空气中直接捕集CO_(2)技术研究进展

减少碳排放并推动碳中和是应对气候变化、促进经济社会绿色转型的重要途径之一,碳中和技术已成为工业界和学术界的关注焦点。目前碳捕集与封存主要对工业固定源排放的CO_(2)进行处置捕集,而对占CO_(2)总排放近50%的分布源CO_(2)关注度不高。直接空气捕集(direct air capture,DAC)技术不仅可对数以百万计的小型化石燃料燃烧装置以及数以亿计的交通工具等分布源排放的CO_(2)进行捕集处理,还可有效降低大气中CO_(2)浓度。介绍了DAC的发展历史、研究现状以及发展趋势,综述了已有DAC技术的工艺流程以及反应装置,对DAC现行工艺中涉及的空气捕捉模块、吸收剂或吸附剂再生模块、CO_(2)储存模块进行了叙述,对比了几种工艺的优缺点以及吸附剂类型和再生方式,指出DAC技术发展的关键在于研发高效低成本的吸收/吸附材料和设备。分析了DAC吸收/吸附材料的作用原理以及吸附效果,碱性溶液原料成本相对低廉,但再生过程中能耗较高。分子筛及金属有机框架吸附剂虽然再生能耗较低,但对空气中CO_(2)的吸附容量和吸附选择性表现一般。胺类吸附剂具有较好的吸附能力,由于其再生温度较低,可使用工业废热或少量热能为系统供能;使用胺类吸附剂时吸附和解吸在一个单元中逐步发生,具有更高的效率和操作时间,有望降低DAC系统成本。对比了DAC与其他碳捕集技术的成本并进行了技术经济性分析,DAC成本主要包含运营和维护成本(N_(Q&M))、吸附剂材料成本(N_(S))和工厂设备的净成本(N_(bop));指出目前限制DAC工业化应用的主要因素之一在于吸收/吸附材料和相关工艺成本过高,随着阴离子交换树脂等新型吸附剂的出现和工艺的发展,DAC成本逐年下降。全面探究吸收/吸附材料稳定性、动力学、吸附容量、选择性、再生能量损失等综合性能,研发利于快速装载和卸载吸附剂的相关装置,开发成本低廉的工艺系统是目前DAC领域的发展方向和迫切需求。DAC技术将为减少全球碳排放、实现碳中和提供重要技术支撑。

空气二氧化碳捕集固体吸附材料研究进展

随着全球极端天气的剧增,减少碳排放已成为全世界关注的焦点之一。直接空气捕集(DAC)是降低空气中 CO_(2)浓度、实现 CO_(2)负排放的重要手段,该技术的关键是综合性能优异的吸收/附材料的研发。用于空气 CO_(2)捕集的固体吸附材料分为物理吸附剂、固体胺吸附剂、湿法再生吸附剂。物理吸附剂中金属有机骨架化合物(MOFs)具有很大的开发潜力,但目前物理吸附剂依旧不能成为 DAC 吸附剂的首要选择。固体胺吸附剂的关键在于胺基团的含量、负载形式以及利用效率,湿法再生材料可以依靠水的蒸发自由能实现吸附剂再生,再生成本低。相比于物理吸附剂,固体胺吸附剂和湿法再生吸附剂凭借对 CO_(2)高选择性和高捕集性能,拥有更好的应用前景。

中美CCUS技术发展与政策体系对比

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是指能够将二氧化碳从能源利用、工业生产等排放源或生物质利用尾气、空气中等不同碳源捕集分离,并输送到适宜的场地加以利用或封存,最终实现二氧化碳减排的技术组合,是各国实现气候目标所不可或缺的重要技术支撑。碳达峰碳中和目标提出后,中国已初步建立碳达峰碳中和相关政策体系,积极推进各行业深度技术创新和系统性变革。CCUS技术既是可以实现化石能源的大规模低碳利用的重要技术选择,又是推进钢铁、水泥等难减排工业行业深度脱碳的可行技术方案,更是未来抵消剩余温室气体排放的托底技术手段。为实现中美两国气候目标,两国最终需要通过CCUS技术实现每年数十亿吨的二氧化碳减排量。美国是全球CCUS技术的先行者之一,在政策法规制定、基础设施建设、大规模工程运营方面具有相对优势。为支撑净零排放目标,美国通过一系列卓有成效的财税激励机制加快了CCUS项目大规模部署进展,相关经验值得借鉴。文章通过比较中美两国在CCUS技术领域的潜力需求、政策法规、研发示范等情况,为我国CCUS技术及配套政策环境发展提供参考,并提出中美在CCUS技术领域开展合作的潜在方向。