化工进展 ›› 2024, Vol. 43 ›› Issue (6): 2928-2939.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-2211
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周爱国1,2(), 郑家乐1,2(
), 杨川箬1,2, 杨小艺3, 赵俊德1,2, 李兴春1,2
收稿日期:
2023-12-15
修回日期:
2024-03-20
出版日期:
2024-06-15
发布日期:
2024-07-02
通讯作者:
郑家乐
作者简介:
周爱国(1963—),男,教授级高级工程师,研究方向为CCUS全产业链技术。E-mail:zhou65@petrochina.com.cn。
基金资助:
ZHOU Aiguo1,2(), ZHENG Jiale1,2(
), YANG Chuanruo1,2, YANG Xiaoyi3, ZHAO Junde1,2, LI Xingchun1,2
Received:
2023-12-15
Revised:
2024-03-20
Online:
2024-06-15
Published:
2024-07-02
Contact:
ZHENG Jiale
摘要:
直接空气捕集(DAC)是一种能够从大气中捕集二氧化碳的技术。本文介绍了DAC技术的发展历程、技术优缺点和发展前景,根据预测,到2050年,全球每年需要从大气中捕集超过9.8亿吨二氧化碳。综述了DAC技术的政策支持与资金投入现状,美国、加拿大、欧盟和英国等在内的国家和地区已经成为DAC技术研究、开发、示范和部署方面的先行者。分析了主流的DAC技术路线及其在工业化进程中的进展,目前最大的DAC工厂捕集量为4000t/a,并且正在规划建设百万吨级的商业化项目。指出了DAC技术需要关注的研究方向,未来应将重点放在技术的大规模部署、碳市场机制的建立和国际合作的加强上。需要进一步研究和发展DAC设备和系统,以降低成本、提高效率,并开发碳定价、碳交易和碳抵消等机制为DAC项目提供经济激励,促进投资和市场参与,同时加强国际合作,从而推动该技术的快速发展。
中图分类号:
周爱国, 郑家乐, 杨川箬, 杨小艺, 赵俊德, 李兴春. 直接空气二氧化碳捕集技术工业化进展[J]. 化工进展, 2024, 43(6): 2928-2939.
ZHOU Aiguo, ZHENG Jiale, YANG Chuanruo, YANG Xiaoyi, ZHAO Junde, LI Xingchun. Industrial progress in direct air CO2 capture technology[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2024, 43(6): 2928-2939.
政策与基金 | 具体内容 |
---|---|
美国 | |
45Q法案 | 该法案将为DAC提供180USD/tCO2的税收抵免。 |
加州低碳燃料标准 | 世界上任何地方的DAC项目符合碳捕获和封存协议的要求,就有资格获得LCFS积分。2020年,LCFS积分的平均交易价格约为200USD/tCO2。 |
基础设施投资与就业法案 | 该法案提供35亿美元的资金用于建立四个DAC中心(每年1×106t CO2及以上)以及相关的运输和储存基础设施。DAC项目还有资格获得法案中约5亿美元的额外资金支持。 |
负碳计划 | 该计划旨在促进采用创新技术和方法,在未来十年内以低于100USD/tCO2的价格从大气中移除二氧化碳,并实现大规模部署。 |
能源部资助计划 | 该计划宣布了多个专门针对DAC的资金计划,金额分别为2200万美元、1500万美元、2400万美元和1450万美元。 |
加拿大 | |
气候行动与意识基金 | 该基金将投资1.64亿美元用于支持旨在减少加拿大温室气体排放的项目,包括DAC技术。 |
“净零加速器”计划 | 该计划旨在通过提供总额为64亿美元的资金,在未来七年内支持工业部门的脱碳工作。其中,DAC结合二氧化碳利用被视为一种能够提供低碳产品的有效途径。 |
清洁燃料标准 | 该标准要求液体燃料供应商逐步减少其生产和销售的燃料的碳强度。低碳强度燃料包括通过BECCS和DAC等制造的燃料。 |
自然资源部2021年预算 | 在未来七年内,将拨款2.54亿美元用于资助研发和开发工作,以提高包括DAC在内的CCUS的商业可行性。 |
欧盟 | |
欧洲地平线 | 该计划是欧盟主要的研究和创新资助计划,总预算约为1130亿美元,DAC技术是支持方向之一。 |
创新基金 | 该基金总预算约为118亿美元,旨在支持包括CCUS和DAC技术在内的低碳技术和过程创新。 |
可持续碳循环通讯 | 该文件详细说明了一项增加大气中碳移除的战略。根据文件建议,到2030年,每年应从空气中捕集5×106t二氧化碳。 |
英国 | |
温室气体移除竞赛 | 该竞赛将为能够从大气中去除温室气体的技术提供资金支持,总预算高达1.37亿美元。 |
净零战略 | 该战略旨在到2050年通过DAC和BECCS移除(7.5~8.1)×107t二氧化碳。此外,DAC技术可能会获得2.48亿美元用于支持可持续航空燃料的生产。 |
表1 不同国家和地区的主要DAC政策与基金支持
政策与基金 | 具体内容 |
---|---|
美国 | |
45Q法案 | 该法案将为DAC提供180USD/tCO2的税收抵免。 |
加州低碳燃料标准 | 世界上任何地方的DAC项目符合碳捕获和封存协议的要求,就有资格获得LCFS积分。2020年,LCFS积分的平均交易价格约为200USD/tCO2。 |
基础设施投资与就业法案 | 该法案提供35亿美元的资金用于建立四个DAC中心(每年1×106t CO2及以上)以及相关的运输和储存基础设施。DAC项目还有资格获得法案中约5亿美元的额外资金支持。 |
负碳计划 | 该计划旨在促进采用创新技术和方法,在未来十年内以低于100USD/tCO2的价格从大气中移除二氧化碳,并实现大规模部署。 |
能源部资助计划 | 该计划宣布了多个专门针对DAC的资金计划,金额分别为2200万美元、1500万美元、2400万美元和1450万美元。 |
加拿大 | |
气候行动与意识基金 | 该基金将投资1.64亿美元用于支持旨在减少加拿大温室气体排放的项目,包括DAC技术。 |
“净零加速器”计划 | 该计划旨在通过提供总额为64亿美元的资金,在未来七年内支持工业部门的脱碳工作。其中,DAC结合二氧化碳利用被视为一种能够提供低碳产品的有效途径。 |
清洁燃料标准 | 该标准要求液体燃料供应商逐步减少其生产和销售的燃料的碳强度。低碳强度燃料包括通过BECCS和DAC等制造的燃料。 |
自然资源部2021年预算 | 在未来七年内,将拨款2.54亿美元用于资助研发和开发工作,以提高包括DAC在内的CCUS的商业可行性。 |
欧盟 | |
欧洲地平线 | 该计划是欧盟主要的研究和创新资助计划,总预算约为1130亿美元,DAC技术是支持方向之一。 |
创新基金 | 该基金总预算约为118亿美元,旨在支持包括CCUS和DAC技术在内的低碳技术和过程创新。 |
可持续碳循环通讯 | 该文件详细说明了一项增加大气中碳移除的战略。根据文件建议,到2030年,每年应从空气中捕集5×106t二氧化碳。 |
英国 | |
温室气体移除竞赛 | 该竞赛将为能够从大气中去除温室气体的技术提供资金支持,总预算高达1.37亿美元。 |
净零战略 | 该战略旨在到2050年通过DAC和BECCS移除(7.5~8.1)×107t二氧化碳。此外,DAC技术可能会获得2.48亿美元用于支持可持续航空燃料的生产。 |
吸附剂种类 | 优势 | 劣势 |
---|---|---|
炭基吸附剂 | 原料来源广泛,成本低廉,稳定性高 | 吸附容量低 |
纳米氧化铝 | 制备简单,低亲水性和高耐热性 | 吸附容量低,解吸温度高,耗能大 |
沸石吸附剂 | 原料来源广泛,成本低廉 | 水分会降低其CO2吸附能力或提高其解吸温度 |
MOFs | 比表面积高,孔隙率高,结构可调 | 价格高昂,遇水结构易塌陷 |
固态胺吸附剂 | 比表面积高、孔径可调控 | 有机胺接枝率和负载牢固性有待提高 |
变湿吸附剂 | 变湿过程能耗低 | 吸附容量低 |
表2 不同吸附材料性能对比及优缺点
吸附剂种类 | 优势 | 劣势 |
---|---|---|
炭基吸附剂 | 原料来源广泛,成本低廉,稳定性高 | 吸附容量低 |
纳米氧化铝 | 制备简单,低亲水性和高耐热性 | 吸附容量低,解吸温度高,耗能大 |
沸石吸附剂 | 原料来源广泛,成本低廉 | 水分会降低其CO2吸附能力或提高其解吸温度 |
MOFs | 比表面积高,孔隙率高,结构可调 | 价格高昂,遇水结构易塌陷 |
固态胺吸附剂 | 比表面积高、孔径可调控 | 有机胺接枝率和负载牢固性有待提高 |
变湿吸附剂 | 变湿过程能耗低 | 吸附容量低 |
循环工艺 | 代表公司 | 优点 | 缺点 |
---|---|---|---|
变温真空吸附 | Antecy;Climeworks | 工艺简单 | 再生周期长、能耗高 |
蒸汽辅助变温真空吸附 | 莫纳什大学;中国石油集团 | 再生温度低、能耗低 | 吸附剂需耐水、控制复杂 |
变湿吸附 | Infinitree;浙江大学 | 工艺简单、能耗低 | 产品CO2浓度低 |
表3 不同吸附循环工艺的优缺点
循环工艺 | 代表公司 | 优点 | 缺点 |
---|---|---|---|
变温真空吸附 | Antecy;Climeworks | 工艺简单 | 再生周期长、能耗高 |
蒸汽辅助变温真空吸附 | 莫纳什大学;中国石油集团 | 再生温度低、能耗低 | 吸附剂需耐水、控制复杂 |
变湿吸附 | Infinitree;浙江大学 | 工艺简单、能耗低 | 产品CO2浓度低 |
指标 | 固体吸附法 | 碱液吸收法 |
---|---|---|
捕集能耗/GJ·(tCO2)-1 | 7.2~9.5 | 5.5~8.8 |
热耗占比/% | 75~80 | 80~100 |
电耗占比/% | 20~25 | 0~20 |
再生温度/℃ | 80~100 | 900 |
当前处理规模/tCO2·a-1 | 4000 | 365 |
耗水量/tH2O·(tCO2)-1 | -2~0 | 0~50 |
占地面积/km2·(MtCO2)-1 | 1.2~1.7 | 0.4 |
生命周期碳排放/tCO2·(tCO2)-1 | 0.03~0.91 | 0.1~0.4 |
表 4 固体吸附法和碱液吸收法技术特点
指标 | 固体吸附法 | 碱液吸收法 |
---|---|---|
捕集能耗/GJ·(tCO2)-1 | 7.2~9.5 | 5.5~8.8 |
热耗占比/% | 75~80 | 80~100 |
电耗占比/% | 20~25 | 0~20 |
再生温度/℃ | 80~100 | 900 |
当前处理规模/tCO2·a-1 | 4000 | 365 |
耗水量/tH2O·(tCO2)-1 | -2~0 | 0~50 |
占地面积/km2·(MtCO2)-1 | 1.2~1.7 | 0.4 |
生命周期碳排放/tCO2·(tCO2)-1 | 0.03~0.91 | 0.1~0.4 |
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