第七章极稀浓度二氧化碳捕集技术《二氧化碳捕集原理与技术》

提纲从空气中捕集二氧化碳的迫切性1吸收式极稀浓度二氧化碳捕集技术2变压式极稀浓度二氧化碳捕集技术3其他极稀浓度二氧化碳捕集技术4

7.1从空气中捕集二氧化碳的迫切性大气中CO2浓度的显著增加已使全球温度上升，预计在2030-2052年间可能增长1.5℃。气温持续上升导致大量冰川快速融化，这不仅导致海平面升高，对沿海地区造成威胁，也影响了海洋生态系统的稳定。冰川加速融化与海平面上升全球变暖破坏了生态系统的平衡，导致生物多样性下降,对地球的生物链构成严重威胁。生态环境和生物多样性受威胁

生物体利用二氧化碳的局限性生物圈通过植物的光合作用，使用太阳能将水和CO2转化为有机物与氧气是自然界中维持生态平衡的关键机制生物圈的碳吸收作用海洋作为一个巨大的碳汇，当海水中CO2分压低于大气时，会自然吸收大气中的CO2海洋对CO2的调节功能据估计，全球每年由生物圈和海洋吸收的CO2量约占人类排放总量的45%生物圈与海洋的碳吸存比例生物体捕碳

7.1.1生物体利用二氧化碳的局限性生物体捕碳局限性外部碳源浓度：许多生物体对CO2的利用受到环境中CO2浓度的限制，较低的CO2浓度会限制光合作用速率和生物体的生长。混合碳源：某些生物体需同时利用CO2和有机碳作为碳源。能源需求：能量需求：将CO2转化为有机物需要消耗能量。这些能量来自光合作用或其他代谢途径。因此，生物体在利用CO2时需要平衡能量获取和利用的关系，这可能对其生长和繁殖产生影响。

7.1.2二氧化碳捕集与封存技术的局限性CCS定义CCS技术可以分为三个步骤：捕集、运输和封存。捕集是指将CO2从电厂、工厂或其他排放源分离并收集；运输是指将捕集到的CO2通过管道或其他方式运送到合适的地点；封存是指将CO2注入地下咸水层、油田、煤层或其他地质结构中，使其与大气长期隔离。

7.1.2二氧化碳捕集与封存技术的局限性生物体捕碳局限性CCS项目存在的最大难题是运输成本太高。且目前CCS技术主要针对发电厂这样集中、固定的CO2排放源。接近50%的温室气体排放源自分布源。为此，亟需一种技术对这些分布源的CO2进行捕集和利用。

7.1.3空气中直接捕集二氧化碳的原理与分类DAC定义直接空气捕集（Directaircapture，DAC）是指通过工程系统从环境空气中去除CO2的技术，该技术可以有效降低大气中的CO2浓度，并且不受排放源的位置和类型的限制。在冰岛，一座全世界最大的碳去除工厂近期开始正式运营，该工厂名为“猛犸象”，由瑞士公司Climeworks2022年6月开始建造。如右图所示。原理：通过巨型风扇将空气吸入钢制收集箱，接着利用化学过滤器和水蒸气分离出CO2，然后CO2会被注入水中，之后泵送至地下约1000米进行矿化。经过一系列化学反应，形成碳酸盐矿物质，CO2最终转化为岩石的形态，实现安全封存。

7.1.3空气中直接捕集二氧化碳的原理与分类DAC技术的优势安装地点的选取相对灵活：DAC技术在选择安装地点时更加灵活。可以选择那些拥有丰富风力资源、易于获取可再生电力且距离油田或封存地点较近的地方进行部署，这样有助于降低风机功耗和运输成本。无需考虑杂质气体的影响：DAC技术不需要考虑一些气体杂质（如NOX和SOX）的影响。可持续利用捕集的二氧化碳：通过DAC直接捕集的二氧化碳可以作为工业原料投入生产过程，或者用于对土地进行改良，实现碳循环闭环。

7.1.3空气中直接捕集二氧化碳的原理与分类DAC发展历程Orca工厂

7.1.3空气中直接捕集二氧化碳的原理与分类DAC基本原理DAC技术的基本原理是利用空气泵将空气吸入收集器，其中CO2被收集在收集器内部的高选择性过滤材料的表面上。待过滤材料充满CO2后，关闭空气泵，将温度提高或压力降低，使CO2从过滤材料上脱附并排出回收，然后再循环利用过滤材料。DAC系统基本流程如右图所示，空气中CO2通过吸附剂进行捕集，完成捕集后的吸附剂通过改变热量、压力或温度进行吸附剂再生，再生后的吸附剂再次用于CO2捕集，而纯CO2则被储存起来。

7.1.3空气中直接捕集二氧化碳的原理与分类DAC分类DAC技术可以分为两种类型：液体DAC和固体DAC。液体DAC是指利用化学溶液来吸收空气中的CO2，并通过加热或变压来再生溶液和释放CO2；固体DAC是指利用固体吸附剂来吸附空气中的CO2，并通过加热或变压来再生吸附剂和释放CO2。（1）液体DAC材料1）碱性氢氧化物溶液代表性碱性溶液主要有Ca(OH)2、NaOH、KOH等，其反应原料成本低，但再生能耗较大。针对Ca(OH)2体系对CO2的吸收速率慢、再生能耗高的问题，构建了以KOH和Ca(OH)2为核心吸收溶液的工艺。

7.1.3空气中直接捕集二氧化碳的原理与分类D