二氧化碳通常作為發(fā)電的副產(chǎn)品排放，有時(shí)候發(fā)電情況也會(huì)用排放多少二氧化碳來衡量。
以美國(guó)為例，2022年他們國(guó)家每發(fā)一度電大約會(huì)有0.86磅（1磅約等于453.6克）的二氧化碳排放量[1]。
圖源：參考1（AI翻譯）
煤電的二氧化碳排放量是所有發(fā)電形式中第二多的，達(dá)到2.3磅每度，僅次于石油的2.38磅每度，但是石油很少直接用于發(fā)電，而煤基本都是用來發(fā)電的，每個(gè)國(guó)家的電網(wǎng)都有較高比例的煤電裝機(jī)容量。
現(xiàn)在，中國(guó)煤電的裝機(jī)容量占總?cè)萘康?0%不到點(diǎn)（實(shí)際發(fā)電比例要比這個(gè)高），這個(gè)比例在這幾年算是下降很多了，但比起美國(guó)依然還是高的。
所以，實(shí)際上咱們國(guó)家平均每發(fā)1度電的二氧化碳排放量比美國(guó)還要高（因?yàn)槊弘姳壤撸?span style="display:none">BQv壹木網(wǎng)-日常常見問題解答
然而，很多人可能不知道，二氧化碳也可以被收集起來用于發(fā)電，它是很好的充電電池材料，能夠儲(chǔ)存電能，并在需要的時(shí)候釋放這些電能。
圖：手機(jī)鋰電池
二氧化碳電池如何工作？
關(guān)于充電電池，很多人都會(huì)想到鋰電池、納電池等化學(xué)電池，應(yīng)該很少有人會(huì)想到二氧化碳，但科學(xué)家確實(shí)找到了方法，而且已經(jīng)得到應(yīng)用。
鋰電池或者納電池是通過材料的氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和釋放，但是二氧化碳電池有著完全不同的電能儲(chǔ)存和釋放方式——它利用的是二氧化碳超臨界流體的奇特物理性質(zhì)。
當(dāng)二氧化碳超過一定溫度和壓力——即31.1°C和7.39 兆帕?xí)r，二氧化碳就會(huì)變成超臨界狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，它可以像氣體一樣膨脹，但仍具有液體的密度。
實(shí)際上在這種狀態(tài)下它可以像其它液體一樣溶解一些物質(zhì)，咖啡中的咖啡因很多時(shí)候就是通過超臨界二氧化碳溶解的。
圖：二氧化碳電池的工作原理，右邊是二氧化其它，而左邊三個(gè)管是儲(chǔ)存二氧化碳液體
當(dāng)然，要利用它發(fā)電或者釋放電能的話，利用的是它在膨脹時(shí)保持的高密度，這樣就可以將它泵送過渦輪，并驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)電[2]。
放電過程解決了的話，那么如何充電呢？
這個(gè)也很簡(jiǎn)單，就是讓它達(dá)到超臨界的溫度和壓力就可以了，這個(gè)溫度幾乎就是常溫了，所以充電時(shí)基本只要將電能轉(zhuǎn)化為壓力就好了。
二氧化碳電池的優(yōu)缺點(diǎn)
實(shí)際上，利用超臨界二氧化碳發(fā)電并不是什么新鮮事，它一直被提出，并已經(jīng)發(fā)展為各種發(fā)電方式中蒸汽的可靠替代品——主要包括核能和聚光太陽能。
但是，就像我們看到的那樣，很多人并不熟悉，這是因?yàn)樗_實(shí)有一些缺點(diǎn)，沒法廣泛應(yīng)用。
首先，從二氧化碳的發(fā)電原理，我們就可以知道這種電池根本無法像鋰電池、納電池那樣是模塊化，可以做成各種形狀各種大小。
由于膨脹后變成二氧化碳?xì)怏w，它需要一個(gè)相當(dāng)大的空間來儲(chǔ)存這些二氧化碳，所以它根本就無法像鋰電池、納電池那在普通老百姓身邊得到廣泛應(yīng)用。
另一方面，它的往返效率其實(shí)并不高，大約75%前后，也就是1度電給它充電話，它只能釋放出0.75度電。
作為對(duì)比，鋰電池往返效率可以達(dá)到85%（化學(xué)電池是目前往返效率高的儲(chǔ)能方式）[3]。
不過，二氧化碳電池也是有自己的優(yōu)點(diǎn)。
二氧化碳電池和鋰電池的對(duì)比，圖源：參考3
首先，它是用環(huán)保的、取之不盡的工業(yè)廢料——二氧化碳，這相比于鋰電池就好太多了，鋰資源并不算豐富，不過納相對(duì)好一點(diǎn)。
其次，二氧化碳電池的往返效率不會(huì)隨著時(shí)間推移而降低，30年以上它依然可以保持在75%左右的效率，但是像鋰電池這樣的化學(xué)電池，它隨著時(shí)間推移效率會(huì)顯著下降，兩三年可能就大不如從前。
另外，二氧化碳電池的放電深度在所有條件下幾乎都是100%，而化學(xué)電池并不是如此，化學(xué)反應(yīng)因受到各種因素影響，放電深度會(huì)出現(xiàn)顯著變化。
重要的是，二氧化碳電池的造價(jià)成本比化學(xué)電池要低一點(diǎn)，如果以存儲(chǔ)相同電量來比較的話，每度鋰電池的造價(jià)是二氧化碳電池的1.7倍左右。
其實(shí)，從二氧化碳電池的優(yōu)缺點(diǎn)來看，它并不適合作為普通的家用電池，但它非常適合作為電網(wǎng)中的儲(chǔ)能電站。
圖：豐寧抽水蓄能電站
儲(chǔ)存電力有多重要？
在河北省承德市的豐寧山上，有一座特殊的水電站，它建在山頂，平時(shí)要用電抽水上去灌滿水庫，然后在放水到下一個(gè)水庫發(fā)電。
這個(gè)水電站就是豐寧抽水蓄能電站，它是本世紀(jì)人類建造的大抽水蓄能電站，總投資達(dá)到192.37億元，上水庫總庫容達(dá)到4504萬立方米。
由于用電抽水，再放水發(fā)電，這個(gè)過程是有能量損耗的，所以很多人想不明白為什么要做這種虧本的買賣。
其實(shí)，原因很簡(jiǎn)單，國(guó)家電網(wǎng)的電是發(fā)多少必須用多少，不然發(fā)電站是要過熱甚至燒毀掉的。
所以就需要這種儲(chǔ)能電站，在發(fā)電量多到用不完的時(shí)候，就把電導(dǎo)給儲(chǔ)能電站儲(chǔ)能，而在發(fā)電量不足的時(shí)候，就將儲(chǔ)能電站的電釋放出來，豐寧抽水蓄能電站就是這種，它的本質(zhì)也是一個(gè)“充電電池”，充電就相當(dāng)于將電能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。
隨著碳中和的相關(guān)規(guī)定，各個(gè)國(guó)家清潔能源——如風(fēng)電站、太陽能的裝機(jī)容量變得越來越多，但是這些發(fā)電站是靠天吃飯的，并不能人為控制時(shí)時(shí)刻刻的發(fā)電量。
二氧化碳儲(chǔ)能電站的模擬圖，圖源：參考3
所以，隨著這些不穩(wěn)定的清潔能源使用的變多，儲(chǔ)能電站的需求會(huì)越來越大的，二氧化碳電池也可以像抽水蓄能電站一樣，在發(fā)電量大的時(shí)候給它充電，而發(fā)電量不足的時(shí)候再釋放電能。
不過，二氧化碳電池的往返效率比抽水蓄能電站要差一些，好在它利用的是二氧化碳，這算碳排放的合理利用了。
后，還有一點(diǎn)值得一提，雖然二氧化碳非常穩(wěn)定，無毒無害，但今年意大利即將上線的一個(gè)二氧化碳電池儲(chǔ)能電站，可能需要儲(chǔ)存1000噸二氧化碳——一個(gè)巨大的穹頂結(jié)構(gòu)用于儲(chǔ)存，這將會(huì)是一個(gè)相當(dāng)危險(xiǎn)的設(shè)施。
如果這些二氧化碳不小心泄漏的話，可能會(huì)導(dǎo)致周圍相當(dāng)寬范圍內(nèi)的生物集體死亡。
參考：
[1].https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=74&t=11
[2].https://spectrum.ieee.org/this-power-plant-runs-on-co2
[3].https://energydome.com/co2-battery/
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