二氧化碳碳捕集的案例
CCUS碳捕集-二氧化碳捕集技術匯總
CCS（carbon capture and storage）即二氧化碳的捕集和封存技術，是將CO2從電廠等工業或其他排放源分離，經富集、壓縮并運輸到特定地點，注入儲層封存以實現被捕集的CO2與大氣長期分離的技術。在此技術基礎上發展出CCUS。
碳捕集、利用與封存技術（CCUS，Carbon Capture，Utilization and Storage）是將二氧化碳從化石燃料電廠或工業設施中捕集提純，然后通過運輸投入新的生產過程加以利用，最終實現有效封存二氧化碳的目的。它在捕集、運輸、長期封存三個環節基礎上增加了對二氧化碳利用的環節，目前主要利用方式包括提高采收率、食品級二氧化碳精制，以及其他工業利用方式。與CCS相比，CCUS可以將二氧化碳資源化，能產生經濟效益，更具有現實操作性。
簡單來說，CCUS技術即為將二氧化碳捕集起來，然后繼續再利用或者封存起來的技術。那么，二氧化碳的捕集技術有哪些呢？
1、化學吸收法
化學吸收法是指化學溶劑通過與CO2發生化學反應，對二氧化碳進行吸收，當外部條件如溫度發生或壓力改變時，使得反應逆向進行，從而達到二氧化碳的解析及吸收劑的循環再生的目的。二氧化碳捕集流程圖如下圖所示：
其基本過程為：煙氣在脫硫、脫硝后，經引風機從底部進入吸收塔，同時吸收液從吸收塔的頂部噴淋而下，煙氣和吸收液在吸收塔內接觸后發生反應。
展開 氣體分離Science子刊：多孔有機骨架薄膜用于燃燒前捕集二氧化碳
【引言】
化石燃料的一大缺點就是在燃燒過程會產生大量二氧化碳等溫室氣體，從而加劇溫室效應是得氣候環境進一步惡化。然而除非可再生能源在成本上能夠合理化，在此之前化石能源依然是人類不可或缺的能量來源。因此，如何高效捕集二氧化碳就是優化化石能源使用的當務之急。傳統工業的方法較常用胺溶液的洗脫技術來實現廢氣中二氧化碳的消除，這一方法能量消耗巨大，設備成本高，亟需效率更高、更環保的方法進行替代。多孔材料以其較高的氣體吸附量、易脫附以及高選擇性等特點成為了研究人員尋求替代方案的主要方向。
利用基于多孔材料的薄膜來吸附分離二氧化碳具有操作簡便、高效環保的特點，然而膜材料自身吸附選擇性差、易老化等問題一直阻礙著相關工業技術的發展。以多孔有機骨架（POFs）膜為例，POFs的孔徑相對較大，并且目前制備連續無缺陷膜的技術依然不成熟，致使POF基膜材料的氣體分離性能大打折扣。針對大孔的問題，研究人員開發了苯并咪唑單元連接的有機多孔聚合物（BILPs），這類POFs的孔徑相對狹小，不僅更易于吸收二氧化碳，而且熱和化學穩定性也非常好。但是BILPs不溶于大多數溶劑，使得制備BILPs基薄膜變得極具挑戰性。荷蘭代爾夫特理工大學的Jorge Gascon課題組利用室溫界面聚合（IP）的方法成功制備了無缺陷的BILPs薄膜（BILP-101x），并且這一薄膜在氫氣/二氧化碳分離方面表現出優異的性能。2018年9月21日，相關成果以題為“Facile manufacture of porous organic framework membranes for precombustion CO2 capture”在線發表在Science Advances上。
展開 二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術中4種CO2運輸方式優缺點對比！
”與“碳中和”目標的實現需要大幅度優化現有能源結構和經濟發展方式，同時也需要一定規模的二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術，用以回收較難用可再生能源替代部門的CO2排放。
哈工大邵路課題組封面文章：金屬有機框架穿織高效二氧化碳捕集膜及納米復合界面評價新方法
【引言】
二氧化碳在空氣中的濃度已經達到歷史最高水平，溫室效應引發的災害凸顯。碳排放的控制與全人類的生存息息相關，大力發展清潔能源技術的同時急需開發有效的CO2捕集技術，二膜分離技術是一種能夠高效分離CO2的新型低碳技術。近年來，隨著膜分離技術的發展，傳統的聚合物膜性能逐漸落后，而無機分子篩膜受限于合成難度和高成本，目前難以大規模發展，因此催生了混合基質膜，即將多孔納米粒子填充到傳統的聚合物膜中，利用多孔無機材料促進氣體在膜內的傳輸以及改善選擇性。在眾多的多孔填料中，金屬有機框架（MOFs）由于其高度規整的次納米級孔結構和超高的比表面積近年來備受矚目，其獨特的有機無機雜化性質使研究人員可以根據不同用途對MOF進行多種多樣的化學修飾。對于混合基質膜，納米填料在聚合物中的分散性對混合基質膜的性能起決定性作用，因此通過表面修飾提高MOF與聚合物之間的相容性的研究具有重要意義。
【成果簡介】
近日哈爾濱工業大學邵路課題組采用UiO-66類型MOF作為納米填料，紫外交聯的PEO體系作為聚合物體系。通過對氨基化的UiO-66-NH2進行氨基化，使其接枝上具有高反應活性的烯丙基，得到可參與自由基反應的UiO-66-MA，從而在制膜過程中能夠使UiO-66-MA與PEO大分子單體進行聚合，以獲得良好的界面性能。結果表明UiO-66-NH2在PEO交聯膜中的分散較差，出現了明顯的團聚，并且對復合膜的性能提高較少。而添加了UiO-66-MA的復合膜中，MOF顆粒分散良好，且氣體滲透性能得到了較大程度的提高，CO2的滲透通量最高可達1439 Barrer，超過了目前大部分CO2親和性分離膜。
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CCUS前沿研究-中國礦業大學陸詩建團隊：國能錦界電廠15萬噸/年二氧化碳捕集凈化項目研究與設計經驗
在2015年11月的巴黎氣候大會上，中國提出了二氧化碳減排目標，中國的二氧化碳排放量將在2030年達到峰值，單位GDP二氧化碳排放量將比2005年減少60-65%。2016年9月，中國在G20峰會上率先簽署了氣候變化《巴黎協定》，在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。因此，減少二氧化碳排放已成為中國的一項重要發展戰略，國務院和各部委也出臺了一系列支持減排的政策。
在碳中和的背景下，CCUS作為碳中和的兜底技術，迎來了快速發展的窗口期。《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）-中國CCUS路徑研究》中，對CCUS進行了重新定位：CCUS是目前實現化石能源低碳化利用的唯一技術選擇，是碳中和目標下保持電力系統靈活性的主要技術手段。國能錦界電廠積極響應國家號召，進行了15萬噸/年燃煤機組CO2捕集與驅油封存CCUS項目建設與示范，發揮了央企社會責任，契合國家“雙碳”發展戰略。
圖文導讀
圖3 錦界電廠CO2捕集工藝原理圖
項目設計CO2捕集規模15萬噸/年，操作彈性為50%-110%，煙氣處理量為100000 Nm3/h，捕集率大于90%，產品氣純度＞99.5v%，設計再生能耗＜2.4G J/t CO2，實際運行能耗值為2.35G J/t CO2。
展開 變壓器的碳足跡和減少二氧化碳排放的潛力
分析了變壓器廠家的平均能耗，據此估算出一臺1000kVA變壓器的生產能耗為750kWh，這將產生450kg的二氧化碳排放量/變壓器。
F.產品運輸
全球對變壓器的需求是通過進口和出口的結合來滿足的，有些地區有出口，有些地區以進口為主。當產品在其生產的地區使用時，運輸距離很低，而當它出口時，它可以是數千公里的量級。在分析中考慮了1500km的全球加權平均運輸距離，其中船舶和卡車運輸的比例估計為60:40。4種變壓器設計的排放量見表6
表6產品出廠運輸CO2排放量
G.產品安裝
安裝過程能耗不高，估計1000kVA變壓器的CO2排放為60kg。
H.產品運行
這一階段產生最大的CO2排放，因為變壓器的空載損耗和負載損耗在25年的預期壽命內都將被考慮在內。
下面的計算假設變壓器在整個使用壽命期間以50%的負載率運行，空載損耗在此期間保持不變。
該計算假設在整個生命周期內CO2排放量/kWh保持不變。然而，由于未來增加的新發電能力將主要來自可再生能源，這種情況在未來將會減少
表7 1000kVA變壓器使用壽命碳排放量
I.產品的報廢和回收
生命周期的這一階段包括材料的回收和廢物的處理。回收利用的潛力是根據今天的技術來計算的。
表8顯示回收和處置的物料數量。這個階段的回收和使用具有負的排放值，因為回收是一種環境收益，如表8所示。處理其他材料(非回收)和回收后的剩余材料需要能源，估計排放量為200kg/t
表8 物料壽命結束時的回收和處置情況
J. 1000kVA變壓器的全壽命周期碳足跡
表9 總結了4種1000kVA變壓器設計的凈碳足跡。
表9 1000kVA變壓器的使用壽命碳足跡
K.節約電能潛力
由于電能發電的節約，CO2排放量減少。
展開 多孔碳納米管上完全覆蓋的皺折Ir納米片，用于長壽命可充電鋰—二氧化碳電池
因此，如何以環保的方式捕獲二氧化碳并將二氧化碳轉化為可再生能源引起了廣泛的關注。其中，作為創新能量儲存的鋰—二氧化碳電池是一種新型的綠色能源儲存和轉換系統，可以以環保的方式利用大氣中的二氧化碳。然而，現有Li-CO2電池的最大問題是它們具有高極化和差的循環性能，主要是由絕緣和不溶性放電產物Li2CO3引起的。因此，如何解決由Li2CO3引起的問題，是目前研究的熱點和重點。
【成果簡介】
近日，北京理工大學的陳人杰教授和北京大學的郭少軍教授（共同通訊作者）等報道了一種完全錨定在N摻雜碳納米纖維（Ir NSs-CNFs）表面上的起皺、超薄Ir納米片，作為改善鋰—二氧化碳電池性能的有效陰極。改善后的電池可以穩定地放電并充電至少400次循環，截止容量為1000 mAh g-1—500 mA g-1。同時，發現了目前最小電荷過電位現象，即陰極通過在100 mA g-1下顯示低于3.8 V的充電終止電壓來有效地降低電荷過電位。在放電過程中，對中間產物的非原位分析表明Ir NSs-CNFs可以極大地穩定無定形顆粒中間體（可能是Li2C2O4）并延遲其進一步轉變為薄板狀Li2CO3；而在充電過程中，它可以使Li2CO3易于完全分解，大大提高鋰—二氧化碳電池的性能。研究成果以為“Crumpled Ir Nanosheets Fully Covered on Porous Carbon Nanofbers for Long-Life Rechargeable Lithium–CO2 Batteries”題發布在國際著名期刊Adv. Mater.上。
展開 天津大學康鵬教授: 氮化鎳作為碳富集催化劑將二氧化碳氣相電解成一氧化碳
通過使用可再生能源，將CO2電催化還原為有價值的燃料和化工原料是封閉碳循環的有效途徑。盡管CO2還原前景可觀，但過電位大，電流密度低和產物選擇性差等諸多問題仍然阻礙其潛在的應用。因此，開發新型催化劑，電解槽和電解工藝來實現CO2還原的高效率和高選擇性。CO2的表面富集的策略可以通過提高局部CO2濃度來提升CO2還原的選擇性和轉化效率。但尚未得到很好的探索。Ni3N材料具有優異的催化性能，且已有應用于OER 和HER的報道，但應用于CO2RR的報道相對較少。由于Ni3N材料表面堿性位點較多，使其成為可用于CO2RR的潛在催化劑。我們在此利用Ni3N/C做催化劑，通過氣相電解將CO2高效率和高選擇性的轉化為CO。
天津大學的康鵬教授課題組采用簡單的程序升溫法在氨氣氣氛中合成了氮摻雜的Ni3N/C催化劑，表面摻氮可以有效地的增加催化劑表面的堿性位點，提高CO2的富集濃度，從而實現CO2還原的高選擇性。該催化劑在液相電解中CO的法拉第效率可達85.7%，在氣相電解中CO的法拉第效率增加至92.5%，且CO的分電流密度為23.3 mA cm-2。此外，催化劑在長達72小時的穩定性測試中催化性能基本未發生變化。這項成果于近日發表在ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES，通訊作者是康鵬教授，第一作者為侯朋飛。
【圖文速遞】
圖1. Ni3N/C材料的基本表征。
a),b) Ni3N/C 材料的低、高倍率TEM圖像。c) Ni3N/C材料的XPS 的Ni 2p譜圖。d) Ni3N/C材料的XPS 的N 1s譜圖。e) Ni3N/C, NiO/C 和Ni/C材料的XRD圖。
圖4. Ni3N/C, Ni/C 和NiO/C材料在CO2飽和的0.5 M NaCl溶液中進行電催化測試。
展開 碳捕集技術的應用領域有哪些？
在生物質能源發電廠或生物質燃料生產過程中，碳捕集技術可以用于捕集和回收這些排放的二氧化碳。捕集的二氧化碳可以進一步利用于生產合成燃料、化學品或其他有價值的產品。
5. 直接空氣碳捕集：
直接空氣碳捕集技術是一種將二氧化碳直接從大氣中捕集的方法。這種技術使用吸附劑或化學反應物質與大氣中的二氧化碳進行反應，并將其分離和捕集。這種方法可以在任何地方進行，而不僅僅局限于工業設施，因此具有廣泛的應用潛力。直接空氣碳捕集技術可以幫助降低大氣中的二氧化碳濃度，并提供一種補充的碳捕集途徑。
6. 海洋碳捕集：
海洋碳捕集是利用海洋生物來吸收和儲存二氧化碳的過程。通過促進海洋生物的生長和光合作用，可以增加二氧化碳的吸收量，并將其轉化為生物質。海洋生物還可以形成沉積物，在適當的條件下長期儲存二氧化碳。
7. 蓄能和地質儲存：
捕集到的二氧化碳可以通過地質儲存技術進行安全儲存。地質儲存通常是將二氧化碳注入地下鹽水層、油氣田或巖石地層。在適當的地質結構下，二氧化碳可以長期封存，并防止其重新進入大氣。
8. 碳利用技術：
除了儲存，捕集的二氧化碳還可以通過碳利用技術轉化為有價值的產品。例如，二氧化碳可以用作合成燃料的原料，用于化學品和材料的生產，或者用于增加植物生長的溫室氣體施肥。
以上是一些碳捕集的例子，涵蓋了不同的行業和領域。這些技術的發展和應用對于減少碳排放、應對氣候變化以及實現可持續發展目標具有重要意義。
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