实现净零碳排放的一个主要方法是将经济的各个部分(如个人车辆和供暖)转换为使用可再生能源发电。但碳不可能从社会的各个方面都消除。在现代世界中无处不在的塑料不能脱碳，因为它们是由碳基分子构成的。
在太平洋西北国家实验室(PNNL)化学家温迪·肖(Wendy Shaw)的带领下，一个多机构的努力已经制定了一个新的路线图，以减少经济中难以电气化的部门的排放。多方面的方法包括开发非碳燃料，寻找非化石碳来源，并在碳进入循环后保持其发挥作用，理想的结果是每个碳原子的多种用途。
路线图的作者断言，一次性碳不能再广泛使用。碳必须通过循环经济来保持作用，在循环经济中，每个碳原子都被多次使用。碳可以在同一工业部门内重复使用，也可以作为新工业部门的原料。例如，开发聚合物升级回收工艺和有效再利用碳基材料将是未来净零碳排放的核心。
“我们需要新颖和创造性的解决方案来实现我们的脱碳目标，”PNNL主任史蒂文·阿什比说。“合作是加速催化和分离科学中以用途为灵感的科学研究的关键，这将是这些解决方案的基础。我热切地期待着这些结果以及它们在航空、重型卡车和海洋运输中的应用。”
这些想法来自于一个关于“关闭碳循环”的研讨会，该研讨会由PNNL、Ames国家实验室、Argonne国家实验室、Brookhaven国家实验室、Lawrence Berkeley国家实验室、Oak Ridge国家实验室和SLAC国家加速器实验室联合主办。每个实验室的负责人分别包括Shaw、James Morris、Max Delferro、Sanjaya Senanayake、Francesca Toma、Michelle Kidder和Simon Bare。
阿贡主任保罗·卡恩斯说:“推进碳回收和转化技术是清洁能源未来的关键，阿贡致力于支持其发展。”“我赞扬与能源部国家实验室合作的研究人员，他们推动了这些变革性创新，到2050年实现了净零排放。”
脱碳路线图
氢和氨都有成为无碳燃料的潜力。然而，两者在实施方面都面临着明显的挑战。特别是，储存和运输氢的成本使其在目前的技术下不切实际。开发运载分子和材料以实现安全和负担得起的氢运输的工作，将补充美国能源部的氢地球计划的目标，即以每公斤1美元或更低的价格生产可再生氢。这种成本的降低有助于创造可行的氢基系统。
使用不同来源的碳是拟议方法的核心。碳将继续对许多关键的经济部门至关重要。这些部门是通过回收和结合多种碳源进行循环碳循环的候选者。有价值的碳的可能来源包括生物质、食物垃圾和塑料垃圾。
要使这一过程成为现实，需要有效和高效的分离和转换，因为复杂的混合物构成了大多数非化石碳流。
PNNL物理与计算科学理事会首席科技官Shaw说:“碳应该被视为一种有价值的商品，必须加以保护和再利用。”“我们的愿景是通过在循环经济中多次重复使用每个碳原子来改变碳在经济中的作用。”
有效地将“传统”废物转化为可重复使用的材料仍然至关重要。通过反应性分离将分离和转化步骤结合起来可能提供一种实用的方法。反应性分离将化学反应与净化分离相结合，可以提供过程强化，更有效地转化非化石碳。
“我们需要新的基础科学发展来产生综合的工业方法，”Morris说。“由此产生的技术将创造新的经济机会、教育发展和额外的就业增长。”
该路线图展示了一个没有浪费的未来，碳被视为一种宝贵的商品，而不是一次性资源。将可持续的碳源引入碳循环经济对未来至关重要。
全文发表在《自然评论化学》上。
更多信息:Wendy J. Shaw等人，美国关于关闭碳循环以消除我们经济中难以电气化的部分的观点，《自然评论化学》(2024)。DOI: 10.1038/s41570-024-00587-1由太平洋西北国家实验室提供引文:关闭碳循环的新路线图(2024,5月1日)检索自2024年5月1日https://techxplore.com/news/2024-05-roadmap-carbon.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
