电化学反应性捕集CO_(2)研究进展与挑战

CO_(2)捕集是控制温室气体排放的关键技术之一,电化学CO_(2)还原是关闭人工碳循环的有效途径,但CO_(2)捕集和电化学CO_(2)还原过程均为能源密集型过程。过去的研究将两者视为相互独立的技术和科学领域进行发展。通过直接电解捕集介质(如胺基富液和碳酸氢盐),将上游的碳捕集和下游的电化学还原过程进行集成耦合,可以避免高能耗的捕获介质再生和CO_(2)释放环节,避免CO_(2)的运输和存储操作,降低整体工艺的运行成本,提升整个碳循环的能量效率和经济效益,为节约能源和经济高效地捕集利用CO_(2)提供了一个潜在的解决方案。总结了目前电化学反应性捕集CO_(2)的研究进展,论述了在电极和电解质方面取得的成果,讨论了影响集成电解效率的限制因素,并分析了各类因素的潜在影响机制和可能的反应路径。最后,强调了直接电化学还原捕集介质领域的主要挑战和机遇,并对未来耦合碳捕集与电化学利用过程的发展进行展望。

碳钢和不锈钢在二氧化碳捕集封存与利用装置中现场挂片腐蚀性能研究

为了研究二氧化碳捕集封存与利用(CCUS)中碳捕集单元用材料的耐腐蚀性,选用Q355、304L和316L 3种金属材料,在火电厂胺法碳捕集单元和烟囱中的8个典型位置进行现场腐蚀挂片试验,采用失重法计算3种材料在8个测试点的腐蚀速率,观察腐蚀后的宏观和微观形貌,用X射线衍射(XRD)分析Q355表面腐蚀产物。结果表明:304L在烟囱内会发生露点腐蚀和点蚀;304L和316L在胺法碳捕集单元中腐蚀速率很低,无点蚀发生,可作为胺法碳捕集装置的选材;Q355胺法碳捕集单元中,液相的腐蚀性整体高于气相的腐蚀性,低温富胺液的腐蚀性强于低温和高温贫胺液的腐蚀性,在富胺液中的腐蚀产物以FeO(OH)为主,在贫胺液中生成的腐蚀产物以Fe_(3)O_(4)为主。

集成二氧化碳捕集与甲烷化转化研究进展

开发新型高效的二氧化碳捕集或利用技术对于减少化石能源利用过程的二氧化碳排放、缓解全球变暖等具有重要意义。集成二氧化碳捕集与利用技术(ICCU)因其能耗低和效率高等优势获得了广泛关注。该技术利用一种双功能材料通过集成二氧化碳吸附和原位转化两个主要过程,实现CO_(2)的高效转化并获得含碳燃料。本工作综述了ICCU中主要技术之一集成二氧化碳捕集与甲烷化转化。首先对实现该过程的双功能材料的组成和特性进行概述,重点从反应温度、反应时间、反应气体成分等角度探讨了影响ICCU甲烷化反应的因素,并对该技术未来的机遇和挑战进行总结和展望,以期为中国“双碳”目标下致力于二氧化碳捕集和利用的相关研究提供一定的借鉴。

用于二氧化碳捕集的固体吸附剂研究进展

近年来,温室效应引发的环境与社会问题愈发严重。二氧化碳作为主要的温室气体之一,其减排已迫在眉睫。在二氧化碳捕集与利用技术中,固体吸附剂被认为是一种非常有前途的吸附材料且得到了广泛的研究与应用。根据吸附/解吸温度的不同,固体吸附剂被分为3类:适用温度为200℃以下的低温吸附剂,如碳基材料、沸石分子筛、金属有机骨架、碱金属碳酸盐和胺基吸附剂;适用温度为200~400℃的中温吸附剂,如氧化镁和类水滑石衍生吸附剂;适用温度为400℃以上的高温吸附剂,如氧化钙和硅酸盐吸附剂。介绍了3类固体吸附剂的合成方法(水热法、溶胶-凝胶法和浸渍法等)、二氧化碳的吸附容量和稳定性,以及改性方法等,并对固体吸附剂未来的发展方向进行了展望。

中国燃煤电厂碳捕集、利用与封存投资综合效益预测

【目的】二氧化碳捕集、利用及封存(CCUS)技术是燃煤电厂减排降碳的核心工具,被视为实现碳中和目标的关键。然而,中国在CCUS方面的投资经济回报低、综合效益不确定且难以衡量,CCUS仍处于示范阶段,精准预测CCUS投资效益,对明确技术路径、优化资源配置,并推动其商业化具有科学意义。【方法】本文以燃煤电厂为研究对象,运用系统动力学方法,从经济发展、电力能源、环境减排和社会保障4个维度,对中国燃煤电厂CCUS投资的综合效益进行预测。【结果】研究发现:(1)燃煤电厂加装CCUS技术后,CCUS投资综合效益经历了从低位徘徊、波动上升到快速增长的变化。(2)在技术进步与规模效应的推动下,CCUS投资效益显著提升。技术进步提高了捕集效率并降低成本;而规模效应则通过装机容量增加与碳减排效率的提升,增强了经济、环境与社会效益,整体投资回报大幅改善。(3)政府补贴、碳税和碳交易价格均显著提升CCUS投资效益。其中,碳交易价格对经济效益和环境减排的推动作用最为显著;而碳税则通过提高发电成本,不仅间接促使企业进行CCUS技术改造,还进一步提升了整体投资效益。相比之下,政府补贴在初期对社会保障效益的促进作用尤为突出。【结论】在CCUS商业化部署和综合效益提升的过程中,CCUS自身迭代和规模化带来的成本降低起到核心作用,碳市场交易机制相对于补贴等政策扶持措施对CCUS发展的激励作用更大。基于此,中国应加强CCUS技术研究、推动CCUS项目尽快纳入碳交易机制、制定适度CCUS补贴激励政策,以增加CCUS投资效益,助力实现碳中和目标。

燃气-蒸汽联合循环电厂烟气CO_(2)捕集与干冰联产技术的研究

烟气二氧化碳捕集与利用技术是火电厂碳减排的重要手段。本文对烟气二氧化碳捕集技术进行了介绍,并选用基于混合胺溶液的化学吸收法,设计了一种用于燃气-蒸汽联合循环电厂的烟气二氧化碳捕集与干冰联产技术工艺,可实现烟气中二氧化碳捕集,并用于食品级和工业级干冰的生产。

实现碳中和目标的CCUS产业发展展望

中国碳中和目标的实现对CCUS技术需求巨大,亟须加快培育CCUS产业,赋能中国碳中和时代高质量发展。CCUS技术全链条产业体系建设将牵引制造业、采矿业、金融业等七大产业门类、25个大类和64个小类国民经济行业的技术、设备、材料、服务、市场及政策等创新需求,培植碳核查、碳金融、碳资产管理等新产业。围绕中国CCUS产业化现存的技术基础薄弱、市场被国外厂商主导、政策体系不完善等挑战,建议未来从以下几方面着手:搭建CCUS产业基础数据共享平台,加大产业关键技术研发投入,打造CCUS产业孵化基地,探索创新产业商业模式及市场机制,重视CCUS专业人才培养等。

综合能源生产单元的全生命周期碳足迹评价与技术经济性评估

综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合可再生能源制氢与火电碳捕集技术,制备易于储运的绿色燃料,在协调解决可再生能源消纳、碳利用及氢能储运等问题方面具有良好的应用前景。为定量评价IEPU的技术经济性与降碳潜力,该文通过构建IEPU工艺流程的仿真模型,模拟风电制氢、甲醇合成及压缩提纯等关键过程,建立多能流与物料流数据的全生命周期清单,进行碳足迹评价,并指出进一步碳减排的可行路径;通过对能量效率、电流密度等技术参数及风电价格、碳税等经济参数进行灵敏度分析,开展不同技术经济性背景下的经济性评估,探究IEPU的盈利条件。碳足迹评价表明,年产39万t绿色甲醇IEPU的全生命周期净碳减排量达5.88万t。技术经济性评估表明,在良好的技术经济性背景下,当风电售价降低至0.21元/(kW×h),基于IEPU生产的绿色甲醇成本可与传统甲醇生产工艺相当。

基于绿证-碳交易交互机制与合作博弈理论的IES系统低碳经济调度

从发电端、固碳端与市场端三端共同发力的角度出发,提出一种基于合作博弈理论的综合能源系统(IES)绿证-碳交易交互模型。其中发电端通过综合能源系统集中调度的优势,实现碳捕集电厂主体与可再生能源发电主体的灵活互动;固碳端通过引入碳捕集设备与电转气设备,实现IES的低碳经济运行;市场端通过建立绿证-碳交易交互机制,提高IES的整体经济性的同时利用合作博弈理论,讨论合作成立条件,并基于Shapley值法对合作剩余进行合理分配。算例以内蒙古东部某综合能源系统为实例进行仿真分析,结果表明,所提方法可显著减少系统弃电量,发挥火电机组深度调峰作用,实现IES低碳经济运行,并为探究存量火电与可再生能源项目的合作可行性,探索燃煤电厂灵活性改造新途径提供了理论参考。

考虑驱油与碳减排双重效益的CCUS-EOR经济性及发展模式分析与探讨

双碳战略目标下,石油石化行业转型的重点、难点在于探寻低成本转型发展路径,这就要求系统研究各项转型技术的发展基础和规模潜力,统筹各项转型技术发展应用时序,形成支撑最优转型路径的技术组合和综合方案。碳捕集、封存与利用(CCUS)的技术成熟度较高,与石油石化产业协同耦合性较好,是石油石化转型的关键技术之一,但成本过高仍是目前阻碍CCUS技术规模化发展的主要问题。分析CCUS的经济性及探讨其发展模式,对于确定未来CCUS产业的发展布局,以及研究CCUS对石油石化行业转型的支撑潜力、石油石化行业的转型路径具有重要作用。为深入分析研究未来CCUS技术的经济性及在石油石化行业转型中的潜力和定位,本研究重点聚焦碳捕集与驱油封存(CCUS-EOR),提出了一套全新的分析研判思路。首先,通过CCUS-EOR的全流程梳理,详细分析介绍了各个环节的成本,包括碳捕集、运输、驱油封存等环节,研判了未来各个环节的成本下降空间。其次,通过对未来油价和碳价的研判,分析了驱油及碳减排带来的经济收益,并进行了成本收益对比。基于CCUS-EOR各环节的成本收益分析结果,本研究进一步对中国未来不同模式下的CCUS-EOR项目进行了全面的经济性评估,涵盖了不同的碳捕集技术、运输方式以及封存策略,揭示了在不同场景下CCUS-EOR项目的盈利能力和可持续发展潜力。研究结果表明,CCUS-EOR的经济性深受碳价、油价、驱油效率等多重因素的影响,其中从中长期来看,碳价的变化对未来CCUS-EOR收益影响较大。在碳价和油价均处于较高水平的情况下,CCUS-EOR项目的盈利空间更大,更具吸引力,同时驱油效率的提升也能显著提高项目的经济收益。当前中国各个项目经济性差异较大,无法完全保证明显盈利,但未来的经济性有较大提升空间。针对未来中国CCUS-EOR的发展,需要突破碳捕集环节的技术瓶颈,重点开发运用燃烧前捕集技术,降低捕集成本,提升捕集效率。此外,还需要优化产业布局,形成源汇匹配的产业集群,实现产业链的协同效应。同时,需积极推动碳交易市场的发展成熟,通过市场机制引导碳减排行为,为CCUS-EOR技术在石油石化行业的推广和应用创造良好的外部环境。

燃煤电厂实施CCUS改造适宜性评估：以原神华集团电厂为例

燃煤电厂结合碳捕集、封存与利用技术(carbon capture,utilization and storage,CCUS)被视为未来实现全球2℃温升目标实施深度碳减排的必要技术路线。中国电源结构以煤电为主,评估现有燃煤电厂实施CCUS改造的技术可行性具有重要意义。研究开发了适用于企业层面的燃煤电厂开展CCUS技术改造的评估方法,提出主要评估依据及核心参数,并以原神华集团有限责任公司燃煤电厂实际运行情况为样本,开展了燃煤电厂进行全流程CCUS改造的适宜性评估。研究显示:原神华集团燃煤机组中约55.89 GW机组(约占总装机容量的77%)具备增加碳捕集装置的基础条件,其中约44.14 GW机组(约占具备捕集条件总装机容量的79%)具备CO2运输、利用与封存改造(仅考虑CO2-EOR和CO2-EWR技术)的基本条件。总体来看,约60%总装机容量的机组具备实施全流程CCUS的初步可行性。本研究将为制定国家CCUS技术发展路线图以及企业制定中长期CCUS发展规划提供参考。

基于水泥基材料的CO_(2)矿化封存利用技术综述

为了减缓水泥行业排放的CO_(2)对全球气候变化的影响,基于二氧化碳捕集封存与利用(CCUS)技术,通过CO_(2)与水泥基材料中含Ca^(2+)和Mg^(2+)的胶凝材料及其水化产物之间的矿化反应,将CO_(2)以无机碳酸盐形式封存在水泥基材料中。在实现封存CO_(2)的同时,因其矿化产物(主要为碳酸钙和无定形SiO_(2))具有较好的稳定性、填充效应以及成核效应,CO_(2)矿化处理后水泥基材料的力学性能、耐久性得到有效提高,短时间内获得了具有高性能的水泥基材料。本文总结了现阶段CO_(2)在水泥基材料中矿化封存利用的研究进展,从混凝土矿化养护过程中不同胶凝材料与CO_(2)的反应特性、再生骨料CO_(2)矿化强化处理对其微观结构和性能影响以及水泥基材料矿化封存CO_(2)的能力等方面进行了论述,并对该技术未来的发展和研究方向进行了展望。

国家能源集团燃煤电厂CCUS改造的成本竞争力分析

利用二氧化碳捕集封存与利用技术(CO2capture utilizationandstorage,CCUS)对燃煤电厂进行改造是煤电低碳化和绿色化的重要机遇。研究采用企业层面的CCUS系统评估方法对国家能源集团(原神华)下属燃煤电厂开展了分析。评估方法包括电厂改造、场地适宜性评价、源汇匹配等。分析结果表明:原神华燃煤电厂72720 MW机组中超过60%的机组具有实施CCUS改造的基础条件;在捕集率为50%(450g/(k W?h)气电标准)、250 km距离匹配、全流程CCUS项目平准化净减排成本低于50 USD/t CO2的条件下,每年可减排CO2约0.51亿吨,煤电总的减排电价约为?10.74~92.03USD/(MW?h)。尽管CO2排放强度略有不同,但部分改造电厂相对于现有燃气发电与风能发电具有一定优势;若考虑技术进步、系统优化和激励政策等变化,CCUS改造的成本将大幅度下降,煤电综合减排电价将更具成本竞争力。

中国西北地区超基性岩封存CO_(2)潜力研究

超基性岩可通过碳酸盐化生成稳定的碳酸盐矿物,它是一种以地球化学手段有效且永久封存CO_(2)的矿物。在自然界中矿物封存CO_(2)可通过风化作用自发发生,人工干预能进一步提升碳酸盐化反应效率,促进工业化进程。笔者基于最新1∶100万西北地质图及数据库,试图对西北地区分布的超基性岩的封存潜力进行理论评估。结果表明,西北地区超基性岩封存CO_(2)量可达963.23亿t,其中新疆超基性岩CO_(2)封存量最大,可达613.52亿t,占西北地区总封存量的63.69%。西北地区超基性岩封存CO_(2)量大致相当于全国2021年CO_(2)排放量的10倍,在完全释放其固碳潜力的情况下,初步静态估算可封存全国CO_(2)排放量约10年。因此,西北地区超基性岩封存CO_(2)潜力巨大。未来,应针对单个超基性岩体收集已有大比例尺精细基础地质调查数据,并补充性开展调查及研究工作,进一步圈定CO_(2)地质封存的有利靶区,促进超基性岩封存CO_(2)的地质解决方案成为未来碳中和目标在西北地区落地实现的最优方案之一。

双碳战略背景下燃煤电厂CCUS技术发展:挑战与应对

现阶段煤电仍是我国主要能源,装机总量大,短时间难以被完全替代,未来燃煤电厂高效清洁燃烧的技术标准是低碳排放。当前,双碳战略已上升到国家生态文明的高度,煤电亟需适应未来需求的碳捕集封存与利用(Carbon Capture Utilization and Storage,CCUS)技术。但国内已有超低排放电厂投运的CCUS设备普遍存在捕集成本高、产物利用量有限等问题,开发成本低、捕集产物可有效利用的CCUS技术是电力环保的共同需求。为此,提出煤电CCUS未来技术发展方向应该是烟气污染物一体化耦合控制,如应用等离子体氧化技术,首先氧化烟气中还原性污染物SO_(2)、NO等,而后以氨水为吸收剂协同脱硫脱硝脱碳,整体污染物脱除流程简单,副产品具有广阔的化工转化空间。继而提出稳定的氨源供给是实现上述一体化脱除的物质保障,构建燃煤电厂自给自足的制氨过程为煤电未来开发更丰富的产品线(氨能、肥料、化工品等)提供了可能。

化学吸收剂强化微藻固碳研究进展

微藻固碳可缓解因化石燃料燃烧所造成的全球性气候变化和能源危机而受到广泛关注,但固碳效率低是限制其广泛应用的主要障碍,目前,化学吸收剂强化微藻固碳技术逐渐兴起。本文从培养液环境特征和微藻固碳生理生化表型特征两方面对化学吸收剂强化微藻固碳研究进行梳理和总结,其中所涉及的调变参数包括:化学吸收剂种类、添加量、添加方式、添加时期等。最后,评述了现有化学吸收剂强化微藻固碳技术存在的共性问题——作用机制和设计原则不清,并就该问题从微观-介观-宏观3个层面提出解决路径。运用组学分析技术,探究化学吸收剂强化微藻固碳的调控机制和本质原因;结合"光化学-原位微量热"测试技术掌握化学吸收剂强化微藻固碳的共性途径及其变化规律;通过可视化实验方法阐明CO_2供应、溶解、传递和固定之间的平衡关系。实现化学吸收剂的精准调控,提高微藻固碳效率。

碳中和背景下的脱碳方案

随着"碳中和"目标的提出,我国的能源利用方式需面临调整。首先,介绍了目前我国非化石能源比重为15%左右,到2050年我国非化石能源比重将达到70%左右。其次,指出除了提高非化石能源的利用比例,在某些难以脱碳的领域必须利用碳捕集与利用等技术实现碳减排。接着,文章对碳捕集与利用技术做了详细介绍,碳捕集技术分别包括二氧化碳燃烧前捕集、二氧化碳燃烧中捕集和二氧化碳燃烧后捕集;二氧化碳利用技术主要包括物理应用、化工利用、生物质利用。由于新能源电解水制氢过程实现了完全脱碳,因此新能源电解水制氢被认为是脱碳的终极路线,在实现完全脱碳生产之前还要靠碳捕集技术来兜底。

复合膜在CO_(2)分离领域的研究进展

为实现"双碳"目标,应积极发展CO_(2)捕集、封存与资源化利用(CCUS)技术,控制CO_(2)的排放。膜分离技术作为最常见的气体分离技术之一,相比于吸收法、吸附法、低温法等,具有能耗低、便于操作、占地面积小、易于放大、运行成本低等优点,被广泛用于燃煤电厂烟气CO_(2)捕集与天然气脱碳纯化等工艺。然而纯无机膜与高分子膜受制于各自的缺点,无法大规模推广应用,开发气体分离性能优越的复合膜成为研究的热点。综述了国内外关于复合膜在CO_(2)捕集领域的研究进展,以膜结构类型进行分类,重点介绍了混合基质膜、支撑液膜等不同复合膜的制备过程及原理。对比了不同复合膜的分离表现,对其优缺点进行了总结,并对制约复合膜发展的关键问题进行了分析讨论。最后,展望了复合膜气体分离技术未来的发展方向。

澳大利亚减排科技部署与技术路径浅析

目前,澳大利亚已接近其在《巴黎协定》承诺的目标,即到2030年,澳大利亚的温室气体排放将比2005年的水平降低26%到28%。澳大利亚政府主张“以技术而非税收为主导”的减排核心,注重投资低排放技术研发,通过首份国家低排放技术声明为减排技术发展划定了投资路线图,在氢能,碳捕集、封存与利用等领域部署了大量投资。同时,澳大利亚政府也十分重视该领域的国际科技合作。中澳两国在减排方面面临相同的挑战,也具有前期合作基础,因此减排技术或可成为中澳科技合作的新热点。