自工业革命以来，由于人为活动（主要是燃烧化石燃料）的排放，二氧化碳（CO2）在大气中的浓度一直在上升。持续的二氧化碳排放可能导致潜在的不可逆转的气候变化（全球变暖）和海洋酸化。即使今天二氧化碳排放量减少到零，但由于这种温室气体的长期驻留，其对环境的影响将在未来持续下去。因此，第21届联合国气候变化大会通过了巴黎气候国际协议——《巴黎协定》，个国家参与签署协议，旨在将全球温度升高限制在2℃以下。
二氧化碳是一种重要的温室气体，主要通过燃烧化石燃料等人类活动被添加到大气中。因此，世界气候正在发生严重变化，不同的生态系统正在受到威胁。自工业化前时代以来，人口和经济的增长，在很大程度上增加了全球平均大气CO2浓度。0年至年间，二氧化碳水平从ppm上升至年的ppm。全球二氧化碳排放量每年约为60亿吨，其中91%来自化石燃料的燃烧。因此，自工业革命以来，海洋已经吸收了大约20%～40%排放到大气中的二氧化碳。这对海洋表面的化学性质有更大的影响，尤其是对氢离子浓度（H+）水平的影响。大气中二氧化碳的持续上升增加了海洋中H+的含量，从而导致海洋酸化。海洋表面的pH值已经降低了0.1U。按照这种速度，预计到本世纪末，海洋pH值将下降0.4U，到年将下降0.8U。同时，碳酸盐平衡受到影响，对海洋生物造成巨大影响。海洋pH值降低会减少可用的碳酸盐离子的数量，对于某些物种，如珊瑚礁和钙质浮游生物形成生物成因碳酸钙，可能会变得更加困难。因此，这些物种更容易被溶解，它们的栖息地受到严重威胁。据估计，到年，已经有0%会遭到破坏，大约60%可能会损失。此外，作为温室气体，二氧化碳可以吸收和发射红外辐射，从而影响全球温度。自年以来，地球的平均温度上升主要原因是二氧化碳排放量增加，导致冰川和其他冰融化，从而导致海平面上升。
为了降低大气中的二氧化碳浓度，一些国家认识到迫切需要致力于低碳经济。年，各国根据《联合国气候变化框架公约》（第21届缔约方会议）通过了一项应对气候变化的国际协定。《巴黎协定》旨在避免全球平均气温比工业化前上升2℃，并努力将这一上升限制在工业前水平的1.5℃以下。为了限制变暖，排放的二氧化碳总量必须是有限的，其中包括利用预防和补救策略。预防措施涉及（1）提高能源效率；（2）增加低碳燃料的使用；（）促进可再生能源的使用；（4）使用地球工程方法，例如，种树造林，这会增加自然碳汇。
人为CO2源可分为两类：大型固定源（如发电厂和工业活动）和分散源（主要来自运输）。虽然碳捕获和储存可以减少大型固定来源的CO2排放（约85%～90%），但将人为CO2排放减少接近于零的目标，也需要从扩散排放中捕获CO2（例如汽车、卡车、飞机）。由于扩散源的捕获在技术上是不可能的，其数量巨大，可以使用负排放技术（NegativeEmissionTechnologies，NET）从大气中捕获CO2，从而抵消这些排放。从大气中捕获CO2可能比从固定点捕获成本更高，但这种补充方法具有一些优势：（1）CO2捕获是独立于部门的，换句话说，它可以捕获扩散源和点源排放的CO2；（2）由于CO2捕集装置可放置在任何地方，因此可避免运输需要的基础设施；（）分离过程受其他污染物（例如氮氧化物、硫氧化物）影响较小，因为与烟气相比，它们的大气浓度要低得多。尽管如此，负排放技术满足所需情景的可行性仍然受到质疑。技术和社会障碍，如缺乏政治行动、公众对这些技术的理解和接受程度，或负排放技术可能产生的副作用，制约着技术的推广。负排放技术包括多种技术，它可以分为两条路线：（1）通过物理化学过程（吸收、吸附、海洋碱度增强（OAE）和土壤矿化）直接捕获空气中的二氧化碳；（2）通过生物过程（造林、海洋施肥、藻类培养、CCS生物能（BECCS）和生物炭）间接捕获空气中的二氧化碳。下面概述主要的负排放技术，同时介绍每种技术的优缺点。
一、吸收吸收是捕获的气体(环境空气)进入吸收柱与物理或化学溶剂接触的过程。这种溶剂具有只吸收二氧化碳而让其他气体通过的特性。富含二氧化碳的溶液通常被转移到再生柱中，在那里二氧化碳被去除，溶剂被循环再利用。物理吸收是基于亨利定律，二氧化碳在溶剂上的溶解归因于静电相互作用和范德华力。吸收过程发生在高压和低温下，反之则有利于解吸过程。典型的吸收剂是二甲醚或聚乙二醇和低温甲醇洗。一般来说，这些吸收剂在其他气体存在时腐蚀性较低，毒性较低，再生温度较低。然而，CO2的再生也需要较高的分压，并且加压需要大量的能量。因此，物理吸收对于分压较低的气流是不经济的。化学吸收是目前用于从烟气中捕获二氧化碳的最成熟技术。化学溶剂基本上是胺，最广泛使用的是单乙醇胺（MEA）。捕获是在低CO2分压和低温下进行，可捕获75%～90%的CO2，产生纯CO2流（99%）。然而，该技术在以下方面存在一些挑战：（1）高腐蚀速率；（2）再生的高能量和温度要求；（）胺降解（导致吸附剂损失）；（4）低CO2捕获能力。也可以使用湿式洗涤系统从环境空气中捕获CO2。大气中的二氧化碳被氢氧化钠（NaOH）溶液吸收，形成碳酸钠（Na2CO）溶液。然后，通过煅烧、加压和储存来回收二氧化碳。
离子液体（ILs）已成为化学和物理吸附剂的可能替代品。离子液体仅由离子组成，在室温下保持液态。离子液体的有利的溶剂性质（例如，高热稳定性、不显著的挥发性、可调节容量和高CO2溶解度）使其成为吸收工艺的可行选择。由于离子液体的热稳定性，可以吸收再生能量要求较低的CO2。离子液体的一个限制是随着CO2的吸收而粘度增加，这可能会产生一些关于溶剂泵送和传质动力学的问题。离子液体的另一个限制是与有机溶剂相比成本高。因此，对于工业规模而言，有必要提高其回收、产品隔离和再利用效率，并评估环境影响。
二、吸附在吸附过程中，空气被送入一个固体吸附剂床，该吸附剂选择性地固定CO2，直到达到平衡。解吸或再生是吸附过程工业应用的一个重要特征。为了降低CO2回收成本，吸附剂必须是可再生的，允许其在大量循环中重复使用。CO2解吸通常通过改变压力或温度进行。在改变压力中，吸附过程在高压下进行，解吸过程在低压（通常为大气压）下进行。在改变温度中，通过使用热空气或蒸汽喷射提高系统温度，从固体吸收剂中解吸CO2。改变压力操作简单，功耗低，再生快。然而，水的存在可能会降低CO2的回收率。改变温度的再生时间比改变压力的长，但CO2纯度和回收率更高，避免了CO2加压所需的能量。
虽然吸附法CO2捕集仅在高浓度CO2下商业化，但对于大气CO2捕集，该工艺比吸收法具有以下优点：（1）再生能量要求低；（2）与液体废物相比，固体废物对环境的影响更小；（）耐腐蚀；（4）更宽的工作温度范围。吸附剂的选择应考虑比表面积、选择性和再生能力。典型的吸附剂是沸石和活性炭。然而，大气压力和空气中的水含量会影响吸附能力，因此这些吸附剂不适合用于空气捕获。由于吸附剂-吸附质相互作用的化学特性，胺功能化固体在低浓度下具有较高的选择性、稳定性和耐水性。事实上，潮湿环境可以提高吸附效率。胺功能化吸附剂有一些缺点：（1）在高温下，胺类吸附剂会降解；（2）解吸需要改变温度，这会降低吸附容量。
三、海洋碱度增强海洋约占地球表面的70%，其碳含量是大气的50倍左右。然而，大气CO2浓度的增加一直在升高海洋酸度。增强海洋碱度因其具有固碳潜力而备受
转载请注明：http://www.cbpkw.com/zlff/15744.html
