝土中注入两公斤二氧化碳。”

Carbicrete的工艺需要将钢渣与净化的二氧化碳在封闭舱内混合。烟气中大约含有8%的二氧化碳，而Carbicrete需要与商业碳捕集企业合作，将这一比例提高到50%或60%.“二氧化碳气体与钢渣中的钙和硅酸盐发生反应，形成一种类似于水泥的产品，”马霍辛解释，“目前，我们每天可以处理200公斤二氧化碳。”

Newlight（美国）

往嘴里放一块面包并长时间咀嚼，你会发现它突然变得甜美。这是由于你口中的α淀粉酶将淀粉转化变成糖。这种酶又被称为生物催化剂，可以启动转化过程，将复杂的食物分解为身体所需的简单化合物。“我们使用类似的物质，”来自加州的Newlight团队的领队马克·赫瑞玛（Mark Herrema）解释说：“这是一种天然存在的微生物催化剂，可以从空气二氧化碳中剥离碳原子，使之与氢气和氧气结合生成性能类似塑料的天然生物聚合物材料”

2016年，宜家同意购买100亿磅Newlight生产的天然塑料，以换取在家具中使用这种专利材料的专有权。

Carbon Upcycling Technologies（加拿大）

“在二氧化碳分子的核心有一个强大的双键，”加拿大卡尔加里的Carbon Upcycling Technologies（碳升级再造技术）团队的领队阿卜尔·辛哈（Apoorv Sinha）解释说：“大多数碳转化技术要破坏这个双键，这需要更多的能量。相反，我们捕获二氧化碳分子并使它们结合成固体，因此能量需要少得多。”

Carbon Upcycling Technologies的工艺包括将纯化后的二氧化碳输送到旋转圆筒中，与原料混合（一种可吸收二氧化碳的化学粉末）。迄今为止，该团队一直使用石墨为原料，制造石墨烯纳米片（GNP）。这种材料类似于石墨烯，石墨烯是厚度只有1个原子的碳片，其强度比钢高200倍，而辛哈他们生产的GNP的厚度约80至100个分子。未来，他们计划将二氧化碳与煤炭结合，创造出发光石墨烯量子点和氧化石墨烯，前者可以提高量子基太阳能电池的效率，后者是一种可以降低机体毒性反应的高效药物缓释剂。

CERT（加拿大）

多伦多大学的CERT团队领队阿历克斯·叶（Alex Ip）解释说：“利用我们开发的催化剂材料，可以将二氧化碳、水转化成乙烯、乙醇、甲醇或几乎任何通常以化石燃料为原料的建构分子。”

CERT的装置本质上是一种垂直的多孔电解催化剂薄板。往其中一面输送液体二氧化碳，往另一面输送液体电解质（根据要制造的分子使用不同的电解质）。二氧化碳在催化剂作用下与电解质反应，将二氧化碳分子分解成新的碳产品。“这是一个模块化的过程，”叶释说：“我们正在制造可串联堆叠的电池，我们的装置既适用于小型边缘工业，也适用于释放大量二氧化碳的大型炼油厂。”

供稿：宇