浙江大学研究团队：二氧化碳捕集、利用与封存技术 | Engineering

在工业化和城市化进程中，将温室气体排入大气已经导致全球变暖、造成气候变化。二氧化碳（CO₂）是温室气体的主要来源，2018年，全球CO₂排放量达到33.1 Gt，大约占温室气体排放量的67%。因此，大气中CO₂的浓度显著增加（大约为百万分之412）。二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）是潜在的颠覆性技术，有助于应对气候变化挑战。CCUS用于捕集发电厂、工业厂房等排放源以及大气中的CO₂。捕集的CO₂可用作原料，或者注入地表深处，被永久地安全封存。

浙江大学高翔研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年7期刊发表了题目为《二氧化碳捕集、利用与封存技术》的研究性文章，指出人类活动造成的二氧化碳（CO₂）排放是引起全球变暖和气候变化的主要原因之一。绝大部分二氧化碳的排放来源于化石燃料燃烧，以及钢铁和水泥生产等工业过程。二氧化碳的排放会导致气候变化，而CCUS是一种可持续性技术，在减排方面具有前景。从这个角度而言，二氧化碳捕集着重于化学吸收技术，主要原因在于其商业化潜力。

文章对各种化学溶剂吸收二氧化碳的能力和速率进行了总结。二氧化碳的利用重点在于电化学转化途径，即将二氧化碳转化为具有潜在价值的化学品，这一途径已经备受关注。通过不同二氧化碳减排产品的法拉第转换效率，可对效率的改善情况进行说明。为了成功应用二氧化碳封存技术，需要更好地了解流体力学、地质力学以及反应运移，文章详细的讨论这几点。

文章报道了CCUS（使用生物质时，也称为生物质能碳捕集、利用与封存）是一种能大规模实现净零排放的技术，可用于现有的燃煤和燃气发电厂，有助于在发电时降低碳排放量。除了为供电行业做出贡献之外，对于在生产过程中会产生CO₂的钢铁、水泥、玻璃、陶瓷、化学品制造等工业，要实现深脱碳，CCUS可能是唯一具有可扩展性和成本效益的选择。政府间气候变化专门委员会（IPCC）和国际能源署（IEA）开展的分析表明，CCUS是实现2050年“净零”（Net Zero）目标的关键；如《巴黎协定》所述，CCUS有助于减少1/6的全球CO₂排放量，能将全球气温升幅控制在1.5 ℃以内。如果不能成功应用CCUS，应对气候挑战则会耗费更多财力。例如，在不应用CCUS的情况下，中国实现长期气候变化缓解目标需要多花费25%的费用。

文章指出，大气中CO₂排放量增多成为主要的环境问题，引发全球变暖和气候变化。就CO₂捕集而言，化学吸收是可用作商用的潜在解决方案。但是，要求技术成本降至30~50 USD·t⁻¹，捕集CO₂的能耗大约低于0.21 MWh·tCO₂⁻¹。为实现这一目标，需要采用高效且再生成本低的吸收剂，以便在成功应用该技术时降低捕集成本。就CO₂利用而言，电化学转换具有将CO₂转换为有价值的化学品的潜力。未来该技术的发展方向是开发高活性、高选择性和高稳定性的电催化剂，优化电解槽设计，在试点规模内推广示范，有利于评估该过程的整体能源效率和成本。在地下封存CO₂这一途径极具潜力，其中CO₂封存可与能源生产相结合，创造经济效益。

以上内容来自：Qingyang Lin, Xiao Zhang, Tao Wang, Chenghang Zheng, Xiang Gao. Technical Perspective of Carbon Capture, Utilization, and Storage [J]. Engineering, 2022, 14 (7): 27-32.

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原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2021.12.013