《自然》(Nature)2016年刊登過一篇評論，來自佐治亞理工學(xué)院(Georgia Instituteof Technology)的兩名學(xué)者歸納出了七大能源密集型分離過程，指出這些分離過程是研究低能耗提純技術(shù)的首要對象。化學(xué)分離技術(shù)的進步不但有利于節(jié)約能源消耗，而且能夠降低污染、減少二氧化碳排放，甚至能夠開辟獲取世界關(guān)鍵資源的新途徑。

作者解釋說，可應(yīng)用于分離過程的各項技術(shù)正處在不同的發(fā)展階段。而目前替代技術(shù)的發(fā)展水平仍很低，或者說很難實現(xiàn)規(guī)模化，要實現(xiàn)這些替代技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用仍然需要巨大的研發(fā)投入。David Sholl是該評論文章的作者之一，他也是佐治亞理工學(xué)院化學(xué)與生物分子工程學(xué)院院長，他指出：“我們要想強調(diào)的是，世界上有非常非常多的能源用到了化學(xué)分離上，然而存在這樣一些領(lǐng)域，我們只要加強對這些領(lǐng)域內(nèi)化學(xué)分離過程的研發(fā)，就很有希望在節(jié)約能源方面實現(xiàn)大的突破。盡管多數(shù)人對這些過程沒有什么概念，但是無論從節(jié)省能源，還是保護環(huán)境的角度來看，發(fā)展這些分離過程中的新技術(shù)都是意義深遠的。”

以美國為例，如果非熱分離技術(shù)可以替代傳統(tǒng)分離技術(shù)，那么每年用于石油產(chǎn)業(yè)、化工產(chǎn)業(yè)、造紙產(chǎn)業(yè)的能源開銷就能減少40億美元，同時每年二氧化碳的排放量也有望減少1億噸。該文章的第二作者，佐治亞理工學(xué)院化學(xué)與生物分子工程學(xué)院的助理教授Ryan Lively這說：“化學(xué)分離消耗的能源大約占據(jù)了全美工業(yè)能源消耗的一半，發(fā)展不消耗熱量的替代過程能夠大幅度提高分離過程效率，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上提升80%。”

下面就是他們選出的“將影響世界的七大化學(xué)分離過程”：

1.從原油中分離碳氫化合物

原油中的碳氫化合物是生產(chǎn)燃料、塑料、聚合物的主要原料，在世界經(jīng)濟中起到了至關(guān)重要的作用。該文章稱，位于世界各地的煉油廠每天會加工總計約9千萬桶的原油，而這些加工過程大多采用常壓蒸餾，每年要消耗約23萬兆瓦的能量，這些能量相當(dāng)于英國在2014年一整年的能源消耗。在蒸餾的過程中，首先要將油加熱，接著，由于不同化合物的沸點不同，在加熱過程中它們的揮發(fā)速度也存在差異，利用這種揮發(fā)速度的差異就能收集得到不同的化合物。尋找其替代過程之所以非常困難，是因為油本身的化學(xué)成分比較復(fù)雜，而且該過程還需要維持高溫，以保證粘稠的原油能夠不斷流動傳輸。

2.從海水中分離鈾

核電能夠在不增加碳排放的基礎(chǔ)上為人類提供額外的能量，而全世界的鈾燃料儲量是有限的。但是，在海水中存在著超過40億噸的鈾元素。從海水中分離得到鈾的過程非常復(fù)雜，主要是因為現(xiàn)有技術(shù)在分離出鈾的同時，也引入了海水中的釩、鈷等雜質(zhì)。目前，有些從海水中分離鈾的技術(shù)已經(jīng)進行了小規(guī)模的了示范實驗，但要想使該分離過程對核電的發(fā)展起到明顯的推動作用，仍然需要實現(xiàn)其大規(guī)模化的應(yīng)用。

3.從烷烴中分離烯烴

在一些塑料的生產(chǎn)過程中會用到烯烴，即乙烯、丙烯等碳氫化合物，而這些碳氫化合物的總年產(chǎn)量超過2億噸。以乙烯從乙烷中的分離為例，該過程一般需要用到高壓低溫蒸餾。混合分離技術(shù)結(jié)合了薄膜與蒸餾過程，能夠把能源消耗減小至原來的一半，甚至是三分之一。然而在實際應(yīng)用過程中，僅僅一家化工廠就要用到多達一百萬平方米的薄膜，因此，大規(guī)模化制備這類薄膜材料是該混合分離技術(shù)規(guī)模化的前提條件。

4.從稀釋的排放物中分離溫室氣體

來自發(fā)電廠等處的稀釋氣體排放物中富含二氧化碳與諸如甲烷等碳氫化合物，而這類化合物的排放導(dǎo)致了全球氣候變化。利用液態(tài)胺類材料已經(jīng)可以脫除稀釋排放物中的此類氣體化合物，但是，從這類材料中脫除二氧化碳的過程需要熱量。目前，產(chǎn)業(yè)界仍需尋找成本更低廉的二氧化碳脫除方法。

5.從礦石中分離稀土金屬

稀土金屬在磁性材料、催化劑、高效發(fā)光等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。盡管這類物質(zhì)并非真的儲量稀少，但由于它們在礦石中以痕量存在，其分離過程需要運用到復(fù)雜的機械與化學(xué)手段，因此這類物質(zhì)非常難以獲取。

6.苯環(huán)衍生物互相之間的分離

苯及其衍生物在聚合物、塑料、纖維、溶劑及燃料添加劑的生產(chǎn)過程中的地位無可取代。目前，這類分子的分離主要采用蒸餾塔，每年總的能源消耗約有5萬兆瓦。薄膜與吸附劑的發(fā)展對降低這類能源投入有著至關(guān)重要的作用。

7.從水中分離痕量雜質(zhì)

在世界上的一些地方，海水脫鹽已經(jīng)成為滿足淡水需求的關(guān)鍵技術(shù)。然而，不管是采用薄膜技術(shù)還是蒸餾技術(shù)，該過程既要消耗大量能源，又要消耗大量資本。開發(fā)高產(chǎn)量、防污垢的薄膜有望降低其成本。

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總結(jié)

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