文章综述了碳捕获技术的全面内容，包括背景、技术种类、研究进展、要点图例以及结论等。关键要点包括二氧化碳对全球变暖的影响、碳捕获技术的分类和重要性、不同碳捕获技术的描述和分析、二氧化碳捕获的过程模拟以及技术经济的评估等。
二氧化碳是主要的人为温室气体之一，对全球变暖有着重大影响，其浓度在过去的半个世纪里急剧增长，主要归因于化石燃料的大规模使用和化工炼制过程。
碳捕获技术在实现零或负二氧化碳排放中扮演关键角色，主要包括燃烧前、燃烧后和富氧燃烧三大类。燃烧后碳捕获是目前最为成熟的技术，而直接从空气中捕获二氧化碳（DAC）也被视为实现气候目标的重要手段。
研究涵盖了多种液体溶剂和固体吸附剂，以及氧燃烧、化学环燃烧、低温冷凝、膜分离等多种碳捕获技术。液体溶剂如胺类、离子液体、氨等，固体吸附剂如碳、沼气炭、沸石、共价有机框架（COFs）及气凝胶等都被详细描述和分析。
研究对二氧化碳捕获的过程模拟进行了深入分析，并对典型大型碳捕获装置的技术经济进行了评估。国际能源署预测，到2030年，包括直接空气捕获（DAC）在内的碳捕获成本将降至每吨100美元以下。
文章对碳捕获技术的发展前景进行了深入探讨，提出了实现全球净零二氧化碳排放的可能性。同时指出，现有碳捕获技术面临高成本等重大挑战，需要全面探索所有碳去除技术，如新型反应系统及过程强化等，以实现特定的气候目标。
碳捕获科学与技术全景综述
A comprehensive review of carbon capture science and technologies
Wu, C., Huang, Q., Xu, Z., Sipra, A. T., Gao, N., de Souza Vandenberghe, L. P., ... & Zhou, H. (2024). A comprehensive review of carbon capture science and technologies.
Carbon Capture Science & Technology
,
11
, 100178.
A comprehensive review of carbon capture science and technologies.pdf
近日英国贝尔法斯特女王大学化学与化学工程学院研究指出，二氧化碳作为主要的人为温室气体之一，对全球变暖有着重大影响。在过去半个世纪，二氧化碳浓度从约310 ppm急剧增长至超过415 ppm，主要归因于化石燃料的大规模使用和各种化工炼制过程。全球已投入大量努力开发新技术以减少二氧化碳排放，许多国家通过了《巴黎气候协定》，并在COP21大会上达成目标——到2100年将全球平均温度升高控制在2.0°C以内。为实现这一目标，能源与工业相关的二氧化碳排放必须在2030年后急剧减少，并于2050至2060年间达到净零排放。
碳捕获技术在实现零或负二氧化碳排放中扮演关键角色，其主要包括燃烧前、燃烧后和富氧燃烧三大类。
燃烧后碳捕获是目前最为成熟的技术，通过胺类溶剂捕获燃烧后产生的二氧化碳。
此外，直接从空气中捕获二氧化碳（DAC）也被认为有助于实现气候目标，但研究表明该过程在2100年可能消耗全球四分之一的能源供应。
鉴于未来直接使用碳基燃料不可避免，燃烧后碳捕获、富氧燃烧和空气捕获技术成为减排和减缓气候变化的关键手段。
虽然已有众多关于碳捕获技术发展的综述性论文，但仍需更全面的回顾以推动科研发展。
因此，本次研究全面描述和分析了碳捕获技术，包括用于捕获不同来源二氧化碳的固体和液体基吸附剂（如烟道气、生物气、合成气和空气）。
研究涵盖了多种液体溶剂（如胺类、离子液体、氨）和不同温度下的固体吸附剂（如碳、沼气炭、沸石、共价有机框架（COFs）及气凝胶等），以及氧燃烧、化学环燃烧、低温冷凝、膜分离等多种碳捕获技术。
此外，研究还对
二氧化碳
捕获的过程模拟（如Aspen、CFD及机器学习）进行了深入分析，并对典型大型碳捕获装置的技术经济进行了评估。
Figure 1 Synthesis of oxidation-stable PEI functionalised
CO
2
adsorbent
Figure 2
Synthesis of
SO
2
-resistant
CO
2
adsorbent. Tertiary-amine-rich layer
plays a role of protection for
CO
2
capture by beneath PEI layer
Figure 3 Controversy of DAC development
Figure 4
(a) Cr-MIL-101-
SO
3
H topology and illustration of electrostatic interaction between sulfonate groups and ammonium groups ( Li et al., 2016b ); (b) a scheme
to introduce amino groups on the U67 MOF ( Yoo and Jhung, 2022 ); (c) illustration of the UIO-66 (Zr) crystalline structure, including: octahedral cages, tetrahedral
cages and functionalized ligands, calculated low-coverage adsorption enthalpies of pure
CO
3
and
CH
4
gases in the non-modified UIO-66 (Zr) and its functionalized
derivatives at 303 K ( Yang et al., 2011 )
Figure 5
(a) isoreticular transformation of bcu-type MOF by symmetry-upgrading inorganic clusters ( Jiang et al., 2018 ); (b) the structure of NENU-520 obtained
by Pore size design ( Bao et al., 2015 ); (c) synthesis of the SUMOFs, non-interpenetrated models and crystal structures of the doubly interpenetrated frameworks (
Figure 6
Different design configurations for OTM modules for large-scale oxygen production. Reprinted with permission from (
Kiebach et al., 2022 )
本研究对碳捕获技术的发展前景进行了深入探讨，提出了实现全球净零二氧化碳排放的可能性。燃烧后碳捕获作为最成熟且广泛应用的技术，具备现有电厂无需大规模改造即可实施的可行性。吸收法、吸附法和膜分离是主要的燃烧后碳捕获手段，其中超过60%的技术采用吸收法，特别是以MEA为代表的化学吸收法，因其适用于处理大气量且操作简便，在工业应用中前景广阔。
然而，现有碳捕获技术面临高成本等重大挑战，阻碍了其商业化发展。
针对碳酸盐吸附剂，如
K
2
CO
3
和
Na
2
CO
3
，研究人员指出，应通过合理设计吸附剂提高其性能，例如加载于多孔支撑材料上，以改善材质特性和加速二氧化碳吸附。
尽管已有广泛研究，但含硫、氯等杂质对碱金属吸附剂捕碳性能的影响仍需系统研究，以评估其实际应用中的耐久性和再生效率。
除了液体吸附剂，固体吸附剂正成为大规模碳捕获的潜力候选，包括低、中、高温固体吸附剂。
CaO在高温下具有很高的二氧化碳吸附能力，但其在捕碳过程中易失活，MgO作为中温吸附剂则面临反应速率较慢的问题。
膜分离技术因其占地小、能耗低等优势也显示出应用潜力，但高渗透率膜的设计仍是高效碳捕获的关键挑战之一。
研究还评估了氧燃烧技术、化学环过程等其他碳捕获手段，并对技术经济进行了深入分析。
国际能源署预测，到2030年，包括直接空气捕获（DAC）在内的碳捕获成本将降至每吨100美元以下。
因此，未来应全面探索所有碳去除技术，如新型反应系统及过程强化等，以实现特定的气候目标。
研究人员强调，大规模验证和建模准确性是碳捕获技术发展的重要环节，同时需进一步考虑诸如吸附焓等广泛的过程条件，以提高燃烧后碳捕获建模的精确性。
这些努力将为实现全球碳减排目标铺平道路。
复制浏览以下链接, 进入投审稿系统
https://www.springer.com/journal/44246
改性生物炭：合成及其去除环境中重金属的机制
Modified biochar: synthesis and mechanism for removal of environmental heavy metals
更好地理解土壤中铁循环对碳的稳定及降解的作用
Towards a better understanding of the role of Fe cycling in soil for carbon stabilization and degradation
第一届Carbon Research大会在广州胜利召开
第一届Carbon Research青年学者论坛在剑川胜利召开
第二届Carbon Research青年学者论坛在宁波胜利召开
