开发与应用CO2捕集-加氢转化一体化技术是应对全球气候变化、实现“双碳”目标的重要途径之一。本文系统总结了国内外主要科研机构在CO2捕集原位甲烷化和逆水煤气变换技术上的研究进展，包括双功能材料的合成方法、吸附性能、反应动力学、促进机理、失活机理和应用模式等方面。研究表明，提高双功能材料的CO2捕集效率和转化效率是推动该技术实现高能效和经济性的关键，本文也对该技术在多个工业领域的应用前景进行了展望。
这是《洁净煤技术》2060碳中和的第22篇文章，欢迎下载、引用。
二氧化碳捕集-加氢转化一体化技术研究进展与展望
赵传文，黄浦，郭亚飞
南京师范大学 能源与机械工程学院，南京师范大学环境学院
1）系统总结了双功能材料在甲烷化和RWGS两个反应路径下的最新研究进展，归纳出了提升双功能材料性能和能效的策略。
2）展望了该技术在多个工业领域的应用前景，指出了当前面临的挑战和未来的研究方向。
研究背景
全球变暖与温室气体排放密切相关，主要温室气体CO2来自化石燃料的燃烧。CO2捕集利用封存技术（CCUS）提供了一种从化石燃料逐步、有序转型至可再生能源的有效方案。但CO2分离和转化能耗高，捕集后的CO2难产生经济价值，投资运行成本高等问题是碳捕集与利用技术普遍面临的主要难题。
研究内容
本文系统总结了国内外主要科研机构在CO2捕集原位甲烷化和逆水煤气变换技术上的研究进展，重点介绍了双功能材料的合成方法、吸附性能、反应动力学、促进机理、失活机理和应用模式。通过对比不同材料体系的性能，归纳出提高CO2捕集效率和转化效率的方法策略。结合南京师范大学的研究成果，提出了未来的发展方向和解决核心技术瓶颈的方法，以期推动该技术在钢铁、能源、化工等多个领域的工业化应用。
研究结论
1）ICCU技术的关键是兼具吸附和催化功能的双功能材料。通过优化吸附组分和催化组分的性能，可以显著提升整体效能。
2）在催化组分中，以Ni为代表的过渡金属催化剂受烟气中杂质组分影响较大，以Ru为代表的贵金属催化剂性能稳定但价格高昂，储存量有限，难以推广。目前RWGS路径在高温下可实现无催化剂运行，但甲烷化路径仍需面临催化剂失活的问题。
3）对于ICCU-甲烷化路径，MgO是理论上的最佳吸附组分，但实际吸附量仍需进一步提升；对于于ICCU-RWGS路径，CaO展现出了优异的性能，但在高温下的性能衰减阻碍了其进一步应用；
4）ICCU技术在钢铁、能源和化工等多个工业领域具有广阔的应用前景。然而，目前仍需解决高温吸附剂的烧结和失活问题，并实现材料的规模化生产，以推动技术的工业化应用。
图1 CO2捕集-加氢转化一体化双功能材料反应流程
引用格式：
赵传文,黄浦,郭亚飞.二氧化碳捕集-加氢转化一体化技术研究进展与展望[J].洁净煤技术,2024,30(4):1-20.
ZHAO Chuanwen,HUANG Pu,GUO Yafei.Advances and prospects of integrated carbon dioxide capture-hydrogenationconversion[J].Clean Coal Technology,2024,30(4):1-20.
作者简介
赵传文，山东临沂人，中共党员，工学博士，教授/博士生导师，现任南京师范大学能源与机械工程学院副院长。哈尔滨工业大学工学学士，东南大学工学博士，中国科学技术大学博士后和特任副研究员。长期从事固体吸附剂CO2捕集与转化利用研究。在该方向主持国家自然科学基金项目3项、江苏省双碳专项重大课题和中石化南化公司技术开发等项目10余项，近年来发表学术论文100余篇，被引用2000余次。获授权国家发明及实用新型专利11件，获教育部自然科学二等奖、江苏省优秀博士学位论文奖和中国青少年科技创新奖各1项，入选江苏省第十三批“六大人才高峰”高层次人才、江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人、南京师范大学中青年杰出人才和南京师范大学“百名青年领军人才培养计划”。担任各类学术兼职9项，在能源领域国内外学术会议做特邀报告5次，在国际顶级期刊Progress in Energy and Combustion Science受邀发表钾基吸附剂脱碳综述1篇。
黄浦，南京师范大学环境科学与工程专业博士研究生，研究方向为CO2捕集-转化一体化双功能材料。主持江苏省研究生科研与实践创新计划项目2项，以第一作者在能源、化工和环境领域知名期刊Chemical Engineering Journal、Chemical Engineering Science等发表SCI论文5篇。
郭亚飞，南京师范大学能源与机械工程学院副教授，硕士生导师。专注燃烧烟气CO2捕集与转化利用，长期从事固体吸附剂和催化剂材料研发等基础研究，主持国家级、省部/厅局级项目和企业委托横向课题5项。作为研究骨干参与中石化南京化学工业有限公司等企业委托横向课题7项。以第一作者/通讯作者在能源、化工和环境领域知名期刊Chemical Engineering Journal、Applied Energy、ACS Applied Materials & Interfaces、Fuel、Journal of Power Sources和Energy & Fuels等发表学术论文40余篇，其中SCI收录论文逾30篇，1篇论文曾入选ESI高被引和热点论文，申请发明专利15项。入选江苏省科技副总和南京师范大学中青年领军人才青年学术骨干。
南京师范大学能源与机械工程学院低碳能源与绿色储能团队，致力于二氧化碳捕集利用封存技术（CCUS）的研究，聚焦于CO2捕集、CO2热化学转化、CO2电催化还原、CO2矿化、太阳能辅助碳捕集与利用、生物质高效利用等课题，开展了系列基础科学研究。在该领域主持科研项目10余项。团队由赵传文教授领衔，团队成员包括多名副教授、讲师、博士生和硕士生，致力于推动CO2捕集与利用技术的工业化应用和环境保护。团队主持科研项目10余项，在Chemical Engineering Journal、Applied Energy、Fuel和Energy & Fuels等能源化工领域国际知名期刊发表SCI论文近100余篇，授权国家发明专利11件。
