文献综述
- 背景
- 1 全球变暖与CO2减排
随着全球经济和工业的快速发展，人类生活消耗的能源与高耗能产业的能源需求量日益增大，煤炭等化石燃料作为当今世界的主要能源，其消耗量也急剧增长，随之造成的CO2排放量快速上涨。而CO2作为大气中主要的温室气体，其含量急速增加会加剧温室效应，从而引起全球气候变暖，恶化。
全球变暖会引发一系列生态环境问题，诸如冰川消融，海平面上升，甚至会影响到全球生物物种的存在[1]。气候恶化所造成的不可逆悲剧，也将严重威胁人类自身活动的安全。因此，减少CO2的排放量，从而遏制或减轻全球变暖已经是当今时代发展需要急迫攻克的难题。
在此背景下，以应对气候变化为最终导向的全球CO2减排工作迅速展开。据资料显示，目前CO2产生的主要来源为煤、石油、天然气的化石燃料的燃烧。而化石燃料在未来而几十年中是难以被其他能源所取代的[2]，所以短期内我们还无法从其源头来减少CO2的产生，因此，一项新兴的碳捕集与封存技术（CCS技术）也日益受到世界各国研究者的瞩目[3,4]。
1.2 CO2捕集与封存（CCS）技术
CCS主要包括三个方面，即CO2捕集、运输与封存。CO2的运输方式主要有管道运输和槽车运输，运输成本约为USD1minus;3/ton/100km[5]。CO2封存地的选择有一定的特殊性，目前主要有4种封存方式：盐水层、油气层、煤层和页岩气，埋存成本约为 USD 4minus;8 /ton[6]。而CO2捕集成本，以目前比较成熟的乙醇胺（Monoethanolamine，MEA）法为例，成本约为 USD 35minus;55/ton[7]，比前面两个环节高出很多。因此，降低CCS技术的应用成本应主要从CO2捕集环节入手。目前CO2捕集环节主要的三种方法为：燃烧前捕集、富氧燃烧以及燃烧后捕集。
燃烧前捕集主要应用于整体煤气化联合循环（IGCC）中,主要操作是将煤高压富氧气化变成煤气，再经过水煤气的变换产生二氧化碳和氢气。IGCC系统能耗低、效率高，被认为是目前最有潜力的方法，但是IGCC方法尚不成熟，仍存在投资成本高、盈利空间小的问题。
富氧燃烧技术是指“通过制氧技术，将空气中大比例的氮气脱除，直接用高浓度的氧气与烟气的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中会有高浓度的CO2气体，便于收集和储存”。富氧燃烧在发达国家中应用较多，尽管目前来看是一项高效的燃烧技术，但同时也存在能耗高、投资大的问题[8]，而且丁辉(2019)[9]也指出富氧燃烧捕集到的CO2气流中杂质较多。
燃烧后捕集就是在燃烧排放的烟气中捕集CO2，燃烧后捕集的方法目前比较成熟[10]，但由于能耗高等问题会导致投资成本过高[11]。
综上所述，CO2的三种捕集方法各有优劣，也都能实现对CO2的有效吸收。但我们目前的研究重点为降低CCS技术的应用成本，这三种捕集方法仍需要过大的投资成本，并不能解决问题。所以科学家与学者提出了一项新型的可以用于CO2捕集的燃烧技术——化学链燃烧技术（Chemical looping combustion，CLC）。化学链燃烧技术是通过借助于固体载氧体的“释氧”和“吸氧”作用实现燃料的间接燃烧, 有效避免了燃料与空气之间的直接接触,并能在近零能耗条件下实现烟气中CO2的内分离[12]。与富氧燃烧相比，无需使用空分装置制造纯氧，使得其捕集成本降低，估算为 6-13euro;/t-CO2[13,14]，为目前最低价高效的碳捕集方式。
