近日，美國能源部（DOE）化石能源辦公室宣布在“碳捕集、利用與封存”計劃下資助7200萬美元，支持27個碳捕集技術(shù)研發(fā)項目，旨在降低發(fā)電、工業(yè)領(lǐng)域化石能源使用產(chǎn)生的碳排放，確保美國能夠繼續(xù)利用其化石燃料資源獲得清潔安全的能源。本次資助項目聚焦兩大主題領(lǐng)域，包括：煤/天然氣煙氣中碳捕集的工程規(guī)模測試以及工業(yè)源碳捕集的初步工程設(shè)計；直接空氣碳捕集技術(shù)的創(chuàng)新研究和開發(fā)。主要內(nèi)容如下：
一、煤/天然氣煙氣中碳捕集的工程規(guī)模測試以及工業(yè)源碳捕集的初步工程設(shè)計
該領(lǐng)域?qū)⑼度?100萬美元支持9個研發(fā)項目，具體包括如下子領(lǐng)域：
1、工業(yè)源的CO2捕集和壓縮（600萬美元）：①設(shè)計一種從煉鋼廠高爐煙氣中捕集CO2的工業(yè)規(guī)模碳捕集系統(tǒng)，能夠捕集50%-70%的碳排放，以開發(fā)鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)；②采用基于吸附劑的燃燒后碳捕集技術(shù)，對水泥生產(chǎn)設(shè)施的碳捕集系統(tǒng)進行初步工程分析設(shè)計，以從水泥窯和天然氣蒸汽發(fā)生器的煙氣中去除CO2，目標是實現(xiàn)捕獲能力達200萬噸/年的碳捕集系統(tǒng)；③為水泥廠進行初步工程設(shè)計，以使用基于膜的商業(yè)規(guī)模碳捕集技術(shù)，該技術(shù)此前已經(jīng)通過了小型工程規(guī)模的測試和研究；④用于林德蒸汽甲烷重整制氫工廠的林德-巴斯夫先進燃燒后捕集系統(tǒng)的初步工程設(shè)計，該系統(tǒng)將用于洛杉磯康沃爾特的制氫廠（世界最大蒸汽甲烷重整制氫工廠之一），實現(xiàn)從煙氣流中回收至少90%的CO2。
2、乙醇工廠的CO2捕集和壓縮（150萬美元）：①進行用于乙醇生產(chǎn)設(shè)施的混合碳捕集系統(tǒng)的初步工程設(shè)計，并評估改造乙醇工廠的費用。將開發(fā)一種新型碳捕集系統(tǒng)，包括了生物處理過程中的碳捕集和壓縮，以及利用胺吸收技術(shù)捕集天然氣鍋爐產(chǎn)生的CO2，目標是具備年處理20萬噸CO2的能力。
3、天然氣煙氣的碳捕集測試（2600萬美元）：①基于燃燒后碳捕集技術(shù)設(shè)計、建造、調(diào)試和測試工業(yè)規(guī)模的天然氣碳捕集工廠，將在加利福尼亞油田的實際條件下至少運行兩個月的連續(xù)穩(wěn)態(tài)測試，收集數(shù)據(jù)以進一步擴大碳捕集規(guī)模；②天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（NGCC）的煙氣流中示范具有增強穩(wěn)定性的低成本新型溶劑碳捕集技術(shù)，將設(shè)計、建造和運行一個工程規(guī)模的試驗系統(tǒng)，每天將吸收10噸CO2。
4、燃煤煙氣或煤和天然氣煙氣的碳捕集測試（1800萬美元）：①燃燒后碳捕集的新型貧水溶劑的工程規(guī)模測試，將開發(fā)一種經(jīng)濟有效的合成溶劑方法，在國家碳捕集中心進行0.5兆瓦規(guī)模的測試，隨后進行改進以用于在煤和天然氣電廠煙氣中進行測試，并對在電廠全面部署進行技術(shù)經(jīng)濟分析以及環(huán)境健康和安全風險評估；②用于碳捕集的新型膜技術(shù)工程規(guī)模設(shè)計和測試，將設(shè)計和建造一個工程規(guī)模碳捕集系統(tǒng)，連續(xù)穩(wěn)定運行測試至少兩個月，收集數(shù)據(jù)以進一步擴大規(guī)模，目標是實現(xiàn)DOE的新型碳捕集性能目標，即以30美元/噸的成本產(chǎn)生純度達95%的CO2。
二、直接空氣碳捕集（DAC）技術(shù)的創(chuàng)新研究和開發(fā)
該領(lǐng)域?qū)⑼度?100萬美元支持18個研發(fā)項目，具體包括：（1）使用新型結(jié)構(gòu)化吸附劑進行DAC，設(shè)計建造和運行一個捕集能力為30千克/天的DAC系統(tǒng)，在可再生能源發(fā)電廠進行現(xiàn)場測試，收集實際條件下新工藝和材料的運行數(shù)據(jù)，用于技術(shù)經(jīng)濟性和生命周期分析；（2）開發(fā)用于DAC的先進集成網(wǎng)狀吸附劑涂層系統(tǒng)，將金屬有機框架（MOF）吸附劑和吸附劑粘結(jié)劑漿液涂料相結(jié)合，用于空氣中的碳捕集；（3）開發(fā)和測試MIL-101(Cr)基吸附劑，以粉末形式存在于聚合物/MOF復合纖維中和整料表面；（4）示范連續(xù)移動的DAC系統(tǒng)，對其特有的機械組件進行原型設(shè)計并完善工藝，評估對材料壽命的影響，并進行成本評估，確定關(guān)鍵性能指標；（5）進行DAC新方法的堿度波動實驗，將示范從空氣中直接捕集CO2并釋放至濃縮CO2環(huán)境中的新方法，該方法涉及低成本堿性水溶液堿度的變化；（6）開發(fā)用于DAC的高滲透性、超薄選擇性混合聚合物膜，通過實驗和過程模擬，研究膜性能（厚度、滲透性、選擇性等）和處理條件（溫度、壓力、濕度、氣體成分、流速等）的影響；（7）利用計算工具、材料表征和實驗室規(guī)模測試來優(yōu)化吸附劑材料，以確定其在DAC運行條件下的性能，與當前最先進DAC技術(shù)相比，將大大減少系統(tǒng)的能源需求；（8）設(shè)計、制造和現(xiàn)場測試直接從空氣中捕集CO2和水的系統(tǒng)；（9）開發(fā)用于DAC的可調(diào)、快速吸收的氨基聚合物氣凝膠吸附劑，該固體吸附劑將達到4毫摩爾/克的平衡吸收容量、0.15毫摩爾/克/分鐘的吸收速率，且其抗氧化性是最先進的聚乙烯亞胺的7倍；（10）開發(fā)一種創(chuàng)新的吸附劑結(jié)構(gòu)，可以將胺吸附劑置于多孔電紡纖維中的分級納米多孔膠囊結(jié)構(gòu)中；（11）開發(fā)用于DAC的先進固體吸附劑，將開發(fā)兩種不同的新型材料（MOF和含磷樹狀大分子），具有耐用、高容量、可再生等優(yōu)點；（12）擴大DAC系統(tǒng)規(guī)模并整合已通過實驗室驗證的固態(tài)胺CO2吸附-脫附接觸器技術(shù)，最終目標是在集成現(xiàn)場設(shè)備中測試現(xiàn)有DAC材料來降低DAC成本，這些設(shè)備產(chǎn)生的CO2純度在95%以上；（13）開發(fā)高度多孔的膜吸附劑，含有親二氧化碳聚合物和自組裝無機納米籠，可通過無電太陽能加熱和輻射冷卻快速變溫吸附，實現(xiàn)經(jīng)濟有效的DAC；（14）開發(fā)用于DAC的低再生溫度吸附劑，該吸附劑為離子液體催化的胺摻雜固體吸附劑，可在80-90℃的解吸溫度下將CO2解吸速率提高幾個數(shù)量級，可將吸附劑再生所需的能量減少20%以上，具備利用廢熱進行再生的潛力，同時可延長吸附劑壽命/穩(wěn)定性；（15）結(jié)合最先進的無水納米流體溶劑和靜電紡絲技術(shù)，開發(fā)用于DAC的下一代纖維包封納米混合材料，具有選擇性水排斥作用；（16）開發(fā)用于DAC的環(huán)境溫度下低真空變壓吸附的胺吸附劑，這一概念還可擴展至從化工和天然氣工業(yè)的工藝流中分離酸性氣體和含硫氣體分子；（17）開發(fā)一種使用聚（芳基哌啶）（PAP）離聚物的電化學驅(qū)動式CO2分離裝置，將在環(huán)境條件下連續(xù)分離空氣中的CO2，還將對PAP離聚物中的CO2、碳酸氫鹽、碳酸鹽和氫氧化物的動力學、熱力學和傳輸特性進行表征；（18）開發(fā)一種用于DAC的增強型去極化電膜系統(tǒng)，與最先進的DAC技術(shù)相比，可降低30%的能耗。
