北京
中国科学院上海高等研究院魏伟研究员与孙楠楠研究员团队近日在《科学通报》期刊上发表了一篇评述文章，题为“二氧化碳捕集-转化一体化技术研究进展”。该文详细阐述了二氧化碳捕集-转化一体化技术制取不同产品的技术特性，深入探讨了该领域技术的发展趋势，对推动二氧化碳减排研究具有重要指导意义。
在全球气候变化问题日益严峻的背景下，碳中和已成为国际社会共同追求的目标。为实现这一目标，二氧化碳捕集-转化一体化技术的出现提供了有力的技术支持。二氧化碳捕集-转化一体化技术是一种在碳捕集、利用与封存（CCUS）框架内发展出的集成型CCUS技术。该技术通过将排放源的二氧化碳直接与共反应物进行反应，转化为下游产品，从而有望大幅降低减排成本，是一种全新的高效、低能耗二氧化碳减排技术。
图1 碳捕集和碳转化的微观过程路径
二氧化碳捕集-转化一体化概念的提出时间不长，目前，研究者主要针对不同的二氧化碳转化路径初步探索了集成的可行性，并重点围绕吸附-催化双功能材料体系进行了研究，具体路径主要集中在二氧化碳捕集-转化一体化制备甲醇、合成气和甲烷等方面。在特定场景下，该技术能够将合成的产物反馈原排放源，从而通过“源头替煤-末端减排”的协同策略，降低煤基工业过程的煤炭消耗，大幅提升过程碳效，构建低碳流程耦合新途径，进而降低终端排放，形成煤炭清洁、高效利用的全新技术体系。
图2 含氧烟气捕集-甲烷化一体化示意图
近年来，二氧化碳捕集-转化一体化技术已基本完成了“概念提出”和“可行性验证”两个发展阶段。在全新的碳中和情景下，二氧化碳捕集-转化一体化领域的研究工作已经呈现出深化基础科学认识、强化真实工况研发、面向真实应用场景三大趋势。
01
深化基础科学认识。
研究者们正致力于进一步揭示二氧化碳捕集与转化的内在机制，通过更精确的科学理论和模型，为技术的优化与创新提供坚实支撑。这种对基础科学的探索与挖掘，有助于推动二氧化碳捕集-转化一体化技术的边界不断拓宽。
02
强化真实工况研发。
随着技术研究的深入，实验室内的成果已不能满足实际应用的需求。因此，研究者们正加大力度在真实工况下进行研发，以确保技术在实际应用中的稳定性和可靠性。这种面向真实应用场景的研发策略，有助于加快技术的产业化进程。
03
面向真实应用场景。
二氧化碳捕集-转化一体化技术的最终目标为力求降低CCUS技术的经济成本，以应对日益严峻的环境问题。因此，该领域的研究工作正紧密围绕真实应用场景展开，通过深入研究这些场景中的二氧化碳排放特点，研发出更具针对性的技术解决方案，为碳中和目标的实现提供有力支撑。
总之，在全新的碳中和情景下，二氧化碳捕集-转化一体化领域的研究工作正迎来新的发展机遇。通过深化基础科学认识、强化真实工况研发、面向真实应用场景三大趋势的推动，该技术有望在未来社会经济深度减排中发挥巨大作用。我们应加快相关技术在不同工业排放源中开展测线尺度以上的示范研究，形成可复制、可推广的二氧化碳减排方案，为实现碳中和目标作出贡献。
胡登, 王星博, 陈新庆, 等. 二氧化碳捕集-转化一体化技术研究进展. 科学通报, 2024, 69(8): 1012–1024
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