“我們的‘理想型’，要更高效，即捕集容量高、捕集速率快、解吸速率也快，同時要更低能耗、更低成本，還要具有更高的穩(wěn)定性。”郜時旺告訴記者，為了這個目標(biāo)，他和團(tuán)隊成員始終步履不停，目前已研發(fā)出8種不同的二氧化碳吸收劑，每一種都來之不易?！叭芤旱呐浞绞謴?fù)雜，千變?nèi)f化，如何找到那個最優(yōu)配方，就是要不斷地‘試’，一直試到那個能平衡所有參數(shù)和時序的配方出現(xiàn)為止?！?/div>
華能清能院CCUS團(tuán)隊成員、溫室氣體減排與清潔燃料技術(shù)部一級業(yè)務(wù)經(jīng)理王煥君博士對此感觸頗深：“僅新一代相變型吸收劑的研發(fā)，我們前后就經(jīng)歷了近10年時間，其間進(jìn)行的試驗不計其數(shù)?！?/div>
就是這樣，該團(tuán)隊研發(fā)的二氧化碳吸收劑不斷迭代升級，捕集性能在國際范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。
“我們首創(chuàng)的高效低能耗復(fù)配型二氧化碳吸收劑、新一代相變型二氧化碳吸收劑，不僅吸收劑損耗實現(xiàn)了大幅下降，而且使碳捕集成本也下降了25%至50%?！臂瑫r旺說。
目前，新一代相變型二氧化碳吸收劑已在華能長春熱電廠、華能上海石洞口電廠的二氧化碳捕集示范裝置投用。
可樂啤酒、農(nóng)場氣肥、油氣開采……
被捕獲的二氧化碳這樣“變廢為寶”
被捕集的二氧化碳去了哪兒、怎么用？食品飲料、農(nóng)場氣肥、油氣開采……可謂是用處多多。
據(jù)介紹，經(jīng)分離、純化后，那些二氧化碳或是“變身”為食品制作原料，或是經(jīng)加工后成為化工燃料，或是用于金屬加工焊接保護(hù)、激光等工業(yè)應(yīng)用，抑或是直接注入到油氣層助力提高石油采收率、注入到咸水層等空間內(nèi)實現(xiàn)地質(zhì)封存。
“二氧化碳捕集的成本很高，如果只有投入，沒有產(chǎn)出，很難進(jìn)行商業(yè)化推廣。所以我們希望捕集的二氧化碳能通過有效利用帶來一定的收益，盡可能補(bǔ)償碳捕集的成本，以此推動規(guī)?；疾都夹g(shù)的示范應(yīng)用和技術(shù)進(jìn)步?！臂瑫r旺告訴記者。
“像咱們?nèi)粘：鹊目蓸?、啤酒等都可以用捕集來的二氧化碳進(jìn)行制作?！比A能清能院CCUS團(tuán)隊成員、二氧化碳利用學(xué)科帶頭人王琪博士介紹，碳利用是指二氧化碳實現(xiàn)資源化利用的過程，主要包括食品利用、化工利用、地質(zhì)利用等。
記者了解到，在食品利用方面，郜時旺與團(tuán)隊成員2008年在華能北京熱電廠建設(shè)我國第一套燃煤電廠二氧化碳捕集裝置，并生產(chǎn)出了食品級的二氧化碳，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。
“食品級二氧化碳的要求是純度很高?！蓖蹒鞲嬖V記者，根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，食品級二氧化碳的純度需大于99.9%。通過捕集可以將二氧化碳濃度提高到99.5%，如果想要得到食品級二氧化碳，還需要經(jīng)過精制處理。
然而，現(xiàn)實生活中，對食品級二氧化碳的需求量并不高。
據(jù)介紹，2009年，在華能上海石洞口電廠建成投產(chǎn)的12萬噸/年的二氧化碳捕集示范工程，是當(dāng)時世界最大的燃煤電廠二氧化碳捕集示范項目。雖然捕集利用量只占電廠一臺發(fā)電機(jī)組二氧化
碳排放量的5%左右，但已基本上能夠滿足上海市食品行業(yè)對二氧化碳的需求。
目前，對捕集來的二氧化碳最主要的利用方式是化工利用和地質(zhì)利用。化工利用是將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料和原料，包括甲醇、汽油、塑料等產(chǎn)品的生產(chǎn)，而地質(zhì)利用主要用于驅(qū)油開采。
與食品級二氧化碳高純度要求不同，化工利用對捕集二氧化碳的純度要求相對較低。“這要看具體的利用方式和催化劑，有些催化劑容易受一些雜質(zhì)的影響，對二氧化碳的純度要求就會高一些，有些催化劑則對雜質(zhì)的耐受性比較高?！蓖蹒鞲嬖V記者，二氧化碳分子十分穩(wěn)定，很難打開化學(xué)鍵讓其參與反應(yīng)，如何提高二氧化碳轉(zhuǎn)化率，是化工領(lǐng)域利用的難點(diǎn)。目前，他們在二氧化碳加氫制甲醇燃料、制烯烴方向取得了較大進(jìn)展，研制了配套催化劑技術(shù)和關(guān)鍵工藝設(shè)備，二氧化碳單程轉(zhuǎn)化率達(dá)到先進(jìn)水平。同時，他們也正在研究如何讓二氧化碳成為先進(jìn)碳材料的原料。
“地質(zhì)利用，被認(rèn)為是實現(xiàn)二氧化碳大規(guī)模經(jīng)濟(jì)利用與地質(zhì)封存的有效方式?！鼻G鐵亞告訴記者，利用二氧化碳驅(qū)油、驅(qū)氣并封存，可同時實現(xiàn)油氣增產(chǎn)和二氧化
碳減排。
甘肅省最東部，華能隴東煤電風(fēng)光儲一體化多能互補(bǔ)綜合能源基地建設(shè)正酣。建成之后，這里將成為我國規(guī)模最大的綜合能源基地。與此同時，也將成就全球首個150萬噸/年大規(guī)模CCUS工程示范項目。屆時那里將實現(xiàn)低能耗二氧化碳捕集、驅(qū)油與封存全流程工業(yè)示范。
“不過，相較于碳排放量，捕集后再利用的二氧化碳只是其中很少的一部分，沒被利用的部分仍需要被封存起來?！鼻G鐵亞說，封存二氧化碳一般要求注入距離地面至少1000米的地下巖層，在這樣的深度下才能確保二氧化碳保持在“超臨界流體”，且不易泄漏，“封存地點(diǎn)、容量以及安全性、經(jīng)濟(jì)性等，都是需要考量的因素?！?/div>
從“小學(xué)生”到“老師”，再到國際標(biāo)準(zhǔn)制定者
我國二氧化碳捕集技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，首次整體出口到發(fā)達(dá)國家
最近，郜時旺和團(tuán)隊成員除了忙于新技術(shù)研發(fā)外，還有一個“重頭戲”——牽頭編制國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 27927《燃燒后二氧化碳捕集吸收溶液的關(guān)鍵性能指標(biāo)及測試方法》。
這是由我國牽頭制定的首個碳捕集領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)。
“標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后不僅將推動提升全球碳捕集領(lǐng)域研發(fā)和生產(chǎn)的科學(xué)性和規(guī)范性，對全球碳捕集領(lǐng)域的科學(xué)研究、工程建設(shè)和運(yùn)行管理具有重要的指導(dǎo)意義，而且還會大幅提高我國在全球CCUS行業(yè)、在應(yīng)對氣候變化方面的話語權(quán)。”提及此，郜時旺頗顯激動。
十多年的時間，我國在二氧化碳捕集技術(shù)領(lǐng)域，走過了從“小學(xué)生”到“老師”、再到國際標(biāo)準(zhǔn)制定者的蝶變之路。
郜時旺最明白其中艱辛?！昂诵募夹g(shù)還是要靠自己?！彼锌馈?/div>
思緒回到16年前。2007年，郜時旺接到集團(tuán)公司的任務(wù)，要求在2008年北京奧運(yùn)會前建設(shè)并投運(yùn)碳捕集裝置。
“當(dāng)時給我們定的二氧化碳捕集目標(biāo)是每年3000噸，相當(dāng)于16萬棵樹每年吸收的二氧化碳總量。這是該技術(shù)的首次探索，國內(nèi)外都比較關(guān)注?！臂瑫r旺回憶，彼時，他的研究方向是電廠除塵和流場模擬，碳捕集對他而言還僅僅是論文里的概念。
“外國人能搞出來，我們也能?！臂瑫r旺堅定信念，但就在項目要開工時，國外合作方的圖紙和技術(shù)資料因故突然無法到來，給項目帶來了極大困難。
這也讓他明白了一個道理，核心技術(shù)要靠自己。他翻遍所有能查到的資料，所獲取的有效信息仍然是寥寥無幾?！爱?dāng)時這項技術(shù)，是學(xué)校里無此專業(yè)、
市場上無此技術(shù)、業(yè)界更是無此先例?！?/div>
另辟蹊徑，他和同事們決定將化工行業(yè)的碳捕集技術(shù)移植到
電力行業(yè)。然而，由于技術(shù)難度非常大，國內(nèi)幾家知名的化工設(shè)計院都婉拒了他們的合作邀請。
在處處碰壁之后，他們只能自主研發(fā)，在攻克了一個又一個技術(shù)
難題后，最終提出關(guān)鍵創(chuàng)新工藝，建成并成功投運(yùn)中國第一套燃煤電廠二氧化碳捕集項目——華能北京熱電廠碳捕集項目，成為2008年北京奧運(yùn)會期間我國對外展示的窗口。
2009年在上海石洞口電廠建成當(dāng)時世界上最大的燃煤電廠二氧化碳捕集示范裝置，已運(yùn)行超過10年，保持世界運(yùn)行時間最長的紀(jì)錄。
2021年，他們參與建設(shè)澳大利亞最先進(jìn)的陸上CCUS項目，實現(xiàn)了我國二氧化碳捕集技術(shù)向發(fā)達(dá)國家的轉(zhuǎn)讓。這也標(biāo)志著我國二氧化碳捕集技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，首次整體出口到發(fā)達(dá)國家。
世界上最大的燃煤電廠150萬噸/年的二氧化碳捕集與封存全流程示范項目正在建設(shè)中。
由CCUS技術(shù)衍生出的國際首創(chuàng)的顛覆性技術(shù)——低溫法污染物一體化脫除技術(shù)，可一體化脫除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物、粉塵、重金屬等其他污染物。
……
從0到1，成果滿滿。據(jù)介紹，華能清能院CCUS團(tuán)隊共獲得國內(nèi)外專利200余項。
“對我來說，最自豪的項目永遠(yuǎn)是下一個?！臂瑫r旺說。
為進(jìn)一步攻克碳捕集成本與運(yùn)行能耗較高的挑戰(zhàn)，他們正從二氧化碳捕集材料、工藝以及設(shè)備等方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新；為提升二氧化碳利用率，他們正在開發(fā)“液態(tài)陽光”，把二氧化碳、水和太陽能轉(zhuǎn)化為甲醇等可
運(yùn)輸液體燃料……
這里，創(chuàng)新仍在繼續(xù)。
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