帮助实现碳中和的负排放技术

#优质作者榜#

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


  • 上一篇文章:
  • 下一篇文章: 没有了
  • 网站简介 | 发布优势 | 服务条款 | 隐私保护 | 广告合作 | 网站地图 | 版权申明 |