二氧化碳捕获新材料

寻找碳捕获材料新方法

加拿大卡尔加里大学和渥太华大学科学家成功利用X射线晶体成像仪和计算机模拟手段，对被称为“棒球手套”的捕碳材料如何捕捉二氧化碳分子进行了观察和分析。科学家认为，该项成果为设计定制一种高效率、低能耗的捕碳新材料指明了研究方向。相关文章发表在最新出版的《科学》Science杂志上。

目前采用的二氧化碳捕获方法是将二氧化碳气体注入氨溶液中。该项技术的弱点在于氨溶液吸收二氧化碳后，还需要释放二氧化碳以便进行储存，在释放二氧化碳时，溶液需要加热到100摄氏度，这要耗去大量的能源和水资源。据估算，燃煤发电厂如果使用该项技术捕获储存二氧化碳，需要消耗其四分之一的发电量。

因此，找到一种既可轻松捕获二氧化碳，还可在低能耗和节水条件下轻松释放出二氧化碳的新型材料，对于捕获二氧化碳技术的实际应用意义非常重大。加拿大科学家的研究发现正是为找到这种新型材料指明了方向，并提供了实验方法和计算机模拟方法。

参与研究工作的科学家将捕捉二氧化碳形象地比作棒球手套与棒球之间的关系，在此将球比作二氧化碳，而将手套比作可捕获二氧化碳的材料。对于不同大小的球，需要不同尺寸的手套，才能更好地匹配，以便球手能够更加容易接到来球。卡尔加里大学化学教授乔治·斯密祖介绍说，他们使用X射线结晶成像仪直接实验成像，并通过计算机模型计算，确定了二氧化碳分子的确切位置，并可以清晰观察到“手套”材料的各个“手指”如何合力将二氧化碳分子固定在其位置上。

渥太华大学负责计算机模拟研究的科学家表示，该项发现的另一个特别之处在于，实验结果和计算机模拟结果之间表现出非常好的一致性。因此，其计算机模拟方法现在就可以更令人放心地应用于发现和预知材料的捕碳性能，特别是在实验室制作某种捕碳材料之前，可先在计算机上进行模拟。

研究人员认为，该项研究成果最终可得到多方面的应用，既可帮助燃煤发电厂降低二氧化碳排放，还可帮助去除非常规天然气资源中的二氧化碳成分。（生物谷）

二氧化碳捕获技术获得重大进展

二氧化碳的排放不断助长着全球变暖、海平面上升及增加海洋的酸度。美国科学家在近期出版的美国《科学》杂志上发表的一项最新研究称，他们已开发出一种能够隔离并捕获二氧化碳分子的新型材料，对减少二氧化碳等温室气体排放技术有重要作用，也能使发电厂在无需使用有毒材料的情况下，提高二氧化碳的捕获效率。

该材料是由加州大学洛杉矶分校奥马尔·雅希率领的研究团队研制的。雅希是研究使用复杂微观结构制作材料的知名化学家。新材料属于“沸石咪唑酯骨架结构材料”（ZIFs），由金属原子桥联多个咪唑类环型有机分子组成。

这种材料具有多孔和化学稳定结构，使得其拥有更大的表面积来吸收二氧化碳，而且在高温下加热也不会分解，甚至在水或有机溶液中煮一个星期仍能保持稳定。在1克重的该材料中包含的表面积最多可达2000平方米。ZIF材料的内部可以存储气体分子，在化学结构上，它有一个类似于旋转门的薄盖，能够让大小合适的分子进入并将其存储，而将较大或者形状不同的分子阻挡在外。

研究人员在实验中共合成了25个ZIFs晶体结构，并证实其中3个（ZIF-68、ZIF-69、ZIF-70）对捕获二氧化碳具有高选择性。雅希称，ZIFs对二氧化碳的选择性是其他一些材料不可比拟的。实验证明了新材料能吸收大量二氧化碳，但并不吸收其他气体。研究表明，在0℃和常压下，1升这样的材料可储存82.6升的二氧化碳。

从发电厂烟囱中捕捉二氧化碳的技术已经存在已久，但要消耗大量的能源（约占到电厂总发电量的15%至20%）。这是因为现有材料，如胺，必须经过加热才能释放出吸收的二氧化碳。美国国家能源技术实验室项目经理托马斯费雷表示，煤电厂利用现有方法捕捉和压缩二氧化碳，生产成本可增加80%至90%。

研究人员称，二氧化碳的捕获和封存，对减少温室气体的排放量将是必不可少的，特别是对像美国这样严重依赖于煤发电的国家。这种新材料的研制成功，为减少来自发电厂的二氧化碳排放量提供了一个潜在的廉价方式。由于新材料可使用较少的能源，因此在降低成本方面，可媲美目前正在研制中的其他吸收二氧化碳的实验材料。（记者冯卫东）

上天为害，入地为宝

—浅议CO2 捕获技术与资源化利用

赵连峰张永高李馨

内容摘要：

全世界每年向大气中排放的CO2总量接近300亿吨，地球仿佛捂在一口锅里，温度逐渐升高，就形成“温室效应”。CO2是气候变化乃至造成严重自然灾害的“罪魁祸首”，上天为害；但CO2具有两面性，用于油田开发上则“入地为宝”。如何趋利避害，充分发挥CO2的有利作用。美国在80年代就尝试用CO2 驱油，近年来大庆油田、胜利油田，濮阳油田在应用CO2驱油方面取得了重大突破，初步实现了规模化应用。随着CO2驱油技术被越来越多的科技工作者和石油工程技术人员认同。CO2 捕获技术日臻成熟，捕获成本不断下降，从发展趋势看，碳封存极有可能成为未来跨国石油公司获取利润的重要手段。

关键词：CO2捕获技术地质封存资源化利用。

正文：

众所周知，在6种温室气体中，CO2对温室效应的“贡献率”最高，全世界每年向大气中排放的CO2总量接近300亿吨。CO2含量过高，就会使地球仿佛捂在一口锅里，温度逐渐升高，就形成“温室效应”。在人们的印象里，CO2是气候变化乃至造成严重自然灾害的“罪魁祸首”。但就是这“罪魁祸首”，在油田开发上则“上天为害，入地为宝”。因为CO2具有两面性，利用得好则是利，否则是害，关键在于如何趋利避害，充分发挥CO2的有利作用。

几年来，胜利油田、大庆油田等国内外许多油田应用CO2驱油取得了重大突破，初步实现了规模化应用，成功地使其“上天为害”转变为“入地为宝”。燃煤发电厂产生的上天为害的CO2，2010年将在胜利油田入地为宝。油田烟气CO2捕获纯化技术日前取得重大突破，工业生产中试装置已在胜利发电厂开工建设，工程建成投产后，被“捕获”的CO2将被注入地下，成为驱油利器，同时，每年预计可减少二氧化碳排放3万多吨。

一、CO2捕获技术日臻成熟，工业化成本随技术进步呈下降趋势

国内外CO2捕获技术已日臻成熟无色无味的CO2，原本是空气中常见的化合物，如今却作为温室气体的主组成部分，成为全球环境恶化的罪魁祸首之一，这着实让CO2很委屈。如何变废为宝，还被“妖魔化”的CO2以本来面目？在低碳经济热遍全球的当下，CO2的减排、回收、封存及资源化利用技术已成为全球关注的热点。

CO2除了恶化环境还能干什么？国内外很多机构在CO2封存及资源化利用方面开展了大量研究工作，其中捕获CO2用于三次采油的模式（CCS+EOR），由于实现了减排和利用双赢而受到广泛关注。

怎样实现由“杀手”到“英雄”的转变？CO2驱油技术是国际上三次采油中最先进的驱油技术，不但实现了CO2封存，同时能够有效提高石油采收率，具有很好的经济效益和环境效益。然而，CO2的来源问题成为了该项技术大规模推广应用的“瓶颈”。与此同时，大量CO2随着各种几乎随处可见的工业废气源源不断地排入大气，破坏人类赖以生存的环境。如果能将工业气中的CO2经济捕获出来用于CO2驱采油，将其变废为宝，不但能够将“瓶颈”消除，还能实现CO2减排封存，为国家减排分忧。

通过科技工作者多年的攻关，国内化工工业CO2捕获技术已日趋成熟，并在多个工程上得到成功应用。但是作为CO2最集中、同时也是排放量最大的排放源——燃煤电厂烟气，却由于具有流量大、CO2分压低、烟气成分复杂等特点，使得常规捕获工艺难以应用，成为烟气捕获领域中的一块硬骨头。即便在国外，燃煤电厂烟气CO2捕获技术也仍处于小规模试验阶段，存在能耗高、设备庞大、生产成本居高不下等问题。

中国华能集团建设的国内首个燃煤发电厂CO2捕获示范项目—北京东郊的高碑店热电厂，运行了一年有余，该项目年产3000吨CO2目前已经累计捕获CO2接近4000吨。该项目设备投资2100万元，CO2 回收率大于85%，目前已经形成日产12吨的规模，项目的运营成本为300元/吨。资料显示，华能北京热电所生产的CO2纯度达到99.997%，高于食品级的纯度要求。2009年7月，华能集团在上海建成了燃煤电厂碳捕获10万吨/年高纯度CO2。该项目总投入1.5亿元人民币，现进入试运行阶段，“碳捕获与封存”(CCS)在中国发展惊人。