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    空氣二氧化碳直接捕集技術(shù)，英文為“Direct Air Capture”，簡稱“DAC”。由于二氧化碳的來源不同，在二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）的技術(shù)領(lǐng)域，有兩種路徑：即二氧化碳捕集與封存（CCS）和空氣直接捕集（DAC）技術(shù)。

    二氧化碳捕集與封存（CCS）技術(shù)是從工業(yè)廢氣中捕集二氧化碳，目前技術(shù)比較成熟；空氣直接捕集（DAC）技術(shù)是在自然空氣中直接捕集二氧化碳，是新興的一項(xiàng)碳捕集技術(shù)。

空氣直接捕集（DAC）技術(shù)示意圖

    空氣直接捕集（DAC）技術(shù)介紹

    空氣直接捕集二氧化碳技術(shù)，分為吸附劑吸附法、溶劑吸收法、電化學(xué)法、膜分離法幾種。

    以上圖所示，它們的優(yōu)缺點(diǎn)對比

    吸附劑吸附法：解吸附困難，靈活性強(qiáng)，相關(guān)工藝成熟；

    溶劑吸收法：溶劑消耗大，整體能耗高，產(chǎn)品純度高；

    電化學(xué)法：成本高，安全性好，可利用可再生電力；

    膜分離法：選擇性低，產(chǎn)品純度低，占地面積小。

    吸附劑吸附法

基于氣體分子與吸附劑表面相互作用實(shí)現(xiàn)選擇性吸附

DAC常用的吸附劑

    空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術(shù)常用的吸附劑有金屬有機(jī)框架、沸石分子篩、胺功能化MOF、胺功能化二氧化硅（SiO?）、多孔有機(jī)聚合物、金屬氧化物、介孔硅、納米纖維等。

DAC吸附劑分類

    空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術(shù)吸附劑可分為物理吸附劑和化學(xué)吸附劑兩大類。其中物理吸附劑包括沸石分子篩、MOFs等；化學(xué)吸附劑包括胺功能化吸附劑等。

    DAC吸附劑吸附法的核心在于吸附劑和吸附工藝的選擇：

吸附劑的選擇性

吸附劑循環(huán)工作容量

    物理吸附：沸石分子篩吸附

尺寸篩分效應(yīng)

作用力差異效應(yīng)

擴(kuò)散速度差異效應(yīng)

Trapdoor（合頁門）效應(yīng)

    物理吸附劑

低壓下二氧化碳吸附容量對比

    物理吸附劑：二氧化碳（CO?）與水（H?O）的競爭吸附

    隨著水量增加，吸附量會降低，再生困難。

    應(yīng)對措施：利用干燥劑和吸附劑構(gòu)成雙系統(tǒng)，或利用疏水材料對吸附劑進(jìn)行封裝。

    本系統(tǒng)可以在溫度100℃下完成再生；在30℃下模擬空氣相對濕度為48%的條件下，在兩臺工作裝置上陸續(xù)運(yùn)行。

利用疏水材料對吸附劑進(jìn)行封裝

    吸附劑循環(huán)穩(wěn)定性

    目前，報(bào)道DAC循環(huán)穩(wěn)定性研究主要集中于30周期內(nèi)。

LiX分子篩

Lewatit VP OC 1065

    化學(xué)吸附：固體胺吸附劑

    耐水性好，水可以參與二氧化碳吸附。

    優(yōu)點(diǎn)：選擇性好、吸附量大（25℃時(shí)＞1mmol/g）；

    缺點(diǎn)：高溫穩(wěn)定性差。

化學(xué)吸附反應(yīng)示意圖

物理浸漬

化學(xué)接枝

    溶劑（溶液）吸收法

溶劑（溶液）吸收法原理

    空氣二氧化碳直接捕集（DAC）國際示范項(xiàng)目

    Carbon Collect公司：Mechanical Tree（機(jī)械樹）

    第一步：吸附

    ”機(jī)械樹“立柱垂直延伸超過10米高，裝填吸附劑捕集二氧化碳。

    第二步：降低再生

    ”機(jī)械樹“立柱被放入再生室。

    第三步：再生過程

    發(fā)生再生以釋放捕集的二氧化碳，排放的物質(zhì)從再生室排出并被處理，最后生成純度大于95%~99.9%的二氧化碳。

    第四步：恢復(fù)高度

    機(jī)械樹再次延伸到全高，并重復(fù)以上過程。

    移動(dòng)源DAC捕獲

移動(dòng)源DAC捕獲

    DAC系統(tǒng)可以安裝在列車上，利用再生制動(dòng)系統(tǒng)能量捕集自然環(huán)境空氣中的二氧化碳。

    DAC大型商業(yè)化項(xiàng)目示例

    ·100萬噸二氧化碳/年；

    ·溶劑吸收法；

    ·水分大量蒸發(fā)；

    ·建在河流、湖泊旁邊。

    ·4000噸二氧化碳/年；

    ·固體吸附法：胺功能化固體吸附劑，TVSA工藝；

    ·捕獲的二氧化碳通過自然礦化過程安全地從空氣中移除并永久儲存。

    應(yīng)用前景

    空氣中二氧化碳捕集技術(shù)在成功與應(yīng)用端耦合的情況下具有廣闊的應(yīng)用前景；

    物理吸附劑、化學(xué)吸附劑均可以實(shí)現(xiàn)高純度二氧化碳的制備；

    研發(fā)耐水、耐塵、高穩(wěn)定性的吸附劑至關(guān)重要；

    開發(fā)與吸附材料相匹配的循環(huán)工藝可以起到事半功倍的效果；

    充分挖掘各濃度二氧化碳的應(yīng)用場景有望拉動(dòng)分子篩消費(fèi)、助力碳中和。

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