碳捕集与利用
碳捕集与利用（英语：Carbon Capture and Utilization，简称CCU）是捕集二氧化碳以供进一步使用的过程[1]。碳捕集与利用可以应对全球挑战，即显著减少主要固定工业排放者的温室气体排放[2]。CCU不同于碳捕集与封存（CCS），因为CCU既不旨在也不导致二氧化碳的永久地质储存。相反，CCU旨在将捕集的二氧化碳转化为更有价值的物质或产品；例如塑料、混凝土或生物燃料等；同时保持生产过程的碳中和。捕集的二氧化碳可以转化为多种产品：一类是醇类（例如甲醇），可用作生物燃料和其他替代能源和可再生能源，或用于各种化学合成的反应物[3]。尽管CCU不会对大气产生净碳正效应，但有几个重要的考虑因素需要考虑。因为二氧化碳是一种热力学稳定的碳制造产品，它是能源密集型产品[4]。在投资CCU之前，还应考虑用于制造产品的其他原材料的可用性。考虑到捕集与利用的不同潜在选择，研究表明，涉及化学品、燃料和微藻类的方法去除二氧化碳的潜力有限，而涉及建筑材料和农业用途的方法可能更有效[5]。CCU的盈利能力部分取决于释放到大气中的二氧化碳的碳定价。
碳源 编辑
二氧化碳通常是从发电厂、炼钢厂、石化厂等重工业的固定点来源捕获的[6]。从这些废气流中捕获的二氧化碳本身的浓度各不相同。典型的燃煤电厂的烟道气废气流中含有10-12%的二氧化碳浓度[7]。一家生物燃料精炼厂生产高纯度99%的二氧化碳，其中含有少量水和乙醇等杂质[7]。分离过程本身可以通过吸收、吸附或膜等分离过程进行[8]。CCU过程中另一个可能的捕集来源涉及种植园的使用。这个想法源于基林曲线的观察，即大气中的二氧化碳水平每年变化约5ppm，这是由于植被的季节性变化和南北半球陆地面积的差异所致[9][10]。然而，当植物死亡时，植物吸收的二氧化碳将返回到大气中。因此，鉴于其快速生长和高碳捕集率，建议种植具有C4光合作用的作物，然后处理生物质以用于永久储存在土壤中的生物炭等应用[11]。
技术与应用实例 编辑
二氧化碳电解 编辑
碳中和燃料 编辑
甲醇燃料 编辑
化学合成 编辑
环境影响 编辑
相关条目 编辑
参考文献 编辑
- ^ Cuéllar-Franca, Rosa M.; Azapagic, Adisa. Carbon capture, storage and utilisation technologies: A critical analysis and comparison of their life cycle environmental impacts. Journal of CO2 Utilization. March 2015, 9: 82–102. doi:10.1016/j.jcou.2014.12.001
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- ^ Carbon Capture. Center for Climate and Energy Solutions. [2020-04-22]. （原始内容存档于2023-09-13）.
- ^ Dibenedetto, Angela; Angelini, Antonella; Stufano, Paolo. Use of carbon dioxide as feedstock for chemicals and fuels: homogeneous and heterogeneous catalysis: Use of carbon dioxide as feedstock for chemicals and fuels. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. March 2014, 89 (3): 334–353. doi:10.1002/jctb.4229.
- ^ Smit, Berend; Reimer, Jeffrey A; Oldenburg, Curtis M; Bourg, Ian C. Introduction to Carbon Capture and Sequestration. The Berkeley Lectures on Energy. Imperial College Press. 2013-06-18. ISBN 9781783263271. doi:10.1142/p911.
- ^ Hepburn, Cameron; Adlen, Ella; Beddington, John; Carter, Emily A.; Fuss, Sabine; Mac Dowell, Niall; Minx, Jan C.; Smith, Pete; Williams, Charlotte K. The technological and economic prospects for CO2 utilization and removal. Nature. 6 November 2019, 575 (7781): 87–97. Bibcode:2019Natur.575...87H. PMID 31695213. doi:10.1038/s41586-019-1681-6 .
- ^ Carbon capture, utilisation and storage - Fuels & Technologies. IEA. [2022-06-08]. （原始内容存档于2023-07-05） （英国英语）.
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- ^ De Ras, Kevin; Van de Vijver, Ruben; Galvita, Vladimir V; Marin, Guy B; Van Geem, Kevin M. Carbon capture and utilization in the steel industry: challenges and opportunities for chemical engineering. Current Opinion in Chemical Engineering. December 2019, 26: 81–87. S2CID 210619173. doi:10.1016/j.coche.2019.09.001.
- ^ Keeling, Charles D. The Concentration and Isotopic Abundances of Carbon Dioxide in the Atmosphere. Tellus. January 1960, 12 (2): 200–203. Bibcode:1960Tell...12..200K. doi:10.3402/tellusa.v12i2.9366 .
- ^ Keeling, Charles D.; Bacastow, Robert B.; Bainbridge, Arnold E.; Ekdahl Jr., Carl A.; Guenther, Peter R.; Waterman, Lee S.; Chin, John F. S. Atmospheric carbon dioxide variations at Mauna Loa Observatory, Hawaii. Tellus. January 1976, 28 (6): 538–551. Bibcode:1976Tell...28..538K. doi:10.3402/tellusa.v28i6.11322.
- ^ X, the moonshot factory, We Solve for X: Mike Cheiky on negative carbon liquid fuels, [2018-12-08], （原始内容存档于2023-04-06）
延伸阅读 编辑
- Introduction to Carbon Capture and Sequestration. The Berkeley Lectures on Energy 1. 2014. ISBN 978-1-78326-327-1. doi:10.1142/p911.
- Novel carbon capture and utilisation technologies: Research and climate aspects Berlin: SAPEA. Science Advice for Policy by European Academies (报告). 2018. doi:10.26356/CARBONCAPTURE.
- New route to carbon-neutral fuels from carbon dioxide discovered by Stanford-DTU team （页面存档备份，存于互联网档案馆）