文/朱炫灿葛天舒吴俊晔杨凡王如竹，上海交通大学制冷与低温工程研究所科学通报
碳捕集与封存(caboncaptueandstoage,CCS)被认为是实现全球温升目标的关键技术之一.根据政府间气候变化专门委员会(IntegovenmentalPanelonClimateChange,IPCC)的推算,为了在21世纪末将温升控制在2°C以内,需要分别在和年之前达到每年10和25GtCO2的碳捕集量,以及~GtCO2的累计捕集量.此外,为了实现2和1.5°C的温升目标,未来的碳排放预算分别为和GtCO2.按照每年40GtCO2的排放速率计算,预算将在10~30年后超支.
大部分IPCC的排放场景显示,为了实现全球温升目标,碳排放首先需要超支,随后将过多的碳排放通过负排放技术消除,这部分排放量约为~GtCO2.为了应对气候变化,中国提出了年前碳排放达峰和年前碳中和的行动目标.然而,当前有关CCS的商业项目推进仍然较为缓慢.据统计,截至年,全球共有65座大型CCS设施,其中26座投入运营,2座停止运营,3座在建,13座完成前期工程设计,21座在早期开发阶段.碳捕集技术主要包括吸收法、吸附法、膜分离法、富氧燃烧和化学链燃烧.在所有的碳捕集技术中,只有燃烧后液胺吸收法实现了商业化运营.
吸附法碳捕集技术在20世纪90年代早期作为溶剂吸收法的替代技术被提出,在近几十年来有了巨大的发展:(1)寻找具有高CO2吸附量、快速吸附动力学、良好的选择性和稳定性的吸附剂是研究热点之一.对碳基材料、介孔二氧化硅、沸石等传统吸附剂和有机金属框架(metaloganicfamewok,MOF)、水滑石、固态胺、聚合物、金属复合氧化物等新型吸附剂在不同领域下的碳捕集性能进行了大量探索.(2)适用于碳捕集的吸附循环过程得到了显著的发展,包括采用变温、变压、变湿、真空、蒸汽吹扫等多种再生手段或者组合.(3)先进的吸附剂结构和吸附装置不断被提出,例如中空纤维、整体式吸附器、径向床、流化床和移动床.(4)将吸附过程和其他分离或者反应过程进行耦合的复合吸附技术得到了广泛