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《能源环境保护》“碳中和路径” | 虚拟专题

来源：能源环境保护

为应对全球气候变化，中国承诺“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。碳中和路径设计既要逐步增加可再生能源的比重，并对化石能源的使用进行有效替代，也要持续提高化石能源的碳效率，其关键在于技术创新，应强化碳减排技术创新的投入，在能源、工业、交通等关键领域进行技术攻关。这包括提高能效、发展可再生能源、绿色氢能以及碳捕获、利用与封存（CCUS）技术等。《能源环境保护》编辑部整理了2023年已发表的22篇关于碳中和路径的论文形成虚拟专题“碳中和路径（一）（二）”，以期为相关研究人员提供参考。

行业视野

环境保护

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  • 高炉煤气循环耦合碳捕集低碳冶炼技术研究进展

    作者(Author)： 徐文青, 符乐, 杨阳, 田沁霖, 李超群, 王艺晰, 朱廷钰, 郝润龙

    摘要：钢铁行业碳排放位列工业行业首位,其中高炉工序碳排放量最高,是钢铁行业碳减排卡脖子环节。 高炉煤气循环耦合碳捕集是高炉实现碳减排的重要途径,在减少碳排放的同时,能够实现炉顶煤气的资源化利用,达到节能减排的目的。 文章综述了煤气循环耦合碳捕集对高炉冶炼的影响,介绍了以煤气循环为主要特点的富氧高炉冶炼工艺,综述了高炉碳捕集技术在工业应用成熟的化学吸收法和变压吸附法,指出将煤气循环和碳捕集耦合更有利于高炉冶炼。 在已发展的煤气循环耦合碳捕集应用中,两种技术耦合可使高炉碳排放降低 20% ~ 40%。 未来的研究应关注煤气循环过程中高炉内反应机理变化,和适用于高炉煤气的低能耗碳捕集材料开发,并积极推进该技术在工业上的应用。
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    能源环境保护
    2023年第03期
    224
    87
  • 多孔固相吸附材料捕集低浓度CO2研究进展

    作者(Author)： 潘鹏云, 赵博, 熊峰, 李浙飞, 崔国凯, 柯权力, 卢晗锋

    摘要：为了缓解日益严重的全球变暖问题,实现碳中和目标,CO2的捕集利用与封存(CCUS)技术作为其中一个重要突破方向而受到广泛关注。 高性能的吸附分离技术是实现 CCUS 技术的关键。 对于目前排放量最大同时也是最难处理的低浓度 CO2(例如空气中的 CO2直接捕获),综合考虑捕集能耗、成本等因素,固相变压吸附捕集相比化学吸收、膜分离等技术更具优势,其中适宜的固相吸附材料选择十分重要。 本文综述了现阶段几种主要的 CO2固体多孔吸附材料,包括碳材料、金属有机框架(MOFs)、分子筛、胺改性固体多孔材料、聚离子液体等,阐述其在 CO2捕集过程中的相关研究进展和现阶段存在的问题,并对碳捕集后续工业应用进行简单介绍,最后指出目前低浓度 CO2捕集技术面临的吸附剂再生及扩散问题,并对捕集后的 CO2转化再利用过程进行前景展望。
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    能源环境保护
    2023年第03期
    208
    75
  • 太阳能热催化二氧化碳转化机理研究进展

    作者(Author)： 帅永, 马丹妮, 颜天天, 张烁, GUENELOUGOUBachirou, 张昊, 王伟

    摘要：太阳能热催化还原技术是二氧化碳资源化的重要技术路线,不同催化剂可实现 CO2向 CO、CH4、HCOOH、MeOH 和合成气的转化。 转化过程中光激发热电子及处于一定热环境中的热力系统的状态同时受到光热转化效率、材料选择性以及系统结构和工作参数的影响,直接决定了系统的转化效率。 本文分析了热驱动二氧化碳催化转化相关的科学技术问题、挑战和需求,系统总结了二氧化碳热化学转化过程的反应热力学和动力学机制,以及新型反应器研发方面的重大进展。指出了考虑入射能量光谱特性与光热催化剂匹配能够实现低能量输入条件下的高转化率和高选择性,通过二氧化碳加氢生产 C1+和 C2+燃料能够有效扩大太阳能光热耦合利用规模并使之与化学工业接轨,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
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    能源环境保护
    2023年第03期
    227
    75
  • 沸石分子筛催化材料在二氧化碳转化中的应用

    作者(Author)： 陈焕浩, 范晓雷

    摘要：开发高效的 CO2化学转化和利用技术是推动碳捕集利用(CCU)技术快速发展的关键,对我国实现双碳战略目标具有重要意义。 沸石分子筛是一种具有规整微孔结构、高结晶度以及高水热稳定性的无机材料,在 CO2化学转化领域有着广泛的应用前景。 本文介绍了当前沸石分子筛催化材料在 CO2转化领域的应用研究进展,重点介绍了沸石催化剂在 CO2-CH4干重整、CO2加氢以及等离子体驱动 CO2转化方面的最新研究进展。 理性设计并可控构筑高性能沸石分子筛催化材料以最大限度地提高 CO2转化效率和产物收率,是未来该领域的研究重点。 尽管沸石分子筛催化材料在 CO2转化领域表现出良好的应用前景,但仍有很多方面值得深入开展研究:1)在 CO2直接加氢制 C+2碳氢化合物(如芳烃)体系中,沸石分子筛的催化性质有着非常关键的作用,如何有效合成并调控沸石的酸性位点,是提高目标产物选择性和收率的关键;2)面向高通量 CO2转化过程,结合 3D 打印技术,实现整体式结构沸石分子筛催化材料的可控制备,将成为该领域的重要发展方向;3)面向新兴催化技术(如电催化、等离子体催化等),设计开发相应的沸石分子筛催化材料,也必将为沸石分子筛催化材料的应用拓展提供可能。
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    能源环境保护
    2023年第02期
    135
    86
  • 基于酶促反应的二氧化碳捕集技术研究进展

    作者(Author)： 张士汉, 邵培静, 叶杰旭, 沈遥

    摘要：燃煤电厂是当前我国二氧化碳(CO2)的主要排放源,针对燃煤电厂研发并改造 CO2捕集工艺是亟待解决的问题。 基于酶促反应的 CO2捕集技术可利用碳酸酐酶(CA)强化 CO2捕集过程,实现 CO2吸收效率的提升并能有效解决传统碳捕集工艺中的能源损耗,在碳捕集研究中吸引了越来越多的关注。 尽管 CA 酶具有高催化效率和对环境友好等优点,但游离酶的稳定性和重复利用性较差,无法大量应用于实际工业碳捕集工艺中,需要选择合适的载体与固定方法制备稳定的固定化 CA 酶。 针对这一关键问题,本文在介绍 CA 酶作为生物催化剂强化 CO2吸收作用机理和酶促强化捕集技术的基础上,重点论述了 CA 酶的固定方法(吸附法、共价键合法、交联法和封装法)及其应用于 CO2捕集方面的最新研究进展。 此外,对基于酶促反应的 CO2捕集技术的未来发展方向进行了展望,提出该技术应进一步研发高活性和稳定性的工程性 CA 酶,构筑高性能且廉价的仿酶催化剂,开发更加经济高效的酶固定化载体材料和工艺,以及加强评估固定化 CA 酶在实际碳捕集工艺中的应用情况及成本效益。
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    能源环境保护
    2023年第02期
    130
    86
  • 微流控在二氧化碳捕集、利用与封存的研究

    作者(Author)： 孙东鹏, 郑园, 陈东

    摘要：二氧化碳(CO2)捕集、利用与封存(CCUS)是解决全球变暖问题的关键技术。 CCUS 通过捕集与封存减少大气中的 CO2含量,并利用 CO2代替化石原料的使用进一步减少 CO2 的净排放。CCUS 技术的实施基于微尺度下 CO2物理和化学过程的综合研究。 微流控技术可以在微米甚至纳米尺度操控流体并揭示流体运动规律,在 CO2捕集、利用与封存等各个环节中均发挥了重要的作用。 本文概述了微流控技术的优势,包括精确的流体操控、大比表面积和增强的传热传质能力。 系统介绍了与 CCUS 相关的微流控研究,包括 CO2捕集吸收剂的快速筛选、配方优化和材料制备,CO2高效转化利用的电催化反应、光催化反应、催化剂制备和光合作用检测,CO2地质封存的流体分析和地质建模等。 最后,总结了微流控技术在 CCUS 中所扮演的重要角色,提出了微流控技术在 CCUS 领域的机遇和挑战。
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    能源环境保护
    2023年第02期
    125
    83
  • 基于项目的跨区域合作碳交易灵活机制

    作者(Author)： 廖振良, 沈一帆, 姚强

    摘要：全国碳市场目前采用行业基准法进行碳配额分配,没有充分考虑其内部巨大的地区差异性,同时促进可再生能源、林业碳汇等方面发展的灵活性也不足。 笔者对碳交易的起源、发展和全国碳市场中区域平衡与灵活性等问题进行了讨论。 在碳交易、区域协同、生态补偿等理论和方法的指导下,提出基于项目的跨区域合作交易灵活机制,即:在现有的行业基准法进行配额分配的基础上,根据生产者(地)与消费者(地)责任共担的原则,适当考虑地区差异等因素进行再分配;对于交易主体跨区域投资碳减排和碳抵消项目所产生的减排量,允许被用于抵充其碳排放配额的清缴。 通过分析,指出该机制能够帮助东部地区和中西部地区达到共赢的目的。 笔者还提出了构建基于项目的跨区域合作碳交易机制所需要开展的主要工作建议,包括机制构建的理论与方法的探索、机制的设计、以及试点先行方案的制定等。
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    能源环境保护
    2023年第02期
    116
    143
  • 钯基催化剂氧化低浓度甲烷的研究进展

    作者(Author)： 赵旭腾, 侯进, 王一男, 桂煜, 张毅然, 李珂, 陈婷, 林赫

    摘要：甲烷(CH4)是一种重要的温室气体,其引发温室效应的能力是等量 CO2的 25 倍。 船用天然气发动机排气中存在低浓度(0.05%~0.5%)CH4泄露。 CH4化学结构稳定,起燃温度高,低浓度 CH4难以被捕集利用,催化氧化是去除尾气中低浓度 CH4的主要方式。 贵金属钯(Pd)是完全氧化低浓度CH4性能良好的催化材料。 针对 Pd 基催化剂低温活性、可靠性以及研发成本等问题,本文介绍了目前 Pd 基催化剂主要研究进展。 首先明晰了催化剂的 Pd 粒径和价态分布、Pd 分散状态、载体种类以及强金属-载体间相互作用(SMSI)等对甲烷氧化活性的影响规律;其次,总结了目前公认的 Pd基催化剂表面甲烷氧化机理和反应路径;之后,详细阐述了 Pd 基催化剂运行过程中高温烧结、水中毒及硫中毒等多种失活机制;最后,总结了当前低浓度甲烷完全氧化面临的主要挑战以及未来甲烷氧化催化剂的发展方向,并简要提出了 Pd 基催化剂的性能改善策略。
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    能源环境保护
    2023年第02期
    144
    90
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