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新知 | CCUS技術(shù)?人工碳循環(huán),新思路新技術(shù)新風(fēng)口!

2021-7-28 15:17 來(lái)源: 新華報(bào)業(yè) |作者: 謝詩(shī)涵

新技術(shù)降低捕集成本


 全球氣候變暖問(wèn)題加劇,CCUS技術(shù)被看作是最具發(fā)展前景的解決方案之一。然而,這一技術(shù)目前最大困境在于成本太高?!霸谔疾都?、利用與封存全流程中,捕集分離的成本占約70%?!毙ゎ=榻B,根據(jù)燃燒狀態(tài)不同,碳捕集目前主要有三種方式,分別是燃燒前脫碳、燃燒中脫碳和燃燒后脫碳。燃燒前脫碳(即前端脫碳)是指將煤氣化后將二氧化碳和氫分離,即煤制氫的過(guò)程。這種脫碳方式實(shí)際上最后我們?nèi)紵牟皇翘迹菤?;燃燒中脫碳則主要是利用氧和碳生成二氧化碳的原理進(jìn)行碳捕,但前提要求使用富氧而非空氣進(jìn)行燃燒。“這兩種方式成本較高,能耗也較高,所以目前大部分采用的是燃燒后脫碳技術(shù)?!?/div>

  據(jù)了解,燃燒后脫碳技術(shù)的常規(guī)方式是醇胺法,即用醇胺溶液先吸收煙氣中的二氧化碳,隨后再通過(guò)加熱再生的方式將捕集到的二氧化碳脫附收集。“盡管這種方式吸附容量大,分離比高,但是脫附再生能耗大,從經(jīng)濟(jì)成本上來(lái)說(shuō)不太劃算?!敝荑じ嬖V《科技周刊》記者,相比于化學(xué)吸收法,利用固體材料進(jìn)行二氧化碳物理吸附近年來(lái)在碳捕集領(lǐng)域備受青睞。

  7月中旬,南工大材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工學(xué)院王軍教授課題組合成自成型含鐵絲光沸石吸附劑,其突破性成果被《科學(xué)》(Science)雜志刊發(fā)?!昂突瘜W(xué)吸收不同,我們這項(xiàng)成果的捕集是物理作用,含鐵絲光沸石吸附劑在吸收二氧化碳后,很容易脫附解吸二氧化碳。相比于醇氨溶劑的逆反應(yīng),成本更低?!弊鳛榇苏撐牡牡谝蛔髡?,周瑜解釋,這項(xiàng)成果所用到的沸石材料成本非常低,并且在合成后無(wú)需再成型,因此非常環(huán)保;此外,通常在分離過(guò)程中,實(shí)際氣體中都有水汽,有的吸附劑遇水不穩(wěn)定,大部分吸附劑的親水性導(dǎo)致分離二氧化碳時(shí)受水汽干擾嚴(yán)重。因此,常常需要先干燥再吸附,而含鐵絲光沸石吸附劑分離性能不受水汽干擾,且可以反復(fù)循環(huán)使用。

  實(shí)驗(yàn)顯示,團(tuán)隊(duì)合成的含鐵絲光沸石吸附劑在室溫298 K、1個(gè)大氣壓條件下,其吸附量為219立方厘米每立方厘米,是迄今報(bào)道的最高值。更重要的是,所得材料對(duì)氬氣、氮?dú)?、甲烷等表現(xiàn)出良好的篩分能力,其分離效率比工業(yè)基準(zhǔn)13X沸石吸附劑高出多個(gè)數(shù)量級(jí)。就能耗而言,當(dāng)下的工業(yè)基準(zhǔn)13X沸石吸附劑在分離二氧化碳/甲烷(50/50)混合氣時(shí),回收一公斤二氧化碳需要消耗0.97兆焦能量,而這種新型吸附劑每吸附一公斤二氧化碳僅需消耗0.7兆焦能量。“在純度相同的情況下,我們的吸附劑對(duì)二氧化碳的回收率大于95%,甲烷的回收率能從61.9%提升到96.9%。”王軍說(shuō)。

  “相較于氣液系統(tǒng),氣固系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于能耗低,降低碳捕集成本?!毙ゎ=榻B,今年6月,東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院參與的國(guó)內(nèi)規(guī)模最大燃煤電廠二氧化碳捕集示范工程成功投運(yùn),此項(xiàng)目中所用到的千噸級(jí)燃煤煙氣二氧化碳固體吸附工業(yè)驗(yàn)證系統(tǒng)也正是利用碳酸鈉顆粒對(duì)二氧化碳進(jìn)行吸附。“在還原二氧化碳時(shí),溶液氣化反應(yīng)時(shí)需要將溶劑加熱,因此能耗大,而顆粒加熱能耗則要低很多,成本也相應(yīng)下降?!毙ゎUf(shuō)。

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