탄소 중립성이 발전함에 따라 탈탄 소화, 탄소 포집 및 탄소 격리 기술은 계속 발전하고 반복됩니다. 에너지 절약, 원료의 탈탄화 및 석탄 화력 발전소, 시멘트 생산, 천연 가스 복합 사이클 발전소, 통합 가스화 복합 사이클 발전소와 같은 다양한 기술을위한 새로운 공정, 바이오 매스 에너지의 탄소 포집은 중국에서 지속적으로 촉진됩니다. 그러나 우리의 기술 환경에는 DAC (Direct Air Capture) 가 누락되었습니다.직접 공기 캡처 기술현재 다음 세 가지 문제를 해결할 수있는 유일한 방법입니다.
비용 효율성
확장 성 (규모를 무한히 확대 할 수 있음)
CO를 제거하는 능력2주어진 시간에 배출; CO를 영구적으로 제거2공기에서.
직접 공기 캡처 프로세스는 세 단계로 나눌 수 있습니다.
공기는 수집가 내부에있는 팬을 통해 유입됩니다. 일단 그려지면 수집기 내부의 필터를 통과하여 이산화탄소 입자를 포착합니다.
필터가 CO로 완전히 포화 된 경우2수집기가 닫히고 온도가 약 100 ° C로 상승하여 차 한 잔을 양조하는 데 필요한 온도와 거의 같습니다! 캡처 된 CO2일부 물과 혼합되어 지하에 도입되어 광물화 과정을 통해 영구적으로 격리됩니다.
또한 캡처 된 CO2합성 디젤 또는 저탄소 연료로 전환하거나, 발전을 위해 직접 사용되거나, 근처의 온실 또는 음료 산업으로 직접 운송될 수 있다.
DAC (Direct Air Capture) 공정에 사용되는 흡수제의 유형에 따라 DAC는 액체 및 고체의 두 가지 범주로 분류 될 수 있습니다.
알칼리성 수산화 용액
알칼리 수산화물 용액 DAC 기술은 두 개의 순환 반응을 포함합니다. 첫 번째 반응은 대기 중의 CO2 와 알칼리성 수산화물 용액 (수산화나트륨 NaOH 또는 수산화칼륨 KOH) 사이의 반응으로 수용성 탄산염을 생성하는 것이다. 두 번째 반응은 부식화를 통한 알칼리성 수산화물 용액의 재생이며, 여기서 생성된 탄산칼슘 (CaCO3) 은 900 ℃ 이상으로 가열되어 CO2 를 방출한다.
아민 솔루션
아민 용액 흡수는 포획에 널리 사용됩니다CO2연소 후 배출. 아민 용액을 사용하여 주변 온도에서 연도 가스로부터 CO2 를 흡수 한 다음 약 120 ° C에서 스트리핑을 통해 아민 용액을 재생하는 것을 포함합니다. 연구에 따르면 알킬 아민은 CO2 에 대한 높은 친화력을 가지며 직접 포획 조건을 충족합니다.CO2공기에서.
아미노산 소금 용액
아미노산 소금 용액이 흡수제로 사용되어CO2대기로부터 수소 결합을 통해 결정질 탄산염 (PyBIGH2(CO3)(H2O)4) 으로. 이 결정의 낮은 용해도는 용액으로부터 여과 및 분리를 가능하게 한다. 아미노산 염 용액/BIG DAC 공정은 주로 그림 2 와 같이 세 단계로 구성됩니다.CO2공기 중에서 아미노산 염 용액과 반응하여 상응하는 중탄산염을 형성한다. 둘째, 중탄산염은 BIG (Bis-iminoguanidines) 와 반응하여 아미노산 염을 재생하고 동시에 탄산염 결정을 얻는다. 셋째, 탄산염 결정은 더 낮은 온도 (80 ~ 120 ℃) 에서 분해되어 BIG를 재생하고 고순도를 얻습니다.CO2.
알칼리성 농도 변화도 3 에 표시된 바와 같이, 이 방법은 묽은 알칼리성 용액을 사용하여 흡수합니다.CO2공기에서. 용액이 공기와 평형에 도달하면 알칼리도는 초기 값에서 평형 값으로 증가합니다. 이어서, 용액을 농축시켜 용해된 무기 탄소를 증가시키고 알칼리도를 최대로 상승시킨다. 결과적으로, 분압의CO2솔루션이 증가합니다. 시스템 압력을 아래로 감소시킴으로써CO2부분 압력, 흡수CO2제거되고 방출됩니다. 농축 된 용액을 희석하여 초기 알칼리도를 복원하고 지속적으로 흡수하여 공정을 반복합니다.CO2공기에서.
단단한 알칼리성 (지구) 금속
순수 알칼리 (토류) 금속, 지지 알칼리 (토류) 금속 및 고체 아민 흡착제의 세 가지 유형이 있습니다. CaO를 예로 들면:
CO2포획 과정에는 두 가지 주요 단계가 포함됩니다. 첫째, CaO는 접촉시 탄화 반응을 겪습니다.CO2, CaCO3 로 변환; 둘째, CaCO3 가 하소되어 방출됩니다.CO2이 두 단계는 연속 사이클에서 계속됩니다. 알칼리 (토류) 금속의 산화물 또는 수산화물 또한 포획에 적용될 수 있다CO2공기에서. 그러나, 훨씬 낮은 농도 때문에CO2연도 가스와 비교하여 공기 중에서 직접 공기 포획에 필요한 에너지CO2공기에서 상당히 높습니다.
MOF 재료
최근 몇 년 동안 MOF는 DAC 분야의 연구 핫스팟이되었습니다. 강한CO2흡착 용량은 MOF (섹션 3.2) 에 아민 그룹을 로딩하거나 기공 크기 및 활성 부위의 분포를 조정함으로써 달성될 수 있다. Shekhah et al. 의 직접 공기 포획에서 SIFSIX-3-Cu/Ni/Zn의 성능을 연구했습니다.CO2. 단위 세포와 기공 분포를 변경하기 위해 금속 유형을 조정함으로써 중심 입자가 아연 (Zn) 일 때 기공 크기가 가장 크다는 것을 발견했습니다.CO20.13 mmol/g의 흡착 용량. 중심 입자가 구리 (Cu) 인 경우 기공 크기가 가장 작아서 1.24 mmol/g의 흡착이 가능합니다.CO2.
습도-반응 흡착
습도 반응성 흡착 DAC는 주로 세 단계를 포함합니다. 첫째, 건조한 환경에서 흡착제 표면의 알칼리성 그룹 (OH-또는 CO32-) 이 공기로부터 CO2 를 흡착합니다. 둘째, 더 높은 습도 또는 더 높은 수화의 조건 하에서, 흡착된CO점차적으로 desorbs; 셋째, desorbedCO2압축되고 저장되거나 활용됩니다.
DAC 산업화를 달성하는 회사
현재 스위스의 Climeworks, 캐나다의 Carbon Engineering, 미국의 Global Thermostat 등 여러 회사가 있습니다. 수년 동안 DAC 기술 연구에 전념해 왔으며 여러 DAC 프로젝트를 성공적으로 운영했습니다.
Climeworks 개요: 2009 년 스위스에서 설립 된 Climeworks는 취리히에있는 스위스 연방 공과 대학의 지점으로 시작했습니다. 2014 년 Climeworks는 Sunfire 및 Audi와 협력하여 80% 캡처하고 전환 할 수있는 최초의 파일럿 공장을 출시했습니다.CO2환경에서 합성 디젤로. 2017 년 Climeworks AG는 세계 최초의 산업 규모 직접 공기 포집 (DAC) 공장을 성공적으로 운영하여 900 t를 점령했습니다.CO2매년, 캡처CO2인근 온실이나 음료 산업에 직접 배달됩니다. 아이슬란드에서 Orca라는 Climeworks의 DAC 프로젝트는 2020 년 8 월에 건설을 시작하고 2021 년 9 월에 공식적으로 운영되어 4000 t를 포착 한 세계 최초의 DAC 프로젝트입니다.CO2매년. 2022 년 6 월 Climeworks는 Mammoth라는 두 번째 DAC 프로젝트의 시작을 발표하여 36,000 t를 포착했습니다.CO2매년 2024 년에 운영을 시작할 것으로 예상됩니다.
탄소 공학 (CE) 개요: CE는 2009 년 캐나다에서 하버드 대학의 David Keith 교수가 설립했습니다. 2017 년 CE는 하버드 대학의 연구원들과 협력하여 공기에서 CO2 를 직접 포획하여 액체 연료 생산에 사용하는 산업 생산 방법을 개발했습니다. 2021 년에 CE는 탄소 공학 연구 센터를 설립하고 세계 최대의 DAC 연구 장비를 만들었습니다. 그 후 CE는 Oxy Low Carbon Ventures와 협력하여 OXY 유전 근처에서 1 백만 톤의 공기 탄소 포집 및 저장 프로젝트를 시작했습니다. CE는 또한 Pale Blue Dot Energy와 협력하여 영국에 상업용 DAC 프로젝트를 배치했습니다. 2022 년 CE는 1 PointFive와 제휴하여 세계 최초의 백만 톤 규모의 상업용 DAC 프로젝트의 공정 설계를 완료했습니다. 프로젝트가 운영 된 후 500,000 t를 포착 할 것으로 예상됩니다.CO2매년 1 백만 톤으로 확장 할 수 있습니다. 1 PointFive와 CE는 2035 년까지 70 개의 대규모 DAC 시설을 완공 할 계획을 발표했습니다.
글로벌 온도 조절기 개요: 2010 년 미국에서 설립 된 Global Thermostat는 교토 의정서의 저자와 프린스턴, 하버드, 컬럼비아 및 스탠포드 대학의 연구원에 의해 설립되었습니다. 이 회사는 같은 해에 첫 번째 파일럿 시범 공장을, 2013 년에 첫 번째 상업 시범 공장을 건설했습니다. 현재 Global Thermostat는 ExxonMobil과 협력하여 탄소 포집 기술을 발전시키고 확장하고 있습니다. 2021 년 4 월 Global Thermostat는 HIF와 칠레의 파일럿 공장 인 Haru Onie Fuels에 DAC 장비를 공급하고 포획 한 사용을 위해 계약을 체결했습니다.CO2합성 가솔린을 생산하기 위해 전해 수소와 혼합. DAC 공장의 설계 목표는 2000 t입니다.CO2/년.
현재 전력, 석유 및 가스, 화학, 시멘트, 등 다양한 산업에서 거의 100 개의 계획 및 운영 탄소 포집, 이용 및 저장 (CCUS) 시범 프로젝트가 있습니다. 그리고 중국에 있는 강철. 이 프로젝트의 절반 이상이 완료되어 운영되었으며 총 탄소 포집 용량은 연간 400 만 톤을 초과합니다. 중국에서 직접 공기 포획 (DAC) 기술의 개발은 비교적 늦게 시작되었습니다.현재 DAC 산업 시범 시설이 없습니다. SPIC (State Power Investment Corporation) 는 중국의 DAC 엔지니어링 시범 분야의 격차를 해결하기 위해 2024 년까지 중국 최초의 DAC 산업 시범 시설 건설을 완료 할 것을 제안했습니다. 절강 대학은 습윤 재생 공정을 사용하여 30kg/일의 용량을 가진 소규모 DAC 프로토 타입을 개발했으며 캡처CO2농업 온실을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.
DAC 기술의 개발 잠재력은 무엇입니까? 아래 차트는 다양한 탄소 포집 경로에 대한 한계 비용 곡선을 보여줍니다.
데이터 출처: Goldman Sachs 글로벌 투자 연구
DAC 기술은 용량 증분에 대한 무한한 잠재력을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 29Gt 에 도달 할 때CO2, 한계 비용이 감소하여 상업적 잠재력을 강조합니다.
지구 온난화에 대응하여 미국 에너지 부는 8 월 11 일 두 개의 DAC (Direct Air Capture) 프로젝트에 1.2 억 달러의 보조금을 발표했습니다. 이 프로젝트는 각각 텍사스와 루이지애나에 있습니다. 에너지 부는 일단 완료되면 이러한 프로젝트가 매년 대기에서 2 백만 톤 이상의 이산화탄소를 제거 할 것으로 추정하며, 이는 약 445,000 개의 연료 효율적인 자동차의 연간 배출량을 줄이는 것과 같습니다. 또한 두 지역에서 4,800 개의 일자리를 창출합니다.
양당 인프라법에 따르면 미국은 향후 10 년 동안 4 개의 DAC 센터를 설립 할 계획이며 연방 정부는 3.5 억 달러의 보조금 지원을 제공합니다. 그 중 언급 된 1.2 억 달러가 일부입니다. 에너지 부는 광범위한 배치를 통해 DAC가 2050 년까지 미국이 온실 가스 중립이라는 목표를 달성하도록 도울 수 있다고 말합니다.
2022 년에 발표 된 중국의 제 4 차 국가 기후 변화 평가 보고서는 탄소 포집 및 저장 (BECCS) 을 포함한 탄소 포집, 활용 및 저장 (CCUS) 기술을 명시 적으로 언급합니다. 그리고 부정적인 배출 기술로서 직접 공기 캡처 (DAC). 같은 해 국가 발전 개혁위원회와 국가 에너지 행정부는 "에너지 녹색 및 저탄소 변환을위한 시스템 메커니즘 및 정책 조치 개선에 대한 의견," 저탄소 기술 개발에 대한 중국의 격려를 분명히 표명했습니다. 탄소 포획은 중국이 기후 목표를 달성하는 데 중요한 기둥으로 간주됩니다. DAC 기술은 중국의 탄소 중립성 목표를 실현하는 데 중요한 전략적 중요성을 가지고 있다고 말할 수 있습니다.
또한 주요 업계 선수들이 DAC에 점점 더 투자하고 있습니다. Alphabet, Shopify, Meta, Stripe, Microsoft 및 H & M Group과 같은 회사는 2022 년부터 2030 년까지 거의 10 억 달러의 "영구 탄소 제거" 기술을 공동으로 구매하기로 약속했습니다. 올해 5 월 JPMorgan Chase는 스위스에 본사를 둔 DAC 개척자 인 Climeworks와 9 년 동안 2 천만 달러의 탄소 제거 계약을 체결했습니다.
DAC 기술은 탄소 중립성 전략의 필수 구성 요소이지만 비용은 상업적 실행 가능성에 대한 과제로 남아 있습니다. 석유 산업, 합성 연료, 플라스틱, 메탄올, 콘크리트 및 기타 다양한 제품을 제조하는 DAC의 잠재적 인 응용 프로그램은 상상력의 공간을 제공합니다. DAC는 중국의 초기 단계에 있으며 DODGEN은 기술 연구 및 개발에 적극적으로 참여하고 있습니다. 우리는이 분야의 급속한 발전을 촉진하기 위해 더 많은 파트너를 환영합니다.
