随着“双碳”目标的不断推进，碳减排、碳捕集和二氧化碳利用封存技术也在不断地发展迭代，目前我国得到持续推广的有节能减排降耗的新工艺应用，原料脱碳、煤电厂、水泥生产、天然气联合循环电厂、整合气化联合循环电厂、生物质能源碳捕集等技术，但空气二氧化碳直接捕集（DAC）技术还存在缺失。

DAC技术的基本工艺流程

    空气二氧化碳直接捕集的优势在于成本合理、规模可以无限放大、可消除任何时间点排放的二氧化碳；可永久脱除空气中的二氧化碳等。空气二氧化碳直接捕集可以分为以下三个步骤：

    第一步：空气被通过位于收集器内部的风扇吸入。空气被吸入后通过位于收集器内部的过滤器，将二氧化碳颗粒捕获。

    第二步：当二氧化碳完全充满过滤器时，收集器关闭，通过加热使温度上升到100°C左右；

    第三步：捕集后的二氧化碳混合一部分水被引入地表以下，通过矿化作用封存于地下，也可进行再利用，如输送至啤酒、饮料厂使用，或转化成合成柴油或低碳燃油用来发电。

加拿大Carbon Engineering（CE）公司的二氧化碳捕集利用及封存路线

    根据工艺中吸收剂的使用类型，直接空气二氧化碳捕集（DAC）技术可分为液体和固体两种。

    液体DAC技术：

    1、碱性氢氧化物溶液

    碱性氢氧化物溶液DAC技术包括两个循环反应，一是大气中的二氧化碳与碱性氢氧化物（氢氧化钠NaOH或氢氧化钾KOH）溶液反应生成可溶于水的碳酸盐，二是通过苛化反应实现碱性氢氧化物的再生，并将苛化反应生成的碳酸钙（CaCO3）加热至900℃以上释放出二氧化碳。

    2、胺溶液

    胺溶液吸收在二氧化碳燃烧后捕集中的应用比较广泛，先在环境温度下利用胺溶液从烟道气体中吸收二氧化碳，然后在120℃左右温度下通过汽提使胺溶液再生。研究发现烷醇胺对二氧化碳具有很高的亲和力，满足从空气中直接捕获二氧化碳的条件。

    3、氨基酸盐溶液

    将氨基酸盐溶液作为吸收溶剂，通过胍氢键将大气中的二氧化碳转化为碳酸盐结晶，这种结晶的溶解度非常低进而可从溶液中过滤分离。

    氨基酸盐溶液DAC技术流程主要分为三个环节，一是空气中的二氧化碳与氨基酸盐溶液反应生成相应的碳酸氢盐；二是碳酸氢盐与BIGs（Bis-iminoguanidines）作用使氨基酸盐再生并同时得到碳酸盐结晶，三是碳酸盐晶体在较低温度（80~120℃）分解实现BIGs的再生并得到高纯度的二氧化碳。

氨基酸盐溶液DAC技术流程示意图

    4、碱度浓度变化

    碱度浓度变化法采用稀碱性水溶液吸收空气中的二氧化碳，溶液与空气达到平衡时碱度由初始碱度增至平衡碱度，随后将溶液浓缩使溶液中溶解的无机碳增多、碱度增加至最高碱度，二氧化碳在溶液中的分压也随之增加，将系统压力降至低于二氧化碳分压后溶液中吸收的二氧化碳得以脱除排放，继续将浓缩溶液稀释使其恢复初始碱度，再重新吸收空气中的二氧化碳并不断循环对上述过程。

碱度浓度变化DAC流程示意图

    固体DAC技术：

    1、固体碱（土）金属

    有纯碱（土）金属、负载型碱（土）金属、固态胺吸附剂三种，以纯碱金属氧化钙（CaCO3）为例，其二氧化碳捕集过程主要包括两步：第一步是氧化钙与二氧化碳接触后发生碳酸化反应转化为碳酸钙（CaCO3）；第二步是碳酸钙煅烧释放出二氧化碳，然后连续循环进行上述两步。碱（土）金属的氧化物或氢氧化物同样可应用于空气中二氧化碳的捕集，只是由于空气中二氧化碳的浓度远低于烟气中二氧化碳的浓度，导致空气中直接捕集二氧化碳所需能量大幅增加。

碱（土）金属DAC实验流程示意图

    2、MOFs材料

    近年来MOFs已成为DAC领域的研究热点，可通过在MOFs上负载胺基，或调整孔径及活性点位分布来获得较强的二氧化碳吸附能力。

    3、变湿吸附

    变湿吸附DAC主要分为三个步骤：第一步是在干燥环境下，吸附剂表面的碱性基团吸附空气中的二氧化碳；第二步是在湿度较高或水合度较高条件下，吸附剂所吸附的二氧化碳逐渐解吸；第三步是解吸后得到的二氧化碳，将其压缩后封存或利用。

    实现DAC产业化的公司

    目前，瑞士Climeworks、加拿大CarbonEngineering及美国GlobalThermostat等公司多年来致力于DAC技术的研究，并已有多个运营成功的DAC项目。

全球现行DAC工厂

    目前国内规划和运行碳捕集利用与封存示范项目总数有百余个，涵盖电力、油气、化工、水泥、钢铁等多个行业。其中超过半数的项目建成投产，具备二氧化碳捕集能力超过每年400万吨。我国DAC技术研究起步较晚，尚无DAC工业示范装置。华能集团提出在2024年建成我国第一套DAC工业示范装置，以填补我国在DAC工程示范领域的空白。浙江大学采用变湿再生工艺开发了小型DAC样机，所捕集的二氧化碳可用于供给农业温室大棚。

    空气二氧化碳直接捕集（DAC）技术的未来

    可见，DAC技术产能增量潜力巨大，为应对全球气候变暖，国际上大力发展空气二氧化碳直接捕集（DAC）技术。美国能源部斥资12亿美元补贴DAC项目，建成后预计从大气中每年可清除超200万吨二氧化碳，相当于减少约44.5万辆燃油车的年排放量，同时还创造多达5000个工作岗位。据了解，美国计划在未来10年内建立4个DAC中心，政府还将提供35亿美元的补贴支持。美国能源部称，DAC在大规模部署后，可以帮助美国实现到2050年温室气体排放中和的目标。

    我国在2022年发布的《第四次气候变化国家评估报告》中明确提出了二氧化碳捕集利用与封存（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。同年，国家发改委、国家能源局在《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》中明确表示中国鼓励低碳技术发展，二氧化碳捕集技术是实现气候目标的重要支柱，DAC技术对于我国实现碳中和目标具有重要的战略意义。

    空气二氧化碳直接（DAC）捕集技术在碳中和技术的组合方案中不可或缺，其应用价值有很大的想象空间，如应用于石油行业驱油场景、制造生产合成材料、塑料、甲醇、混凝土、饮料、酒类等各种产品中。

    空气二氧化碳直接捕集（DAC）技术在我国已进入起步阶段，山蓝环境也参与其中进行技术研发，欢迎更多的合作伙伴加入我们，共同促进该领域的快速发展。

    申明：部分内容及图片来自互联网，版权归原作者所有，侵删。