直接空气捕集技术是什么(直接空气捕集技术原理)

直接空气捕集（DAC）是一种减碳技术，它是从大气中吸入空气，然后利用化学反应分离出二氧化碳气体的过程。

捕集的二氧化碳可以储存在地下，或用于制造水泥和塑料等耐用材料。直接空气捕集的目的是利用技术手段降低大气中二氧化碳的总体浓度。通过这样做，直接空气捕集可以与其他举措一起帮助缓解气候危机的破坏性影响。

根据国际能源署(IEA)的数据，在美国、欧洲和加拿大有15家直接空气捕集厂在运行。这些工厂每年捕集9000多吨二氧化碳。美国还在开发一种直接空气捕集装置，每年将有能力从空气中去除100万吨二氧化碳。

联合国的政府间气候变化专门委员会(IPCC)警告称, 为了保持大气中二氧化碳水平低于440 ppm的体积和全球气温上升不超过2摄氏度(3.6华氏度)，全球二氧化碳排放量必须在2050年之前减少30%到85%。直接的空气捕集能有助于减排吗？

为了减缓气候变化的进程，政府间气候变化专门委员会的科学家和经济学家一致认为，需要采取长期措施来减少人为温室气体的排放量。直接的空气捕集技术一直被广泛批评，认为其本身不足以降低大气中有害二氧化碳的含量。此外，每捕获一吨二氧化碳的成本也高于其他缓解气候危机的战略。

01 直接空气捕集是如何工作的

直接空气捕集使用两种不同的方法直接从大气中去除二氧化碳。第一种方法是使用固体吸附剂来吸收二氧化碳。固体吸附剂的一个例子是放在固体材料表面的一种基本化学物质。当空气流经固体吸附剂时，会发生化学反应，将酸性二氧化碳气体与碱性固体结合。当固体吸入剂充满二氧化碳时，要么加热到80℃到120℃，要么使用真空从固体吸入剂中吸收气体，固体吸附剂可以冷却并再次使用。

另一种类型的直接空气捕集系统使用液体溶剂，它是一个更复杂的过程。首先是一个大容器，氢氧化钾(KOH)的基本溶液流过塑料表面。空气被大型风扇吸入容器，当含有二氧化碳的空气与液体接触时，两种化学物质发生反应，形成一种富碳盐。

盐流进另一个腔室，在那里发生另一个反应，产生固体碳酸钙(CaCO3)颗粒和水(H2O)的混合物。碳酸钙和水的混合物被过滤以分离两者。该工艺的最后一步是使用天然气将固体碳酸钙颗粒加热到900摄氏度，释放出高纯度的二氧化碳气体，然后将其收集并压缩。

剩余的材料被回收到系统中再次使用。二氧化碳一旦被捕集，就可以永久地注入地下的岩层中，以帮助老油井恢复生机，或者用于塑料和建筑材料等持久性产品。

02 直接空气捕集和碳捕集与封存的区别

许多专家认为，直接空气捕集和碳捕集与封存系统(CCS)都是缓解气候危机难题的关键技术。从根本上说，这两种技术都减少了可能混入大气的二氧化碳量。然而，与直接空气捕集不同，CCS使用一种化学物质直接从排放源捕集二氧化碳。这就阻止了二氧化碳进入大气层。例如，CCS可以用于捕集和压缩燃煤电厂烟囱排放的所有二氧化碳。而直接空气捕集将收集燃煤发电厂或其他化石燃料燃烧作业已经释放到空气中的二氧化碳。

直接空气捕集和CCS都使用基本的化合物，如氢氧化钾和胺溶剂，将二氧化碳从其他气体中分离出来。一旦二氧化碳被捕集，这两个过程都必须压缩、运输和封存气体。虽然CCS技术比直接空气捕集技术稍微成熟一些，但它们都是相对较新的技术，可以从进一步的发展中受益。

由于CCS从源头去除二氧化碳，它只能在有化石燃料燃烧的地方使用，比如工业设施和发电厂。理论上，直接空气捕集可以在任何地方使用，尽管把它放在电源附近或二氧化碳可以封存的地方会提高效率。

03 直接空气捕集发展现状

根据世界资源研究所的数据，世界上有三家领先的直接空气捕集公司: 瑞士Clime⁃works、美国Global Thermostat和加拿大Carbon Engineering。其中两家公司使用固体吸附技术来去除二氧化碳，而第三家公司使用液体溶剂碳工程。运营和试点工厂的数量每年都在变化，但世界上第一个商业级的DAC设施目前每年可以去除900吨二氧化碳，而且还有几个商业设施正在建设中。

在过去的15年里，加拿大不列颠哥伦比亚省斯夸米什的一个直接空气捕捉试点工厂使用可再生电力和天然气为液体溶剂过程提供燃料，每天可以去除1吨二氧化碳。这家公司目前正在建设另一个直接的空气捕捉设施，每年将能够捕捉100万吨二氧化碳。

另一个在冰岛建造的直接空气捕获工厂每年将能够捕获4000吨二氧化碳，然后将压缩气体永久地储存在地下。建造这个工厂的公司目前在世界各地有15个更小的直接空气捕集工厂。

04 直接空气捕集的利弊

直接空气捕集最明显的优势是它能够降低大气中的二氧化碳浓度。它不仅比CCS应用更广泛，而且与其它碳封存技术相比，它捕集同等数量的碳所占用的空间更小。此外，直接捕集空气也可用于制造合成碳氢化合物燃料。但为了有效，这项技术必须是可持续的、廉价的和可扩展的。到目前为止，直接空气捕集技术还不能满足这些要求。

1）优点

专门从事直接空气捕集技术的公司目前正在开发新的、更大的直接空气捕集工厂，其能力可达每年100万吨二氧化碳。如果生产出足够小的直接空气捕集装置，它们可以捕集多达10%的人类产生的二氧化碳。通过将二氧化碳注入并封存在地下，碳就可以从循环中永久去除。

由于它依赖于从大气中捕集二氧化碳，而不是直接从化石燃料排放中捕获，因此直接捕集空气可以独立于发电厂和其他燃烧化石燃料的工厂发挥作用。这允许更灵活和广泛的安置直接空气捕集工厂。

与其他碳捕集技术相比，直接空气捕集去除每吨二氧化碳不需要那么多的土地。

此外，直接捕集空气可以减少提取化石燃料的需要，通过将捕集的二氧化碳与氢结合生产合成燃料，如甲醇，还可以进一步减少释放到大气中的二氧化碳量。

2）缺点

直接空气捕集比其它碳捕集技术(如重造林和造林)更昂贵。一些直接的空气捕集工厂目前每吨二氧化碳的成本在250美元到600美元之间，估计在每吨100美元到1000美元之间，根据RFF-CMCC欧洲经济与环境研究所的研究人员的说法，未来直接空气捕集的成本是不确定的，因为这将取决于技术进步的速度。然而，重新造林每吨的成本只有50美元。

直接空气捕集技术的高价在于它需要大量的能量来去除二氧化碳。液体溶剂和固体吸收剂直接空气捕获的加热过程都是非常消耗能源的，因为它分别需要把化学加热到900℃和80℃-120℃。除非一个直接的空气捕集工厂仅仅依靠可再生能源来产生热量，否则它仍然需要使用一些化石燃料，即使这个过程最终是负碳的。