CO2礦化發電與電化學高效捕集:顛覆性的CCUS技術路線
國際上現有的碳
減排路線以碳捕捉封存(CCS)技術為主,但該技術成本高,同時存在CO2逃逸風險,而我們國家應該走以CCUS為主的
碳減排路線。對此,謝和平院士重點指出,CCUS重點在“U”——將CO2能源化、資源化利用。
該團隊早在2009年就率先提出CO2礦化利用的新理念和CO2礦化發電利用的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,生產高附加值產品。團隊從基本的電化學和熱力學原理上出發,根據礦化是唯一ΔG<0的CO2利用途徑這一特征,首次實現了將CO2礦化反應釋放的能量轉變為電能的減排技術。經過近幾年的摸索和深入開發,所開發的第四代礦化電池技術利用有機質電耦合劑取代貴金屬催化反應,將功率密度提升至96.75W/m2,接近現有光伏電池的功率密度,取得了重大的技術突破。
另一方面,如何降低碳捕集技術能耗和成本也是應該關注的重點方向。目前全球CO2捕集技術都是國外技術,主要方法為化學吸附法,其中最成熟、應用最廣的是一乙醇胺化學吸附法,但其能耗與成本較高。因此謝和平院士團隊首次提出了高效CO2電化學捕集新原理新技術,利用質子耦合電子轉移反應(PCET)促進CO2吸收的創新原理,實現高效的CO2電化學捕集。實驗室初步結果顯示耗能僅為67 kWh/噸,接近理論值,是傳統化學吸收法的1/5~1/9。成本約為9.4美元/噸CO2,僅為傳統化學吸收法(40美元/噸)的1/4。下一步將開展中試與產業化技術攻關,有望破解現有碳捕集技術無法大規模應用的關鍵瓶頸——成本與能耗。