二氧化碳捕集技術的案例
CCUS碳捕集-二氧化碳捕集技術匯總
CCUS
針對全球氣候問題，2008年的G8峰會上，八國集團提出，在2020年前后普及CCS技術。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。
展開 保證人類零碳未來的托底技術 ——碳捕集利用與封存（CCUS）技術路線利弊分析
IPCC（政府間氣候變化專門委員會）關于全球變暖1.5℃的特別報告指出，CCUS（碳捕集利用與封存）技術可以有效改善全球氣候變化，并明確指出CCUS技術對于在2050年實現零碳排放具有重要意義。
根據2015的巴黎氣候大會披露的減碳圖表，可以看出CCUS技術主要是在2030年之后全球將逐漸發力于二氧化碳的移除，而這與中國2030碳達峰的目標不謀而合。
來源：Rhodes CJ. The 2015 Paris Climate Change Conference: Cop21. Science Progress 2016;99(1):97-104.
02
主流減碳技術總結
碳減排首先第一步是將二氧化碳捕集，后續可將捕集的二氧化碳直接封存也就是CCS，或是把二氧化碳能源化或資源化也就是CCU。在這些步驟中，二氧化碳捕獲是最關鍵的技術，因為它占整個CCS運營成本的70%以上。CO2捕集的方法可按照對燃料、氧化劑和燃燒產物采用的措施，可以分為燃燒前捕集、純氧燃燒和燃燒后捕集3大類，如下圖所示。
來源：北極星大氣網
燃燒前捕集是相對成本較低、效率較高的一種方法。
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！
、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。
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 
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。
展開 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
圖文摘要｜Graphical abstract
圖1 項目三維效果圖
圖2 項目全景圖
文章簡介｜Introduction
本文介紹了150kt/a 煙氣CO2捕集項目的背景，該項目是國內已建成的規模最大的煙氣碳捕集項目。項目目標是建設國內首個燃燒后CO2捕集與咸水層封存示范工程，優化燃燒后CO2捕集咸水層封存全過程系統，掌握關鍵技術，實現低能耗燃煤電廠碳捕集與近零排放。對捕集系統的工藝與消耗進行了分析，進行了全系統節能優化，蒸汽消耗≤1.27 t/t CO2，吸收劑損失≤1.0 kg/t CO2，對工程健康、安全、環保進行了論述，并提出了運行分析測試方案。
引言
2019年，中國碳排放量超過110億噸，約占全球碳排放量的30%，實現碳中和所需的碳減排遠高于其他國家。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。
展開 潘繼平：『CCUS-EOR』管輸二氧化碳驅油與提高采收率問題研究| 國際石油經濟
綜合分析認為，截至2021年底，全國適合二氧化碳氣驅提高采收率的探明石油地質儲量超過100億噸，如果采收率平均提高10個百分點，可增加技術可采儲量10億噸以上，增儲上產潛力巨大。
3.1.3 成熟的油氣管輸技術為二氧化碳管道運輸提供了扎實的技術基礎
經過近20年的快速發展，中國擁有超過17萬千米油氣管道，形成了各種條件下油氣管道設計、建設與運維技術體系，積累了豐富的運營和管理經驗，培養了人才。國家油氣管網集團的成立，進一步整合提升了油氣儲運技術和人才。石油企業在CCUS-EOR示范中，探索并掌握了一定的二氧化碳管道運輸技術，同時國外有關技術、成功經驗和運營模式為中國企業提供了有效借鑒和參考。這些為大規模發展二氧化碳管道輸送奠定了技術基礎，未來中國大規模發展二氧化碳管道運輸是可行的。
3.2 面臨的挑戰
3.2.1 碳捕集能力不足和自然二氧化碳資源相對匱乏，導致二氧化碳氣源供應能力不足
國外經驗表明，豐富的二氧化碳資源——包括來自天然油氣田或者人工捕集等的資源，是CCUS-EOR及二氧化碳管道快速發展的基本條件和關鍵因素。勘探實踐表明，中國天然二氧化碳氣田、油氣田伴生資源并不豐富，截至2021年，全國累計探明天然二氧化碳可采儲量不足2000億立方米，年產量約為10億立方米，遠不及美國的產量。美國僅McElmo Dome氣田年產二氧化碳就超過100億立方米。目前看，未來中國大力發展CCUS-EOR及相應管道運輸，主要依賴來自人工捕集的二氧化碳。受技術和成本等多因素制約，目前中國二氧化碳捕集能力有限，已有的捕集項目規模較小，供應能力嚴重不足。缺乏豐富而廉價的二氧化碳資源，在供給體系上從根本上制約了中國CCUS-EOR及二氧化碳管道運輸的大規模快速發展。
展開 綠色技術 | 新型二氧化碳化學鏈礦化利用CCUS技術
新型二氧化碳化學鏈礦化利用CCUS技術
該技術采用CO?化學鏈礦化利用技術路線，通過構建化學鏈反應，以專有的鹽溶液為載體，將工業尾氣中的二氧化碳和含鈣的工業固廢如電石渣、鋼渣或硅酸鹽礦石等原料，通過濕法間接礦化反應，將各種CO?濃度的工業廢氣在常溫常壓下快速完成礦化反應，CO?脫除率可達90%以上。同時得到具有經濟價值的微米級碳酸鈣（CaCO3）產品，鹽溶液則在過程中可循環利用。
該技術提供了大規模、低成本二氧化碳捕集利用與封存解決方案，實現二氧化碳減排、大宗固廢減量和資源循環利用，同時生成高附加值綠色碳酸鈣產品，可以廣泛應用在建筑、塑膠、造紙、涂料等行業，技術經濟性良好。
該技術已在某集團成功完成了全球首個火電廠CO?化學鏈礦化捕集利用技術1000噸/年研究與示范項目，經組織院士專家評價，達到國際領先水平。該技術在全球權威技術競賽XPRIZE Carbon Removal碳去除大賽中入圍全球TOP 60，成為全球礦化技術路線唯一入選的中國公司。
新型二氧化碳化學鏈礦化利用CCUS技術原理
技術價值
應用范圍：
該技術應用可適用于火電、鋼鐵、石化、水泥等行業，可為上述行業提供碳減排的技術解決方案。
解決痛點：
（1）解決了傳統的CO?礦化技術能耗高、經濟性差、實現工業化推廣應用的難題；
（2）該技術無需對CO?進行捕集提純，大幅簡化了流程，降低了投資和運營成本；
（3）該技術易于工業放大，單體項目可以處理百萬噸級以上的CO?。
展開 技術 | 二氧化碳氣保焊氣孔形成的因素及控制措施
1.電流、電壓的匹配
焊接電流和電弧電壓是焊接過程中最重要的參數。焊接電流主要決定于送絲速度，二者大致成正比關系。另外，焊接電流的大小還與電流極性、焊絲的干伸長、氣體成分和焊絲直徑等有關。電弧電壓的選用與焊接電流及合適的熔滴過渡形式有關。熔滴過渡的穩定性決定著焊接過程的平穩和飛濺的大小。對于細絲CO2焊接，電弧電壓和焊接電流的匹配關系見下圖。
2.焊絲干伸長
焊絲干伸長是指從導電嘴到焊絲斷頭的距離。干伸長太大，電弧不穩，難以操作，同時飛濺也較大，有可能破壞氣體保護層而產生氣孔。相反，干伸長過小時，電流增加，弧長變短，飛濺金屬大量黏附到噴嘴內壁，也容易影響CO2氣體的保護效果，導致氣孔的出現。
焊絲干伸長與焊絲直徑相關，一般認為符合以下公式：
L=10d mm
式中：L——焊絲干伸長 d——焊絲直徑
同時，干伸長還隨焊接電流的增大而略微有所增大。
3.保護氣體流量
氣體保護焊時，保護氣效果不好將產生氣孔。正常焊接情況下，保護氣流量與焊接電流有關。焊接電流在200A以下時，保護氣流量為10 L/min ~15 L/min,焊接電流在200 A 以上中厚板焊接時保護氣流量為15 L/min ~25 L/min。
另外，工作場地風速大時（大于2 m/s）焊縫中氣孔明顯增加，需增大保護氣流量或采取必要的防風措施。
4.焊工實際操作水平對氣孔產生的影響
具體規范操作如下：
1) 平焊時焊槍與焊縫的平面夾角應保持在65°左右，焊接時運行要平隱，焊槍不能忽高忽低，忽快忽慢，如果焊接場地風力過大時可用U型框架放在焊接區旁邊，因為U型框架可以擋住來自幾個方向的風避免對焊接區干擾，而且又可以防止弧光不傷害周圍工作人員的眼睛。
2) 橫焊時焊槍與母材應保持在45°的夾角范圍
展開 光州科學技術院開發富磷銅正極 將二氧化碳轉化為丁醇
為了解決這一問題，韓國光州科學技術院（Gwangju Institute of Science and Technology）的研究人員，提出一種借助磷化銅（CuP2）直接產生1-丁醇的過程，而無需先進行CO二聚反應。“我們正在開發銅基電極，以進行CO2電化學轉換，從而避免*CO二聚，并提升產物選擇性，減少分離過程產生的額外功耗。”
目前已有很多銅基電催化劑，但這是使用CuP2開發具有高度產物選擇性電催化劑的首批示例之一。它可以誘導C-C偶合反應，避免形成CO。眾所周知，CO是銅基系統中的關鍵中間體。研究人員通過表面增強型紅外吸收光譜證實了這一點，使用其CuP2電催化劑，可以獲得理想的1-丁醇產物，同時法拉第電流效率>3%。
這一發現具有重要意義。研究人員表示：“我們的目標是設計出新的可堆疊電極，并提高生產率和轉化效率，從而實現將CO2轉化為實際使用燃料的目標。”
-END-
展開 CCUS技術的減排效果如何？每年減排二氧化碳300萬噸！CCUS到底有多重要！
寧夏寧東能源化工基地是國家重要的能源化工基地和現代煤化工產業基地，煤化工項目集中，二氧化碳排放大、來源足、濃度高、易捕集，以國能寧煤400萬噸煤制油項目為例，易于捕集的98.5%以上濃度二氧化碳排放1245萬噸/年，具有開展CCUS項目十分優越的碳源條件。寧東基地距長慶油田寧夏油區130公里左右，長慶油田是國內第一大油氣田，年產油氣當量6500萬噸，有著適合二氧化碳驅油的油藏地質資源，2014年至今一直在開展CCUS科研攻關和現場實踐，先后解決了油藏、注采、地面工程三大領域12項關鍵技術難題，已獲得CCUS技術授權發明專利20件，編制標準規范5項，形成了適合黃土塬地貌“三低”油藏混相驅替、防腐防氣竄、二氧化碳循環利用等為核心的CCUS技術模式，建成了CCUS國家先導試驗示范工程，培養了一批專業技術人才，為CCUS工業化推廣應用奠定了堅實基礎。
寧夏300萬噸CCUS示范項目總投資約102億元，項目分為三期。一期項目2023年5月開工，總投資約13.7億元，計劃2024年建成投運。二期項目2024年開工，總投資約28.6億元，2025年底建成投運。三期項目總投資約60億元。項目建成達產后，每年可減排二氧化碳可達300萬噸，30年運營期內，可累計注入二氧化碳7450萬噸，累計增油1700萬噸以上。
CCUS中的碳捕集技術究竟是什么，包含了哪些技術？
碳捕集技術，也稱為二氧化碳捕獲技術，是指應用各種化學、物理和生物技術來從工業、能源等生產過程中分離出二氧化碳等溫室氣體，以減少其對大氣層的排放。其原理是在產生二氧化碳的過程中，將氣體從煙氣或氣流中抽出，用特定的化學方法將其與吸附材料接觸，通過化學反應的方式吸附二氧化碳，從而使其被從環境中移除。
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。
展開 深度解析：碳捕集、利用與封存（CCUS）技術工藝及其適用性
主流碳分離技術優劣勢分析（來源：DeepTech）
除了以上三種對化石燃料和工業過程產生的二氧化碳進行捕集的傳統CCUS捕集技術。近年來，生物質能-碳捕集（BECCS）技術和空氣碳捕集（DACCS）技術也取得了一定的發展。生態環境部環境規劃院按照可持續發展情景估計，到2070年，生物質能和空氣碳捕集途徑占比將進一步上升，從2050年的19.6%上升至36.2%。
生物質能-碳捕集與封存（BECCS）技術利用植物的光合作用，結合生物質能和CCUS來實現溫室氣體負排放，將大氣中的二氧化碳轉化為有機物，并以植物生物質的形式積累存儲下來，在長期緩解二氧化碳排放方面具有明顯優勢，在全球范圍內具有可觀的碳潛力。目前美國、英國等一些發達國家進行了BECCS相關的示范工程，預計接下來將有更多的國家投入到這一領域。
生物質能-碳捕集與封存（BECCS）示意圖
直接空氣碳捕捉（DACCS），指利用化學反應，將空氣中的碳提取出來，當空氣經過裝有液體溶劑或固體吸附劑（均為常見的化學品）的裝置時，二氧化碳會留在溶劑或吸附劑中，而其他成分則離開裝置回到空氣中。當溶劑或吸附劑“裝滿”了二氧化碳后，對充滿二氧化碳的溶劑或吸附劑進行加熱脫碳，溶劑或吸附劑得以循環利用，而脫出的二氧化碳被注入并封存在地層，或者被直接利用。至今技術最成熟的幾個公司分別是Climeworks, Carbon Engineering和Global Thermostat。
展開 鄭州大學橡塑模具團隊《Nano Energy》：在超臨界二氧化碳發泡（scCO2）技術制備高性能摩擦納米發電機方面取得進展
圖1.超臨界二氧化碳（scCO2）表面受限發泡的原理圖（a）和在不同的發泡工藝條件下的發泡材料基摩擦納米發電機輸出性能（b,c）及功率密度圖（d）。
此外，制備的柔性摩擦納米發電機具備優異的摩擦電性能和自供電傳感性能。能夠為電容器充電，自發點亮LEDs，驅動計算器等小型電子器件；還能夠檢測諸如拉伸、彎曲、扭轉等變形，以及監測人行走步態的變化等。
圖2.發泡材料基摩擦納米發電機摩擦電性能和自供電傳感性能。
該研究通過超臨界二氧化碳（scCO2）表面受限發泡法制備了可用做摩擦發電機正電極的性能優異的TPU多孔薄膜，為批量化制備高性能TENG提供了一種綠色、高效的新方法，并為設計具有互補結構的摩擦材料，提供了新見解。該研究得到了國家自然科學基金（12072325）和國家重點研究計劃（2019YFA0706802）的資助。
展開 comsol注二氧化碳驅替瓦斯 ￥100
二氧化碳是造成溫室效應的主要原因，甲烷是煤礦生產的主要危害，同時又是一種新型的潔凈能源。然而我國煤層滲透率普遍較低，不利于甲烷的抽排，注入二氧化碳驅替甲烷可以顯著提高采收率。因此，從環保、安全和能源的角度來講，注入二氧化碳驅替煤層甲烷的開展具有重要意義。
基于 Darcy 滲流理論、Fick 擴散理論、擴展Langmuir 吸附理論以及氣體狀態方程，構建了氣體連續運動耦合方程，利用 Comsol Multiphysics 有限元數值模擬軟件進行了不同注氣壓力和不同滲透率條件下的注二氧化碳驅替甲烷數值模擬。數值模擬結果與實驗結果趨勢吻合，驅替效果良好。注氣壓力和滲透率顯著影響驅替效率，注氣壓力提高導致二氧化碳突破出氣口和置換完成的時間縮短；滲透率越低置換所需時間越長，驅替進展越緩慢。
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