应对二氧化碳浓度上升问题的研究:CO_2的捕获、储存与利用

为了缓解日益严重的CO2浓度升高导致的温室效应等环境问题,针对各国CO2过量排放与温室效应逐渐加剧的现状,讨论传统CO2减排方法与CO2的捕获、储存与利用(CCSU)的优缺点和优势互补,论述针对大型CO2排放点的减排措施——CCSU的必要性。对CCSU进行系统的介绍和认识,并对CCSU所包含的各种捕获技术、储存技术以及利用技术的特点进行对比和分析,论述其适用范围、地域和经济因素。结合国外一些现有的应用CO2的先进技术和经验,对CO2的捕获与利用的联用作出分析和展望。尤其是CO2的化工利用具有广阔的研发和发展前景,CO2EOR(CO2提高采收率技术)在技术和经济上具有实际应用意义。为新型环保型能源体系的建设提供参考。

碳捕获、封存与利用技术及煤层封存CO2研究进展

针对温室气体造成的危害逐年增加的情况,提出了碳捕获、封存与利用技术(CCUS),介绍了CCUS技术的主要技术环节,包括捕获、封存、利用,以及目前对该技术开展的研究及应用手段,为未来CCUS技术的发展提供参考。系统性地对煤层封存CO2作了介绍。

“CO2的捕获与利用”的一组试题

笔者以CO2的捕获与利用为背景，命制了一组试题，以飨读者。

海洋直接注入CO_(2)封存技术方法综述

人类活动造成的CO_(2)排放是全球气候变暖面临的主要挑战之一。CO_(2)封存有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。海洋碳捕获、利用和封存(OCCUS)可以在较短时间内提供最大的碳封存能力,与其他地质封存方法相比更加安全有效。而且,多相态形式的CO_(2)(气态、液态、固态和水合物)可以在海洋纵深尺度上实现直接注入。海洋碳封存是一项发展潜力巨大、优势明显的新兴碳封存技术,是实现大规模碳减排的重要措施之一,具有广阔的应用前景。因此,笔者等系统地阐述了海洋CO_(2)直接注入、封存(OCS)的基本原理、技术现状、监测与评估,以及环境方面的影响,并对高效CO_(2)注入技术,CO_(2)泄漏的检测、防范与补救技术,以及海洋碳封存的生态后效等方面进行了展望。

台湾在二氧化碳捕获及再利用中的技术研究状况

二氧化碳减量技术包括捕获、封存及再利用技术,是目前国际上亟待发展的减量技术的研究状况。阐述了近年来台湾致力于研发各项减量技术,希望通过能源计划将针对化学吸收法、物理吸附法、超重力旋转填充床技术、化学循环程序、CO2转化技术等对台湾未来CO2减量提出一整合性技术的研究状况。除了基础减量技术的研发之外,国科会通过能源计划整合产学研各界资源,共同开发CO2补获及再利用技术,并建立示范工厂,成为台湾CO2减量的重点技术平台。

密相/超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验综述

密相/超临界CO_(2)管道止裂韧性预测是世界范围内研究的热点和难点问题,目前已有的止裂韧性预测模型尚不能准确预测密相/超临界CO_(2)管道的止裂韧性。超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验是确定超临界CO_(2)管道止裂韧性的最佳方法,目前全球范围内仅有11次超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验,国内尚属空白。从基本情况、试验工况和参数、试验目的和结果等几个主要方向细致分析、总结和对比现有CO_(2)管道全尺寸爆破试验,为后续国内CO_(2)管道全尺寸爆破试验的开展提供理论指导和数据支撑,为CO_(2)管道设计和工程应用提供有力的参考依据。

一种基于乙二胺-丁二醇体系的新颖的二氧化碳捕集利用方法（英文）

在温和条件下,发展了一种以丁二醇-乙二胺体系新颖、高效地固定CO_2的方法。在此方法中,CO_2被快速激活并转化为一种固态的CO_2储集材料(CO_2SM),通过XPS、XRD、FTIR和^(13)C NMR等技术表征证实为烷基碳酸胺。基于TGA结果 ,CO_2SM的水溶液可以与Ca(OH)_2和Ba(OH)_2反应制备CaCO_3和BaCO_3微粒,还可用于循环吸收和解吸CO_2的过程。此外,丁二醇-乙二胺水溶液在20℃下吸收CO_2并在98.6℃下解吸CO2,没有明显的溶液损失。因此,丁二醇-乙二胺体系提供了一种绿色、高效、低成本的二氧化碳捕集利用方法。

耕地变“黑”:捕获大量温室气体

由于温室气体排放量不断增多而导致的全球变暖已成为不容争辩的事实，如何有效地减少以CO2为主的温室气体排放是摆在世界各国面前极为重要的任务。在CO2排放方面，中国是仅次于美国的世界第二大国，并将很快取代美国成为第一排放大国。当前人们普遍采用的碳减排措施，主要包括在技术上提高能源利用效率，减少碳“源”；人工造林等增加生物碳“汇”；促进元素循环以“减汇增源”，并把大部分碳“埋葬”在地下。但在具体操作中，前两者需要花费昂贵的代价，而后者，即在元素循环过程中增加土壤碳汇则具有美好的前景。

CCUS技术CO_(2)泄漏模拟及生态风险评价

碳捕获、利用和封存(CCUS)是实现大规模碳中和最具潜力的解决方案,然而对其泄漏引发的生态风险的量化研究相对较少,导致风险管理决策效率低下。该研究耦合物种敏感度分布法(SSD)和计算流体动力学(CFD)开发了CCUS封存CO泄漏的生态风险评估法。采用SSD对陆地生态系统中典型物种的毒性数据进行拟合并计算其基准值,采用CFD对不同场景下的受体暴露浓度开展模拟预测,采用商值法计算生态风险指数,通过Google Earth实现可视化表征,并提出合理化建议。研究表明,在SSD模型中,急、慢性效应数据最优拟合模型分别为Weibull CDF和SGompertz,生态毒性基准浓度值HC分别为3.25%与0.98%。在模拟的极限泄漏场景中,黄土峁梁地区CCUS示范区生态风险面积受季节风向与风速的影响较大,任何气象条件下均存在一定范围的生态风险分布,高等级生态风险范围最小为160 m,实施精准的监测并开展生态风险补偿是必要的。该研究可为CCUS大规模应用潜在的CO泄漏风险预测及应急管理提供理论支撑。

中国CO_2地质封存及增强地热开采一体化的初步探讨

地热资源作为一种可再生清洁能源,具有较大的开发潜力。对CO2进行地质封存的同时,将CO2作为一种资源,增强地热开采是一种新技术。对2类不同地热资源开采(干热岩型、水热型)与CO2地质封存相结合的一体化技术进行讨论,并针对国内西北某典型咸水层CO2捕获与封存(CCS)示范项目特定地质条件,对比分析相同生产井/注入井条件下,CO2与水分别作为工质流体在井内流动的压力变化,以及二者在2类不同储层条件下各自的热提取率,并进行相应的碳封存量、安全性和经济性分析,发现采用CO2代替水作为工质流体开采地热资源具有显著的优势。数值模拟结果显示,在我国开展CO2地质封存与增强地热开采一体化技术具有较强的可行性。

双碳目标下煤气同采技术体系构想及内涵

“双碳”的确定对煤气同采发展理念提出了绿色低碳的新要求。立足我国以煤为主的能源禀赋特点,针对煤矿CH_(4)-CO_(2)双重碳减排技术难题,通过探究煤矿瓦斯高效精准抽采、煤矿瓦斯全浓度梯级利用及煤层CO_(2)捕获-封存-利用等关键技术问题,提出了以煤矿CH_(4)-CO_(2)近零碳排放为核心的全生命周期煤气同采技术体系构想,从低碳融合技术与负碳技术两方面阐述了该构想体系,并简化分析了相应的碳源汇机制。煤矿瓦斯高效精准抽采涵盖瓦斯含量精准原位测定、瓦斯涌出量精准预测、瓦斯高效抽采区域精准辨识、瓦斯抽采精准施工设计、瓦斯抽采精准增透及瓦斯抽采精准调控;在瓦斯全浓度梯级利用方面,提出了高浓度瓦斯直接利用、乏风瓦斯及低浓度瓦斯提浓增效技术为主的阶梯式综合利用体系;煤层CO_(2)封存作为典型负碳排放技术已处于商业运行阶段,笔者及其团队则聚焦煤矿CH_(4)-CO_(2)近零碳排放核心,提出了CO_(2)煤矿采空区吸储与植被固碳理念。最后阐述了双碳目标下煤气同采技术体系的发展方向:①“地质透明化-抽采智慧化”与瓦斯精准抽采深度融合技术;②瓦斯富集-提浓-利用一体化技术及装备;③“CCUS+生态碳汇”全域负碳排放技术;④煤气同采全生命周期CH_(4)-CO_(2)动态监测及管控技术体系。通过该构想的逐步实施,为我国煤炭行业碳中和目标实现提供新的发展思路。

以CuO为氧载体处理市政污泥的化学链燃烧

基于双极燃料反应器的化学链燃烧装置,以CuO为氧载体,对污泥化学链燃烧进行实验研究。反应器稳定运行,以反应器温度(750℃～850℃)、不同质量分数的CuO(0～100%)为参数,热重分析法和HSC热力学模拟为方法,探究对污泥化学链燃烧性能的影响。研究表明,温度的增加、碳转化率和CO_2的捕获效率升高,降低了出口烟气中可燃性气体的浓度。污泥的着火温度为Ti=267.5℃,挥发分特性指数为D=2.6×10-5,有效降低了污泥样品反应的初始热解温度,加快污泥样品的处理速度。加入足量的氧载体CuO加快了碳转化速率,有效消耗了产生CO所需的反应物,提高了出口气体中CO_2的含量,占比高达99.8%,未产生副产物有毒有害气体CO。SEM表征显示,氧载体由于释放晶格氧形成了空腔的结构,有利于再次氧化形成新的氧载体,具有较好的循环稳定性。