CO2礦化發(fā)電與電化學(xué)高效捕集:顛覆性的CCUS技術(shù)路線
國(guó)際上現(xiàn)有的碳
減排路線以碳捕捉封存(CCS)技術(shù)為主,但該技術(shù)成本高,同時(shí)存在CO2逃逸風(fēng)險(xiǎn),而我們國(guó)家應(yīng)該走以CCUS為主的
碳減排路線。對(duì)此,謝和平院士重點(diǎn)指出,CCUS重點(diǎn)在“U”——將CO2能源化、資源化利用。
該團(tuán)隊(duì)早在2009年就率先提出CO2礦化利用的新理念和CO2礦化發(fā)電利用的CCUS減排路線:要將CO2作為資源利用,利用CO2輸出能源,處理堿性固廢,生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。團(tuán)隊(duì)從基本的電化學(xué)和熱力學(xué)原理上出發(fā),根據(jù)礦化是唯一ΔG<0的CO2利用途徑這一特征,首次實(shí)現(xiàn)了將CO2礦化反應(yīng)釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臏p排技術(shù)。經(jīng)過近幾年的摸索和深入開發(fā),所開發(fā)的第四代礦化電池技術(shù)利用有機(jī)質(zhì)電耦合劑取代貴金屬催化反應(yīng),將功率密度提升至96.75W/m2,接近現(xiàn)有光伏電池的功率密度,取得了重大的技術(shù)突破。
另一方面,如何降低碳捕集技術(shù)能耗和成本也是應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)方向。目前全球CO2捕集技術(shù)都是國(guó)外技術(shù),主要方法為化學(xué)吸附法,其中最成熟、應(yīng)用最廣的是一乙醇胺化學(xué)吸附法,但其能耗與成本較高。因此謝和平院士團(tuán)隊(duì)首次提出了高效CO2電化學(xué)捕集新原理新技術(shù),利用質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)(PCET)促進(jìn)CO2吸收的創(chuàng)新原理,實(shí)現(xiàn)高效的CO2電化學(xué)捕集。實(shí)驗(yàn)室初步結(jié)果顯示耗能僅為67 kWh/噸,接近理論值,是傳統(tǒng)化學(xué)吸收法的1/5~1/9。成本約為9.4美元/噸CO2,僅為傳統(tǒng)化學(xué)吸收法(40美元/噸)的1/4。下一步將開展中試與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān),有望破解現(xiàn)有碳捕集技術(shù)無法大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸——成本與能耗。