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    隨著“雙碳”目標(biāo)的不斷推進，碳減排、碳捕集和二氧化碳利用封存技術(shù)也在不斷地發(fā)展迭代，目前我國得到持續(xù)推廣的有節(jié)能減排降耗的新工藝應(yīng)用，原料脫碳、煤電廠、水泥生產(chǎn)、天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠、整合氣化聯(lián)合循環(huán)電廠、生物質(zhì)能源碳捕集等技術(shù)，但空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術(shù)還存在缺失。

DAC技術(shù)的基本工藝流程

    空氣二氧化碳直接捕集的優(yōu)勢在于成本合理、規(guī)?？梢詿o限放大、可消除任何時間點排放的二氧化碳；可永久脫除空氣中的二氧化碳等?？諝舛趸贾苯硬都梢苑譃橐韵氯齻€步驟：

    第一步：空氣被通過位于收集器內(nèi)部的風(fēng)扇吸入。空氣被吸入后通過位于收集器內(nèi)部的過濾器，將二氧化碳顆粒捕獲。

    第二步：當(dāng)二氧化碳完全充滿過濾器時，收集器關(guān)閉，通過加熱使溫度上升到100°C左右；

    第三步：捕集后的二氧化碳混合一部分水被引入地表以下，通過礦化作用封存于地下，也可進行再利用，如輸送至啤酒、飲料廠使用，或轉(zhuǎn)化成合成柴油或低碳燃油用來發(fā)電。

加拿大Carbon Engineering（CE）公司的二氧化碳捕集利用及封存路線

    根據(jù)工藝中吸收劑的使用類型，直接空氣二氧化碳捕集（DAC）技術(shù)可分為液體和固體兩種。

    液體DAC技術(shù)：

    1、堿性氫氧化物溶液

    堿性氫氧化物溶液DAC技術(shù)包括兩個循環(huán)反應(yīng)，一是大氣中的二氧化碳與堿性氫氧化物（氫氧化鈉NaOH或氫氧化鉀KOH）溶液反應(yīng)生成可溶于水的碳酸鹽，二是通過苛化反應(yīng)實現(xiàn)堿性氫氧化物的再生，并將苛化反應(yīng)生成的碳酸鈣（CaCO3）加熱至900℃以上釋放出二氧化碳。

    2、胺溶液

    胺溶液吸收在二氧化碳燃燒后捕集中的應(yīng)用比較廣泛，先在環(huán)境溫度下利用胺溶液從煙道氣體中吸收二氧化碳，然后在120℃左右溫度下通過汽提使胺溶液再生。研究發(fā)現(xiàn)烷醇胺對二氧化碳具有很高的親和力，滿足從空氣中直接捕獲二氧化碳的條件。

    3、氨基酸鹽溶液

    將氨基酸鹽溶液作為吸收溶劑，通過胍氫鍵將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸鹽結(jié)晶，這種結(jié)晶的溶解度非常低進而可從溶液中過濾分離。

    氨基酸鹽溶液DAC技術(shù)流程主要分為三個環(huán)節(jié)，一是空氣中的二氧化碳與氨基酸鹽溶液反應(yīng)生成相應(yīng)的碳酸氫鹽；二是碳酸氫鹽與BIGs（Bis-iminoguanidines）作用使氨基酸鹽再生并同時得到碳酸鹽結(jié)晶，三是碳酸鹽晶體在較低溫度（80~120℃）分解實現(xiàn)BIGs的再生并得到高純度的二氧化碳。

氨基酸鹽溶液DAC技術(shù)流程示意圖

    4、堿度濃度變化

    堿度濃度變化法采用稀堿性水溶液吸收空氣中的二氧化碳，溶液與空氣達到平衡時堿度由初始堿度增至平衡堿度，隨后將溶液濃縮使溶液中溶解的無機碳增多、堿度增加至最高堿度，二氧化碳在溶液中的分壓也隨之增加，將系統(tǒng)壓力降至低于二氧化碳分壓后溶液中吸收的二氧化碳得以脫除排放，繼續(xù)將濃縮溶液稀釋使其恢復(fù)初始堿度，再重新吸收空氣中的二氧化碳并不斷循環(huán)對上述過程。

堿度濃度變化DAC流程示意圖

    固體DAC技術(shù)：

    1、固體堿（土）金屬

    有純堿（土）金屬、負載型堿（土）金屬、固態(tài)胺吸附劑三種，以純堿金屬氧化鈣（CaCO3）為例，其二氧化碳捕集過程主要包括兩步：第一步是氧化鈣與二氧化碳接觸后發(fā)生碳酸化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸鈣（CaCO3）；第二步是碳酸鈣煅燒釋放出二氧化碳，然后連續(xù)循環(huán)進行上述兩步。堿（土）金屬的氧化物或氫氧化物同樣可應(yīng)用于空氣中二氧化碳的捕集，只是由于空氣中二氧化碳的濃度遠低于煙氣中二氧化碳的濃度，導(dǎo)致空氣中直接捕集二氧化碳所需能量大幅增加。

堿（土）金屬DAC實驗流程示意圖

    2、MOFs材料

    近年來MOFs已成為DAC領(lǐng)域的研究熱點，可通過在MOFs上負載胺基，或調(diào)整孔徑及活性點位分布來獲得較強的二氧化碳吸附能力。

    3、變濕吸附

    變濕吸附DAC主要分為三個步驟：第一步是在干燥環(huán)境下，吸附劑表面的堿性基團吸附空氣中的二氧化碳；第二步是在濕度較高或水合度較高條件下，吸附劑所吸附的二氧化碳逐漸解吸；第三步是解吸后得到的二氧化碳，將其壓縮后封存或利用。

    實現(xiàn)DAC產(chǎn)業(yè)化的公司

    目前，瑞士Climeworks、加拿大CarbonEngineering及美國GlobalThermostat等公司多年來致力于DAC技術(shù)的研究，并已有多個運營成功的DAC項目。

全球現(xiàn)行DAC工廠

    目前國內(nèi)規(guī)劃和運行碳捕集利用與封存示范項目總數(shù)有百余個，涵蓋電力、油氣、化工、水泥、鋼鐵等多個行業(yè)。其中超過半數(shù)的項目建成投產(chǎn)，具備二氧化碳捕集能力超過每年400萬噸。我國DAC技術(shù)研究起步較晚，尚無DAC工業(yè)示范裝置。華能集團提出在2024年建成我國第一套DAC工業(yè)示范裝置，以填補我國在DAC工程示范領(lǐng)域的空白。浙江大學(xué)采用變濕再生工藝開發(fā)了小型DAC樣機，所捕集的二氧化碳可用于供給農(nóng)業(yè)溫室大棚。

    空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術(shù)的未來

    可見，DAC技術(shù)產(chǎn)能增量潛力巨大，為應(yīng)對全球氣候變暖，國際上大力發(fā)展空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術(shù)。美國能源部斥資12億美元補貼DAC項目，建成后預(yù)計從大氣中每年可清除超200萬噸二氧化碳，相當(dāng)于減少約44.5萬輛燃油車的年排放量，同時還創(chuàng)造多達5000個工作崗位。據(jù)了解，美國計劃在未來10年內(nèi)建立4個DAC中心，政府還將提供35億美元的補貼支持。美國能源部稱，DAC在大規(guī)模部署后，可以幫助美國實現(xiàn)到2050年溫室氣體排放中和的目標(biāo)。

    我國在2022年發(fā)布的《第四次氣候變化國家評估報告》中明確提出了二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)包含生物質(zhì)能碳捕集與封存（BECCS）和直接空氣捕集（DAC）等負排放技術(shù)。同年，國家發(fā)改委、國家能源局在《關(guān)于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機制和政策措施的意見》中明確表示中國鼓勵低碳技術(shù)發(fā)展，二氧化碳捕集技術(shù)是實現(xiàn)氣候目標(biāo)的重要支柱，DAC技術(shù)對于我國實現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義。

    空氣二氧化碳直接（DAC）捕集技術(shù)在碳中和技術(shù)的組合方案中不可或缺，其應(yīng)用價值有很大的想象空間，如應(yīng)用于石油行業(yè)驅(qū)油場景、制造生產(chǎn)合成材料、塑料、甲醇、混凝土、飲料、酒類等各種產(chǎn)品中。

    空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術(shù)在我國已進入起步階段，山藍環(huán)境也參與其中進行技術(shù)研發(fā)，歡迎更多的合作伙伴加入我們，共同促進該領(lǐng)域的快速發(fā)展。

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