《自然》(Nature)2016年刊登過(guò)一篇評(píng)論，來(lái)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(guò)程，指出這些分離過(guò)程是研究低能耗提純技術(shù)的首要對(duì)象。化學(xué)分離技術(shù)的進(jìn)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(kāi)辟獲取世界關(guān)鍵資源的新途徑。

作者解釋說(shuō)，可應(yīng)用于分離過(guò)程的各項(xiàng)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(shuō)很難實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，要實(shí)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(píng)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(zhǎng)，他指出：“我們要想強(qiáng)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(qiáng)對(duì)這些領(lǐng)域內(nèi)化學(xué)分離過(guò)程的研發(fā)，就很有希望在節(jié)約能源方面實(shí)現(xiàn)大的突破。盡管多數(shù)人對(duì)這些過(guò)程沒(méi)有什么概念，但是無(wú)論從節(jié)省能源，還是保護(hù)環(huán)境的角度來(lái)看，發(fā)展這些分離過(guò)程中的新技術(shù)都是意義深遠(yuǎn)的。”

以美國(guó)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(kāi)銷就能減少40億美元，同時(shí)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(shuō)：“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(guò)程能夠大幅度提高分離過(guò)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(guò)程”：

1.從原油中分離碳?xì)浠衔?/strong>

原油中的碳?xì)浠衔锸巧a(chǎn)燃料、塑料、聚合物的主要原料，在世界經(jīng)濟(jì)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(huì)加工總計(jì)約9千萬(wàn)桶的原油，而這些加工過(guò)程大多采用常壓蒸餾，每年要消耗約23萬(wàn)兆瓦的能量，這些能量相當(dāng)于英國(guó)在2014年一整年的能源消耗。在蒸餾的過(guò)程中，首先要將油加熱，接著，由于不同化合物的沸點(diǎn)不同，在加熱過(guò)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(guò)程之所以非常困難，是因?yàn)橛捅旧淼幕瘜W(xué)成分比較復(fù)雜，而且該過(guò)程還需要維持高溫，以保證粘稠的原油能夠不斷流動(dòng)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(chǔ)量是有限的。但是，在海水中存在著超過(guò)40億噸的鈾元素。從海水中分離得到鈾的過(guò)程非常復(fù)雜，主要是因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)在分離出鈾的同時(shí)，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(jìn)行了小規(guī)模的了示范實(shí)驗(yàn)，但要想使該分離過(guò)程對(duì)核電的發(fā)展起到明顯的推動(dòng)作用，仍然需要實(shí)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(guò)程中會(huì)用到烯烴，即乙烯、丙烯等碳?xì)浠衔?#xff0c;而這些碳?xì)浠衔锏目偰戤a(chǎn)量超過(guò)2億噸。以乙烯從乙烷中的分離為例，該過(guò)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(guò)程，能夠把能源消耗減小至原來(lái)的一半，甚至是三分之一。然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，僅僅一家化工廠就要用到多達(dá)一百萬(wàn)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(lái)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?xì)浠衔?#xff0c;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(guò)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(chǔ)量稀少，但由于它們?cè)诘V石中以痕量存在，其分離過(guò)程需要運(yùn)用到復(fù)雜的機(jī)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(guò)程中的地位無(wú)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(wàn)兆瓦。薄膜與吸附劑的發(fā)展對(duì)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(guò)程既要消耗大量能源，又要消耗大量資本。開(kāi)發(fā)高產(chǎn)量、防污垢的薄膜有望降低其成本。

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