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關注創建者:王靖雯 創建時間:2023-06-02

碳利用的實例教程
CCUS是溫室氣體減排的關鍵技術,其發展對于促進化石能源的高效利用、如期實現“雙碳”目標愿景具有重要意義。目前,我國CCUS仍處于發展早期,部分先進技術尚處于研究階段。未來,隨著政策支持不斷、關鍵技術逐步成熟以及各行業巨大減排需求拉動,我國CCUS將向著低成本、商業化、集群化方向發展,產值規模有望在2050年突破3,000億元。
發展概況
CCUS定義
碳捕集、利用與封存(Carbon Capture, Utilization and Storage,簡稱 CCUS)是指將CO2從工業過程、能源利用或大氣中分離出來,直接加以利用或注入地層以實現CO2永久減排的過程[1]。按照技術流程,CCUS主要分為碳捕集、碳運輸、碳利用、碳封存等環節。其中,碳捕集主要方式包括燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒等;碳運輸是將捕集的CO2通過管道、船舶等方式運輸到指定地點;碳利用是指通過工程技術手段將捕集的CO2實現資源化利用的過程,利用方式包括礦物碳化、物理利用、化學利用和生物利用等;碳封存是通過一定技術手段將捕集的CO2注入深部地質儲層,使其與大氣長期隔絕,封存方式主要包括地質封存和海洋封存。
政策環境:政策助力CCUS技術推廣和示范工程建設
CCUS是目前實現大規模溫室氣體減排的重要技術手段。短期內,我國以石油、煤炭等化石能源為主的能源結構難以改變,發展CCUS可促進化石能源的高效利用,加快傳統高排放行業的轉型發展,對我國實現“雙碳”戰略目標具有重要意義。近年來,我國出臺了一系列政策促進CCUS發展,具體內容包括推動CCUS示范工程建設、加強CCUS技術推廣示范、將CCUS納入綠色債券目錄等。
展開 圖4 富氧燃燒碳捕集原理圖及其主要特征(上)富氧燃燒捕集技術(下) 圖源/MAN Energy Solutions
3.燃燒前捕集
燃燒前捕集是指在燃燒前去除CO2。首先,水蒸汽甲烷重整或氣化(如天然氣、煤或生物質)產生合成氣。隨后,合成氣發生水-氣變換反應將一氧化碳和水轉化為氫氣和CO2。CO2濃度高且可被分離,而剩余氫氣作為燃料使用。
圖5 燃燒前碳捕集原理圖及其主要特征(上)燃燒前捕集技術(下) 圖源/ MAN Energy Solutions
碳利用
捕集的CO2可作為原料應用于眾多工業流程。但這些機遇的開發需要基礎設施設計師、生產商和運營商在基礎設施領域更緊密合作。
1.碳輸送
CO2在捕集后輸送至工業用戶或封存地點。鹿特丹港正在建立一個收集網絡以整合和分配CO2。大多數CO2排放者缺乏管理排放的專業知識。而這里公用事業公司可以介入,因為發電廠是最大的排放源,所以必須采取行動。公用事業公司可以結合CO2捕集方面的專業知識與自建帶有CO2輸配功能的工業中心,將提供碳管理作為一種服務。
圖6 Porthos項目:全范圍二氧化碳管理 圖源/MAN Energy Solutions
2.碳利用
CO2利用是指在工業或化工流程中直接或間接使用CO2生產有價值的含碳產品。并非所有的利用方案都能永久去除CO2,多數方案仍需要大量的可再生能源。
圖7 二氧化碳利用路徑 圖源/MAN Energy Solutions
碳封存
碳封存是將CO2儲存在油氣田或鹽堿含水層等地表下,該技術可追溯到20世紀70年代。
展開 本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2021年第6期
作者:張賢,李陽,馬喬,劉玲娜
來源:我國碳捕集利用與封存技術發展研究[J].中國工程科學,2021,23(6):70-80.
編者按
碳捕集利用與封存是將二氧化碳從能源利用、工業過程等排放源或空氣中捕集分離,通過罐車、管道、船舶等輸送到適宜的場地加以利用或封存。碳捕集利用與封存技術,可以實現化石能源利用近零排放,促進鋼鐵、水泥等難減排行業的深度減排,而且在碳約束條件下,可以增強電力系統靈活性、保障電力安全穩定供應、抵消難減排的二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體排放,是實現碳中和目標不可或缺的重要技術選擇。
中國工程院李陽院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2021年第6期發表《我國碳捕集利用與封存技術發展研究》一文,對我國碳捕集利用與封存技術水平、示范進展、成本效益、潛力需求等進行了全面評估。文章指出,我國碳捕集利用與封存技術發展迅速,與國際整體發展水平相當,目前處于工業化示范階段,但部分關鍵技術落后于國際先進水平。在工業示范方面,我國具備了大規模捕集利用與封存的工程能力,但在項目規模、技術集成、海底封存、工業應用等方面與國際先進水平還存在差距。在減排潛力與需求方面,我國理論封存容量和行業減排需求極大,考慮源匯匹配之后不同地區陸上封存潛力差異較大。
展開 CO?利用
CO?的資源化利用方式主要有:化工利用、生物利用和礦化利用。
CO?的化工利用是指以CO?為原料,與其他物質發生化學轉化,產出附加值較高的化工產品,如甲醇、碳酸鹽、乙酸、乙醇等。但由于CO?是一種惰性氣體,需要大量能量才能使其發生化學反應,這意味著將其轉化為其他產品的成本可能會很昂貴,克服這個問題就需找到不需要消耗大量能量的產品,或者找到轉換CO?的低能耗方法?;瘜W轉化產品涉及多個領域,可轉化二氧化碳量級在十萬噸/千萬噸級。
CO?生物利用技術是指,通過模擬自然界中植物和微生物等的自然光合作用過程,設計和構建出全新的人工光合體系與路徑,從而將CO?更加高效地轉化為合成化學品和農業產品。目前微藻固碳技術是被廣泛關注的方法,主要以微藻固定CO?轉化為液體燃料和化學品、生物肥料、食品和飼料添加劑等。
此外,受天然生物固碳的啟發,解析天然生物固碳酶的催化作用機理,融合各類技術創建了全新的人工固碳酶和固碳途徑。在眾多的碳利用技術中,融合合成生物學手段的人工生物轉化CO?技術扮演著尤其重要的角色:一方面實現高效的人工生物固碳,能夠有效減少溫室氣體的排放量,加快向碳中和轉化的推進步伐;另一方面還為解決糧食安全、太空探索等重大課題提供了關鍵思路。但該類技術距離商業化落地至少還需10年的時間。
展開 撰文 | 張書銘
編輯 | 郭郭
環球零碳
碳中和領域的《新青年》
摘要:為了在2050年實現零碳排放,碳捕集利用與封存(CCUS)技術起到至關重要的托底作用。最近,使用固體吸附劑的二氧化碳捕集技術吸引了極大的關注,如鈣基固體吸附劑和生物炭等。IEA預估利用CCUS技術,從2017年到2060年可以減少280億t的CO2排放。巨大的期望會驅使著下一代碳捕集技術在材料的創新、工藝或設備的改進,最終將使得投資運營成本降低并投入商業化發展。

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二、溫室氣體核算與碳交易基石
隨著碳交易市場的日益成熟,對二氧化碳(CO?)、甲烷(CH?)等溫室氣體的精確計量變得十分重要,這不僅關系到國家層面的碳排放統計,更直接涉及企業的經濟利益,在碳捕獲、利用與封存(CCUS)技術中,氣體質量流量計用于監測捕獲效率和輸送過程中的氣體流量。
:二氧化碳資源化利用、低碳、零碳、負碳技術研發、碳捕獲、利用與封存、生態固碳;
碳監測與服務:碳排放監測與檢測儀器、碳核算、碳認證、碳咨詢、碳金融、碳匯;
生物基與可降解產業:生物基化學品、可再生化學品、生物基溶劑、生物燃料、生物煉制技術、加工技術、二氧化碳原料;
2026上海國際碳中和科技展覽會-組委會
一、發改委推動高效節能電機發展,助力碳達峰目標實現
近日,國家發展改革委聯合多部門印發《關于統籌節能降碳和回收利用 加快重點領域產品設備更新改造的指導意見》(發改環資〔2023〕178號,以下簡稱《指導意見》)。該文件旨在通過統籌推進重點領域產品設備的更新改造和回收利用,提升高效節能產品設備的市場占有率,助力實現碳達峰目標。
包括支持以下應用的仿真解決方案:排放追蹤與控制;碳捕獲、利用與儲存;水處理與管理;以及環境噪聲、粉塵和軌道空間碎片。
材料循環。包括材料管理與選擇、包裝、輕量化、化學安全性、合規性和可追溯性、回收與再利用等。
能源解決方案。聚焦于以下應用的仿真解決方案:風能、太陽能、氫能、核能以及其它可替代能源;綜合能源系統;儲能解決方案;電機;以及快速充電電池和燃料電池。
制造與運營效率。
1.二氧化碳資源化利用
2.低碳、零碳、負碳技術研發
3.碳捕獲、利用與封存
4.生態固碳
碳監測與服務
1.碳排放監測與檢測儀器
2.碳核算
3.碳認證
4.碳咨詢
5.碳金融
6.碳匯
生物基與可降解產業
1.生物基化學品
2.可再生化學品
3.生物基溶劑
4.生物燃料
5.生物煉制技術、加工技術
6.二氧化碳原料
3D 仿真數據中心模型與液體冷卻 1D 流動網絡之間的連接示意圖</p><p class="ql-align-justify"><strong>核心優勢:</strong></p><p class="ql-align-justify">1??利用智能庫、自動求解器和一鍵報告生成功能,簡化建模、求解和報告編制</p><p class="ql-align-justify">2??利用碳使用分析和能效報告
如圖6a所示,Chen等人利用碳量子點(CQDs)構建了一個類似celoisa的三維、高度石墨化的導熱碳網絡。聲子的平均速度和自由路徑可以通過煅燒和交聯反應來控制。得益于sp2雜化有序多孔碳的聲子強熱振動,其導熱系數提高了236%。此外,超支化有序碳網絡提供了有效的導熱路徑,提高了復合材料的導熱性能(圖6b)。定向多孔碳提供了足夠的孔隙體積來有效地限制PEG分子。
如圖6a所示,Chen等人利用碳量子點(CQDs)構建了一個類似celoisa的三維、高度石墨化的導熱碳網絡。聲子的平均速度和自由路徑可以通過煅燒和交聯反應來控制。得益于sp2雜化有序多孔碳的聲子強熱振動,其導熱系數提高了236%。此外,超支化有序碳網絡提供了有效的導熱路徑,提高了復合材料的導熱性能(圖6b)。定向多孔碳提供了足夠的孔隙體積來有效地限制PEG分子。
02
成果掠影
近期,四川大學吳宏教授和郭少云教授團隊利用碳纖維各向異性的抗磁性,以一種簡單、高效的俄羅斯方塊式堆砌工藝和碳化處理制備了三種的碳纖維定向骨架。該團隊通過調控碳纖維含量、磁場方向和初始堆砌密度,骨架的厚度(0.5-1 mm)和取向方向(水平、對角和垂直)均可調控。
另外,碳中和產業網的建設還面臨著技術和經濟上的挑戰,一方面,需要研發和應用先進的碳捕集、碳利用和碳儲存等負碳技術,以實現高效的碳減排和利用;另一方面,碳中和產業網的建設需要巨大的投資和資金支持,同時還需要建立健全的政策和法規體系,提供相應的激勵和支持措施,以吸引更多的資源和資金參與到碳中和產業網的建設中來。