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×××工程8(2022)3新闻亮点直接空气碳捕获需要婴儿步骤-需要巨大的进步肖恩高级技术作家2021年9月,世界由总部位于瑞士苏黎世的Climeworks公司设计和建造的“Orca”设施-在世界各地,越来越多的商业实体,如Climeworks,已经加大了在工业规模上提供碳的直接空气捕获(DAC)的努力。根据国际能源署(IEA)的数据,2020年全球有15座DAC工厂在运营,每年捕获约10000吨二氧化碳[2]。今天,这一年的数字接近14000吨,但国际能源署建议,如果国际社会要实现《巴黎协定》的气候目标,到2030年这一能力必须达到1107吨。据估计,目前人类活动大约4每年向大气排放10 10 t CO2,其中约一半可被植物的自然系统吸收[3]。似乎没有什么政治意愿支持通过一切可能的手段快速减排,以实现到2050年的净零排放,政府间气候变化专门委员会(IPCC)项目可以将全球变暖限制在1.5 °C,或者到2070年实现净零排放,将变暖限制在2 °C[4事实上,2021年8月9日发布的最新IPCC报告发现,“除非立即、迅速和大规模减少温室气体排放,否则将升温限制在接近1.5 °C甚至2 °C的范围内是遥不可及的”。‘‘We are bound to overshoot our climate targets,” said KlausLackner, DAC pioneer and professor of sustainable engineering anddirector ‘‘As a consequence, we will need the large-scale ability toremove carbondirectlyfrom theenviron-ment-withoutalsocreating a horrible environmental除了所需的大量减排外,越来越多的人一致认为,减缓气候变化最终还需要一系列负排放技术,包括DAC[8]。但是,刚刚起步的DAC行业所面临的挑战的规模最近由美国加利福尼亚州伯克利的独立非营利环境科学组织伯克利地球的首席科学家Robert Rhode总结:除了Climeworks,该行业的另一个新兴参与者是位于加拿大不列颠哥伦比亚省斯夸米什的碳工程公司。他们与开发公司1PointFive合作,Fig. 1. Clime- works“”Orca“位于冰岛Hengill的Hellisheiii-Power Station旁,是一间直 接 空 气 捕 集 碳 的 工 厂 , 已 于 二 零 二 一 年 九 月 全 面 投 入 运 作 。 图 片 来 源 :Climeworks,经许可。美国得克萨斯州休斯顿,他们预计将是世界上最大的DAC设施的工程,在一个网站尚未宣布在得克萨斯州西部的二叠纪盆地地区。如果一切按计划进行,预计到2024年,该工厂将投入运营,年排放CO21106t。碳工程公司说,二氧化碳将“用于低碳石油生产,作为这一过程的一部分,它将永久储存二氧化碳,并用于地质封存,以实现永久的碳工程公司还计划在英国苏格兰建立一个类似的设施,将与阿伯丁郡的StoreggaGeotechnologies合作开发。从气候角度来看,最紧迫的需求是全球排放必须迅速下降,其中包括紧急过渡到可再生能源形式[8,10]。人们还可以通过在二氧化碳产生的地方(例如化石燃料发电厂)捕获二氧化碳,并在其进入大气层之前将其隔离或使用,来防止二氧化碳排放但在未来的几十年里,DAC的倡导者希望通过大量减少大气中的二氧化碳来改变现状要做到这一点,它的应用程序需要快速增长。“我相信DAC希望成为一种大规模生产的技术-它不想扩大规模,它想增加数量,”Lackner说。‘‘It is Lackner是总部位于爱尔兰都柏林的初创公司Carbon Collect的科学顾问,该公司设计了一种名为https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.11.0052095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页:www.elsevier.com/locate/engS.工程8(2022)34机械树(图2)。这些10米高的单元由吸附剂材料的堆叠的锥形盘组成。周围的风将空气吹过圆盘,二氧化碳与吸附剂结合.当吸附剂(在本例中为树脂)被CO2饱和时,塔向下收缩并密封到其基本单元中,其中水分水平或温度的变化导致CO2释放,从而允许其捕获[11]。拉克纳声称,每棵机械树所吸收的二氧化碳是其自然同名树的1000倍.最新版本的全尺寸原型将安装在亚利桑那州立大学校园在2021年底Climeworks也采用模块化方法。它的单元可以堆叠,就像集装箱一样(图1)。这些装置使用风扇吸入环境空气,使其通过该公司所谓的“高度选择性的过滤材料”。当过滤材料吸收了足够的CO2时,关闭装置,将过滤器加热到约100 °C,导致气体释放,然后收集气体(图3)。据该公司称,模块化的一个关键好处是,生产中的设备将始终包含最新和最有效的技术。‘‘The Orca plant is the second generationof the firm’s technology,” said Jan Wurzbacher, Climeworks co-founder and co-chief executive officer, at图二、艺术家对碳捕获机械树的可视化。每棵树将包含一系列由吸附剂树脂制成的吸附盘,这些吸附剂树脂可以吸附二氧化碳。当圆盘捕获了足够的CO2时,圆盘向下塌陷到底部,在那里它们被诱导释放CO2以进行捕获。信用:碳捕获,经许可。直接空气捕获峰会,该公司于2021年9月14日组织的活动[12]。‘‘Thethird generation will lead us towards 即图3.第三章。( a)Climeworks Orca工厂的二氧化碳直接空气捕获如何与通过矿化作用进行的永久地质封存相结合。(b)Climeworks工艺由邻近地热发电厂的热量提供动力,Climeworks的Orca厂产生的浓缩二氧化碳图片来源:Climeworks,经许可。S.工程8(2022)35··到本世纪中叶,我们最终将达到十亿吨级。决定发援会未来的一个关键因素是成本。目前,DAC对于大多数组织来说都是昂贵的。Climeworks并没有说它的过程成本有多少,但它的价格高达1150美元t-1的二氧化碳永久清除。该公司与一些知名公司达成了协议,例如微软,该公司已宣布计划到2030年实现负碳排放,甚至到2050年消除其历史性的大气排放量。总部位于美国加利福尼亚州旧金山的支付平台Stripe向Climeworks支付854美元t-1。‘‘At the moment we are seeing vanity purchasing by very cash-我对此表示欢迎,但这不是一个可复制的模式,如果价格能降到每吨200到100美元,那么你就在可以接受的价格范围之内,这将是一个非常好的价格。大生意”。Lackner同意:但是,如果DAC技术的成本遵循许多其他大规模生产技术(如光伏)的路径,那么他的计算表明,需要数亿美元的投资才能将‘‘But if it turns out that DAC does not follow that costcurve, and you spend 200 million USD to figure that out, that isstill a very worthwhile lesson,” Lackner一些评论家担心,DAC工厂的激增最终可能会带来巨大的能源需求[16]。拉克纳说,提高碳捕获过程的效率是至关重要的 从空气中提取二氧化碳,每摩尔只需要22千焦,所以热力学要求很小。但现在没有人接近这一点,因为我们都是初学者。在DAC能够扩展到有影响力的水平之前,另一个关键因素将是建立一个受监管的二氧化碳处置市场。Haszeldine说,迫切需要解决的是捕获和储存的证据。‘‘What is missing in all of the carbonmarkets around the world is the certification of long-durationstorage of captured CO有效的认证创造了端点的价值。现在,我们有很多自愿的碳市场,公司说但没有人知道这些承诺的结果有多有效。碳抵消目前是狂野的西部,几乎没有任何监管。如果没有成熟的负排放技术组合,就不可能成为一个净零排放的世界,在最乐观的气候情景中,有不可避免的碳排放,如航空业的碳排放[8]。但哈泽尔丁说,乐观情绪是供不应求的拉克纳说:“我们坐在一辆开得太快的车里,前面有一个弯道。”在这一点上,毫无疑问,我们将击中护栏。问题是我们是否要把车翻过来。我们将有损害时,这是这样做的,所以我们需要开始行动了以尽量减少这种伤害。引用[1] Climeworks开始运营Orca,这是世界苏黎世:Climeworks; 2021年9月8日[引用于 2021 年 10 月 18 日 ] 。 可 查 阅 : https://climeworks.com/news/climeworks-launches-orca。[2] 直接空中捕获分析[因特网]。巴黎:国际能源署; 2020年6月[引用2021年10月4日]。可从以下网站获得:https://www.iea.org/reports/direct-air-capture。[3] Friedlingstein P,O'Sullivan M,Jones MW,Andrew RM,Hauck J,Olsen A,等.2020年全球碳预算。 地球系统科学数据2020;12:3269-340.[4] Höhne N,den Elzen M,Rogelj J,Metz B,Fransen T,Kuramochi T,等.排放量:世界上有四倍的工作或三分之一的时间。Nature2020;579(7797):25-8.[5] Allen M,Babiker M,Chen Y,de Coninck H,Connors S,van Diemen R,etal. Summary for policemakers-global warming of 1.5 °C [Internet].日内瓦:政府间气候变化专 门委员会; c2018 [ 引自2021 年10 月18日]。可从以 下网址获得:https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/spm/[6] 希奥尔斯基气候变化:失去阵地?工程2019;5(4):600-2.[7] AR6气候变化2021:物理科学基础日内瓦:政府间气候变化专门委员会; 2021年8月 [ 引 用2021 年10月 18日 ] 。可 从 以下 网 址获 得 :https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/[8] 帕尔默角减缓气候变化将取决于负排放技术。工程2019;5(6):982-4.[9] 卡林顿D气候危机:我们需要数百万台机器从空气中吸收二氧化碳吗?[互联网]。伦 敦 : 卫 报 ; 2021 年 9 月 24 日 [ 引 用 2021 年 10 月 4 日 ] 。 可 查 阅 :https://www.theguardian.com/environment/2021/sep/24/climate-crisis-machines-sucking-co2-from-the-air。[10] 能源是解决气候挑战的核心。日内瓦:政府间气候变化专门委员会;2020年7月31日[引用于2021年10月18日]。可查阅:https://www.ipcc.ch/2020/07/31/energy-climatechallenge。[11] ShiX,Xiao H,Kanamori K,Yonezu A,Lackner KS,Chen Xi. 湿气驱动的CO2吸收剂。Joule2020;4(8):1823-37.[12] 直接空气捕获峰会2021启动[互联网]。 圣布鲁诺:YouTube; 2021年9月21日[引用2021年10月4日]。可从以下网址获得:https://www.youtube.com/watch? v=ZoMz7dmfitY& t=150s。[13] Climeworks被添加到微软的气候组合中[互联网]。阿姆斯特丹:Climate-KIC,欧洲创新与技术研究所; 2021年1月29日[引用2021年10月4日]。可从:http://www.climate-kic.org/news/climeworks-added-to-microsofts-climate-portfolio/。[14] 奥尔布赫河Stripe的第一个碳去除购买[互联网]。旧金山:条纹; 2020年5月18日[ 引 用 2021 年 10 月 4 日 ] 。 可 查 阅 : https://stripe.com/blog/first-negative-emissions-purchases。[15] Lackner KS , Azarabadi H. 降 低 直 接 空 气 捕 获 的 成 本 Ind Eng Chem Res2021;60(22):8196[16] 埃文斯·S2100年,直接二氧化碳捕获机可以使用伦敦:碳简报; 2019年7月22日[引用2021 年 10 月 4 日 ] 。 可 查 阅 : https://www.carbonbrief.org/direct-co2-capture-machines-could-use-quarter-global-energy-in-2100。
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