行业前沿 | 亚洲最大！我国在二氧化碳直接空气捕集技术方面取得重大突破
发布日期：2024-07-30 来源： 阅读： 172
我国在
二氧化碳直接空气捕集
技术方面取得重大突破！
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前言
Introduction
近日，亚洲最大、国际领先的年600吨级二氧化碳直接空气捕集（Direct Air Capture，DAC）装置“碳捕块 CarbonBox”成功通过百吨级模块满负荷可靠性运行验证，单个模块顺利实现从空气中直接年捕集99%高浓度二氧化碳超过100吨，标志着我国在二氧化碳直接空气捕集技术方面取得重大突破，填补了我国在超大吨位高浓度工业级DAC工程装备领域的空白，对于推动我国实现双碳战略和能源绿色转型具有重要意义。
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碳捕块 CarbonBox
概述
“碳捕块 CarbonBox”由中国能建上海成套公司联合上海交通大学共同研发攻关、拥有完全自主知识产权，该技术领先性主要体现在聚焦DAC高能耗、高成本的世界性难题，通过捕集装置结构的创新设计、工艺流程的精准优化和核心配套件的颠覆性研发，研发团队实现了二氧化碳捕集能耗的设计目标，同时确保了捕集系统的可靠性、安全性及使用寿命，综合性能达到国际领先水平。
“碳捕块CarbonBox”由捕集单元和处理单元组成，每个单元尺寸均为集装箱大小，可在现场对模块进行直接吊装，无需二次组装。同时，该装置也可根据工程需求进行捕集单元堆叠和处理单元集中式设计，通过标准化成组集成，二氧化碳年捕集规模可达百万吨。
通过“碳捕块 CarbonBox”直接空气捕集得到的二氧化碳满足国际ISCC认证，更能克服生物质碳源在原料供给不稳定、地域限制等一系列的应用掣肘，实现绿色碳源大批量、稳定的供给，彻底打通当前绿色燃料合成中面临的碳源瓶颈。
此外，随着国家“双碳”战略的深入推进和践行，根据不同的企业机构的碳减排和碳交易需求，CarbonBox利用其模块化设计的特点，可大规模集中式、分布式及移动式布置，实现随时、随地、无区域限制的碳捕集配额、项目减排开发、国际碳关税应对、零碳建设、气候投融资等服务，为政府机构、集团公司、高碳企业等提供一揽子“碳中和”解决方案。
△“碳捕块CarbonBox”来源：中国能建
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关于DAC
DAC介绍
Work Review
直接空气碳捕集（Direct Air Capture，DAC）是一种新兴的碳捕集技术，可利用风能、太阳能、地热能等低碳能源，直接从空气中捕集二氧化碳，并实现二氧化碳的净负排放。
△ 直接空气碳捕集项目示意图 来源：广东南方碳捕集与封存产业中心
DAC技术通过使用吸收剂或其他方法直接从大气中捕获二氧化碳，然后将其储存或利用。目前，DAC技术正在不断发展中，有几种不同的设备和方法被研究和部署。以下是一些主要的DAC设备和方法：
△ 不同碳捕获方式的技术路线 来源：中国环境科学院
1. 液体吸收剂设备
这种类型的DAC设备使用液体吸收剂（如碱性水溶液）来捕获二氧化碳。空气被引导通过含有液体吸收剂的塔或反应器，二氧化碳被吸收进液体中。然后，通过加热处理从液体中释放二氧化碳，并对吸收剂进行再生。液体吸收剂方法适合于大规模应用，但需要较大的设备和更多的能源投入。
2. 固体吸收剂设备
这类DAC设备使用固体吸收材料（如氢氧化钠或氨基硅酸盐）捕获空气中的二氧化碳。空气通过装满固体吸收剂的容器流动时，二氧化碳被吸收。之后，通过加热或化学处理释放二氧化碳，并将吸收剂再生以重复使用。这种方法的优点包括较高的二氧化碳捕捉效率和相对低的能耗。
3. 固体吸附设备
利用固体吸附材料（如沸石或活性炭）的DAC设备通过物理吸附作用捕捉空气中的二氧化碳。这种方法通常涉及低温下的吸附过程和高温下的解吸过程，以实现二氧化碳的捕获和释放。固体吸附设备通常具有较高的能效和较低的运营成本。
4. 直接矿化技术
直接矿化是将二氧化碳直接转化为碳酸盐矿物的过程，这可以通过自然或加速的化学反应实现。虽然这不是DAC的传统方法，但它提供了一种将二氧化碳永久存储的途径。直接矿化可以在特定的反应器内进行，也可以利用某些类型的工业废弃物进行。
5. 生物能源结合DAC技术
这种方法结合了生物能源的生产和DAC技术，通过培养特定的微生物（如藻类），这些微生物可以在生长过程中直接从空气中捕获二氧化碳。之后，这些生物质可以被用于生产能源，同时捕获的二氧化碳可以被储存或利用。尽管DAC技术提供了一个有希望的减少大气中二氧化碳浓度的方法，但目前这些技术仍处于发展阶段，面临成本、能效和规模扩大等挑战。未来的研究和开发将是关键，以提高这些设备的效率和经济可行性，从而使DAC技术成为应对气候变化的有效手段之一。
△ DAC基本工艺流程 来源：中国能建
DAC发展背景
Work Review
自上世纪以来，人类的城市化与工业化对气候产生了重大影响，排放出的以二氧化碳为首的大量温室气体造成了全球变暖等严重问题。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2021年发布报告称全球变暖问题将在未来二十年达到灾难性程度。为避免出现气候变化的严重后果，许多国家都承诺实现二氧化碳净零排放。中国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，碳中和与碳达峰现已成为中国“十四五”污染防治攻坚战的主要目标。国际能源署(IEA)估算，要在本世纪末实现全球温升不超过1.5℃的目标，32%的碳减排任务要依靠二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术。
△ CCUS技术环节 来源：网络
随着各种新兴技术的不断发展,CCUS技术内涵不断丰富,我国2022年发布的《第四次气候变化国家评估报告》明确CCUS技术包含生物质能碳捕集与封存(BECCS)和直接空气捕集(DAC)等负排放技术。《高等学校碳中和科技创新行动计划》中也指出，要在碳中和关键技术行动中展开关于DAC的技术攻关研究。
与其他碳捕集技术相比，DAC技术无地域限制，可将捕集点与封存点置于一处，降低了运输成本，也可解决交通、建筑行业等诸多二氧化碳分布源的排放问题，还可避免吸附/吸收剂性能受烟气中高浓度污染物(如NOx、SOx等)的影响，因此DAC被认为是一项极具发展前景的碳捕集技术。
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应用场景
“碳捕块CarbonBox”可广泛应用于绿色甲醇、绿色航空燃油等绿色燃料合成和碳交易服务等领域。通过“碳捕块CarbonBox”直接空气捕集得到的二氧化碳是真正绿色环保的碳源，满足国际ISCC认证，更能克服生物质碳源在原料供给不稳定、地域限制等一系列的应用掣肘，实现绿色碳源大批量、稳定的供给，彻底打通当前绿色燃料合成中面临的碳源瓶颈。
△应用场景1：绿色甲醇动力集装箱船舶 来源：中国能建
△应用场景2：绿色航空燃油动力航班 来源：中国能建
未来，中国能建将持续在交通能源融合领域深耕发展，坚持清洁能源的高效转化、利用和绿色变革。以“碳捕块CarbonBox”为代表的创新装备的成功研发将推动国内外新能源利用迈上新台阶，丰富双碳减排路径和手段，填补国内绿色燃料合成领域DAC应用的市场空白，为国家能源绿色转型提供重要的装备支撑，创造巨大的产业价值。
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研发团队
中能建（上海）成套工程有限公司
中能建（上海）成套工程有限公司作为一家集约化、一体化、国际化的综合解决方案服务商，致力于清洁能源项目开发、成套设备系统集成、能源投资建设运营一体化。公司在交通能源融合领域深耕发展，始终坚持清洁能源的高效转化、利用和绿色变革。以CarbonBox为代表的创新装备的成功研发必将极大推动国内外新能源利用迈上新台阶，丰富双碳减排路径和手段，填补国内绿色燃料合成领域DAC应用的市场空白，为国家能源绿色转型提供重要的装备支撑，创造巨大的产业价值。
上海交通大学
“空气水碳调控方法与技术”团队
上海交通大学“空气水碳调控方法与技术”团队致力于解决空气中水/碳探测、捕集、利用、转化的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。团队近年来在Chemical Society Reviews、Matter、Device、Energy等国际期刊上发表系列跨学科交叉论文，并推动科研成果在重要领域和行业应用。此次CarbonBox研发成功是团队科研成果落地的又一重要里程碑。
△团队合影 来源：中国能建
END
编辑：朱禹诺
审核：李洪东
我国在
二氧化碳直接空气捕集
技术方面取得重大突破！
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Introduction
近日，亚洲最大、国际领先的年600吨级二氧化碳直接空气捕集（Direct Air Capture，DAC）装置“碳捕块 CarbonBox”成功通过百吨级模块满负荷可靠性运行验证，单个模块顺利实现从空气中直接年捕集99%高浓度二氧化碳超过100吨，标志着我国在二氧化碳直接空气捕集技术方面取得重大突破，填补了我国在超大吨位高浓度工业级DAC工程装备领域的空白，对于推动我国实现双碳战略和能源绿色转型具有重要意义。
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碳捕块 CarbonBox
概述
“碳捕块 CarbonBox”由中国能建上海成套公司联合上海交通大学共同研发攻关、拥有完全自主知识产权，该技术领先性主要体现在聚焦DAC高能耗、高成本的世界性难题，通过捕集装置结构的创新设计、工艺流程的精准优化和核心配套件的颠覆性研发，研发团队实现了二氧化碳捕集能耗的设计目标，同时确保了捕集系统的可靠性、安全性及使用寿命，综合性能达到国际领先水平。
“碳捕块CarbonBox”由捕集单元和处理单元组成，每个单元尺寸均为集装箱大小，可在现场对模块进行直接吊装，无需二次组装。同时，该装置也可根据工程需求进行捕集单元堆叠和处理单元集中式设计，通过标准化成组集成，二氧化碳年捕集规模可达百万吨。
通过“碳捕块 CarbonBox”直接空气捕集得到的二氧化碳满足国际ISCC认证，更能克服生物质碳源在原料供给不稳定、地域限制等一系列的应用掣肘，实现绿色碳源大批量、稳定的供给，彻底打通当前绿色燃料合成中面临的碳源瓶颈。
此外，随着国家“双碳”战略的深入推进和践行，根据不同的企业机构的碳减排和碳交易需求，CarbonBox利用其模块化设计的特点，可大规模集中式、分布式及移动式布置，实现随时、随地、无区域限制的碳捕集配额、项目减排开发、国际碳关税应对、零碳建设、气候投融资等服务，为政府机构、集团公司、高碳企业等提供一揽子“碳中和”解决方案。
△“碳捕块CarbonBox”来源：中国能建
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关于DAC
DAC介绍
Work Review
直接空气碳捕集（Direct Air Capture，DAC）是一种新兴的碳捕集技术，可利用风能、太阳能、地热能等低碳能源，直接从空气中捕集二氧化碳，并实现二氧化碳的净负排放。
△ 直接空气碳捕集项目示意图 来源：广东南方碳捕集与封存产业中心
DAC技术通过使用吸收剂或其他方法直接从大气中捕获二氧化碳，然后将其储存或利用。目前，DAC技术正在不断发展中，有几种不同的设备和方法被研究和部署。以下是一些主要的DAC设备和方法：
△ 不同碳捕获方式的技术路线 来源：中国环境科学院
1. 液体吸收剂设备
这种类型的DAC设备使用液体吸收剂（如碱性水溶液）来捕获二氧化碳。空气被引导通过含有液体吸收剂的塔或反应器，二氧化碳被吸收进液体中。然后，通过加热处理从液体中释放二氧化碳，并对吸收剂进行再生。液体吸收剂方法适合于大规模应用，但需要较大的设备和更多的能源投入。
2. 固体吸收剂设备
这类DAC设备使用固体吸收材料（如氢氧化钠或氨基硅酸盐）捕获空气中的二氧化碳。空气通过装满固体吸收剂的容器流动时，二氧化碳被吸收。之后，通过加热或化学处理释放二氧化碳，并将吸收剂再生以重复使用。这种方法的优点包括较高的二氧化碳捕捉效率和相对低的能耗。
3. 固体吸附设备
利用固体吸附材料（如沸石或活性炭）的DAC设备通过物理吸附作用捕捉空气中的二氧化碳。这种方法通常涉及低温下的吸附过程和高温下的解吸过程，以实现二氧化碳的捕获和释放。固体吸附设备通常具有较高的能效和较低的运营成本。
4. 直接矿化技术
直接矿化是将二氧化碳直接转化为碳酸盐矿物的过程，这可以通过自然或加速的化学反应实现。虽然这不是DAC的传统方法，但它提供了一种将二氧化碳永久存储的途径。直接矿化可以在特定的反应器内进行，也可以利用某些类型的工业废弃物进行。
5. 生物能源结合DAC技术
这种方法结合了生物能源的生产和DAC技术，通过培养特定的微生物（如藻类），这些微生物可以在生长过程中直接从空气中捕获二氧化碳。之后，这些生物质可以被用于生产能源，同时捕获的二氧化碳可以被储存或利用。尽管DAC技术提供了一个有希望的减少大气中二氧化碳浓度的方法，但目前这些技术仍处于发展阶段，面临成本、能效和规模扩大等挑战。未来的研究和开发将是关键，以提高这些设备的效率和经济可行性，从而使DAC技术成为应对气候变化的有效手段之一。
△ DAC基本工艺流程 来源：中国能建
DAC发展背景
Work Review
自上世纪以来，人类的城市化与工业化对气候产生了重大影响，排放出的以二氧化碳为首的大量温室气体造成了全球变暖等严重问题。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2021年发布报告称全球变暖问题将在未来二十年达到灾难性程度。为避免出现气候变化的严重后果，许多国家都承诺实现二氧化碳净零排放。中国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，碳中和与碳达峰现已成为中国“十四五”污染防治攻坚战的主要目标。国际能源署(IEA)估算，要在本世纪末实现全球温升不超过1.5℃的目标，32%的碳减排任务要依靠二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术。
△ CCUS技术环节 来源：网络
随着各种新兴技术的不断发展,CCUS技术内涵不断丰富,我国2022年发布的《第四次气候变化国家评估报告》明确CCUS技术包含生物质能碳捕集与封存(BECCS)和直接空气捕集(DAC)等负排放技术。《高等学校碳中和科技创新行动计划》中也指出，要在碳中和关键技术行动中展开关于DAC的技术攻关研究。
与其他碳捕集技术相比，DAC技术无地域限制，可将捕集点与封存点置于一处，降低了运输成本，也可解决交通、建筑行业等诸多二氧化碳分布源的排放问题，还可避免吸附/吸收剂性能受烟气中高浓度污染物(如NOx、SOx等)的影响，因此DAC被认为是一项极具发展前景的碳捕集技术。
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应用场景
“碳捕块CarbonBox”可广泛应用于绿色甲醇、绿色航空燃油等绿色燃料合成和碳交易服务等领域。通过“碳捕块CarbonBox”直接空气捕集得到的二氧化碳是真正绿色环保的碳源，满足国际ISCC认证，更能克服生物质碳源在原料供给不稳定、地域限制等一系列的应用掣肘，实现绿色碳源大批量、稳定的供给，彻底打通当前绿色燃料合成中面临的碳源瓶颈。
△应用场景1：绿色甲醇动力集装箱船舶 来源：中国能建
△应用场景2：绿色航空燃油动力航班 来源：中国能建
未来，中国能建将持续在交通能源融合领域深耕发展，坚持清洁能源的高效转化、利用和绿色变革。以“碳捕块CarbonBox”为代表的创新装备的成功研发将推动国内外新能源利用迈上新台阶，丰富双碳减排路径和手段，填补国内绿色燃料合成领域DAC应用的市场空白，为国家能源绿色转型提供重要的装备支撑，创造巨大的产业价值。
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研发团队
中能建（上海）成套工程有限公司
中能建（上海）成套工程有限公司作为一家集约化、一体化、国际化的综合解决方案服务商，致力于清洁能源项目开发、成套设备系统集成、能源投资建设运营一体化。公司在交通能源融合领域深耕发展，始终坚持清洁能源的高效转化、利用和绿色变革。以CarbonBox为代表的创新装备的成功研发必将极大推动国内外新能源利用迈上新台阶，丰富双碳减排路径和手段，填补国内绿色燃料合成领域DAC应用的市场空白，为国家能源绿色转型提供重要的装备支撑，创造巨大的产业价值。
上海交通大学
“空气水碳调控方法与技术”团队
上海交通大学“空气水碳调控方法与技术”团队致力于解决空气中水/碳探测、捕集、利用、转化的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。团队近年来在Chemical Society Reviews、Matter、Device、Energy等国际期刊上发表系列跨学科交叉论文，并推动科研成果在重要领域和行业应用。此次CarbonBox研发成功是团队科研成果落地的又一重要里程碑。
△团队合影 来源：中国能建
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编辑：朱禹诺
审核：李洪东