Con el avance de la neutralidad de carbono, las tecnologías de descarbonización, captura de carbono y secuestro de carbono continúan evolucionando e iterando. Nuevos procesos para el ahorro de energía, descarbonización de materias primas y diversas tecnologías, como centrales eléctricas de carbón, producción de cemento, centrales eléctricas de ciclo combinado de gas natural, centrales eléctricas de ciclo combinado de gasificación integradas, y la captura de carbono en energía de biomasa se promueven continuamente en China. Sin embargo, falta una pieza en nuestro panorama tecnológico: captura directa de aire (DAC).Tecnología de captura directa de aireEs actualmente el único medio que puede abordar los siguientes tres problemas:
Rentabilidad
Escalabilidad (la escala se puede ampliar infinitamente)
La capacidad de eliminar CO2Emisiones en un momento dado; eliminar permanentemente CO2Desde el aire.
El proceso de captura directa de aire se puede dividir en tres pasos:
El aire se extrae a través de ventiladores ubicados dentro del colector. Una vez atraído, pasa a través de filtros dentro del colector, capturando partículas de dióxido de carbono.
Cuando los filtros están completamente saturados con CO2¡El colector se cierra y la temperatura se eleva a alrededor de 100 ° C, aproximadamente equivalente a la temperatura necesaria para preparar una taza de té! El CO capturado2, Mezclado con algo de agua, se introduce bajo tierra, donde se secuestra permanentemente mediante procesos de mineralización.
Adicionalmente, El CO capturado2Puede convertirse en diesel sintético o combustibles bajos en carbono, se utiliza directamente para la generación de energía o se transporta directamente a los invernaderos cercanos o a la industria de bebidas.
Basado en el tipo de absorbente utilizado en el proceso de captura directa de aire (DAC), se puede clasificar en dos categorías DAC: líquido y sólido.
Solución alcalina de hidróxido
La tecnología DAC de solución alcalina de hidróxido implica dos reacciones cíclicas. La primera reacción es la reacción entre CO2 en la atmósfera y una solución de hidróxido alcalino (hidróxido de sodio NaOH o hidróxido de potasio KOH) para producir carbonato soluble en agua. La segunda reacción es la regeneración de la solución de hidróxido alcalino mediante caustización, donde el carbonato de calcio generado (CaCO3) de la reacción de caustización se calienta por encima de 900 °C para liberar CO2.
Solución de amina
La absorción de la solución de amina es ampliamente utilizada en la capturaCO2Emisiones después de la combustión. Implica el uso de una solución de amina para absorber el CO2 de los gases de combustión a temperatura ambiente y luego regenerar la solución de amina mediante extracción a alrededor de 120 ° C. Los estudios han encontrado que la alquilamina tiene una alta afinidad por el CO2, cumpliendo las condiciones para capturar directamenteCO2Desde el aire.
Solución de sal de aminoácidos
La solución de sal de aminoácidos se utiliza como absorbente, convirtiendoCO2De la atmósfera al carbonato cristalino (PyBIGH2(CO3)(H2O)4) a través de enlaces de hidrógeno. La baja solubilidad de este cristal permite la filtración y la separación de la solución. El proceso de solución de sal de aminoácidos/BIGS DAC consta principalmente de tres pasos, como se muestra en la Figura 2: primero,CO2En el aire reacciona con la solución de sal de aminoácidos para formar el bicarbonato correspondiente; segundo, el bicarbonato reacciona con BIG (Bis-iminoguanidinas) para regenerar la sal de aminoácidos y obtener simultáneamente cristales de carbonato; tercero, los cristales de carbonato se descomponen a una temperatura más baja (80 ~ 120 ° C) para regenerar BIG y obtener alta purezaCO2...
Variación de concentración de alcalinidad Como se muestra en la Figura 3, este método utiliza una solución alcalina diluida para absorberCO2Desde el aire. Cuando la solución alcanza el equilibrio con el aire, la alcalinidad aumenta desde el valor inicial hasta el valor de equilibrio. A continuación, la solución se concentra para aumentar el carbono inorgánico disuelto y elevar la alcalinidad al máximo. Como resultado, la presión parcial deCO2En la solución aumenta. Reduciendo la presión del sistema por debajo delCO2Presión parcial, el absorbidoCO2Se elimina y emite. La solución concentrada luego se diluye para restaurar la alcalinidad inicial, y el proceso se repite absorbiendo continuamenteCO2Desde el aire.
Metales alcalinos sólidos (tierra)
Hay tres tipos: metales alcalinos puros (terrestres), metales alcalinos soportados (terrestres) y adsorbentes de amina sólida. Tomando CaO como ejemplo:
ElCO2El proceso de captura implica dos pasos principales: primero, CaO sufre una reacción de carbonatación al entrar en contacto conCO2, Transformándose en CaCO3; segundo, CaCO3 se calcina para liberarCO2, Y estos dos pasos continúan en un ciclo continuo. Los óxidos o hidróxidos de metales alcalinos (terrestres) también se pueden aplicar para capturarCO2Desde el aire. Sin embargo, debido a la concentración mucho menor deCO2En el aire en comparación con los gases de combustión, la energía necesaria para la captura directa de aire deCO2Desde el aire es significativamente más alto.
Materiales MOFs
En los últimos años, los MOF se han convertido en un punto de acceso de investigación en el campo del DAC. FuerteCO2La capacidad de adsorción se puede lograr cargando grupos Amina en MOF (Sección 3,2) o ajustando el tamaño de los poros y la distribución de los sitios activos. Shekhah et al. estudiaron el rendimiento de SIFSIX-3-Cu/Ni/Zn en la captura aérea directa deCO2... Al ajustar el tipo de metal para cambiar la celda unitaria y la distribución de poros, encontraron que el tamaño de poro es el más grande cuando la partícula central es zinc (Zn), correspondiente a unCO2Capacidad de adsorción de 0,13 mmol/g. Cuando la partícula central es Cobre (Cu), el tamaño de poro es el más pequeño, lo que permite la adsorción de 1,24 mmol/g deCO2...
Adsorción sensible a la humedad
La adsorción DAC sensible a la humedad implica principalmente tres pasos: primero, en un ambiente seco, grupos alcalinos (OH- o CO32-) en la superficie adsorbente adsorber CO2 del aire; segundo, bajo condiciones de mayor humedad o mayor hidratación, El adsorbidoCODesorbe gradualmente; tercero, el desornadoCO2Se comprime y se almacena o se utiliza.
Empresas que logran la industrialización del CAD
Actualmente, varias empresas, incluidas Climeworks en Suiza, Carbon Engineering en Canadá y Global Thermostat en los Estados Unidos, se han dedicado a la investigación de tecnología DAC durante muchos años y han operado con éxito múltiples proyectos de DAC.
Descripción general de Climeworks: Fundada en Suiza en 2009, Climeworks comenzó como una sucursal del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich. En 2014, Climeworks colaboró con Sunfire y Audi para poner en marcha la primera planta piloto, capaz de capturar y convertir 80% deCO2Del medio ambiente al diesel sintético. En 2017, Climeworks AG operó con éxito la primera planta de captura directa de aire (DAC) a escala industrial del mundo, capturando 900tCO2Anualmente, con los capturadosCO2Entregado directamente a los invernaderos cercanos o a la industria de las bebidas. El proyecto DAC de Climeworks llamado Orca en Islandia fue el primer proyecto DAC operativo del mundo, comenzó a construirse en agosto de 2020 y operó oficialmente en septiembre de 2021, capturando 4000tCO2Anualmente. En Junio de 2022, Climeworks anunció el inicio del segundo proyecto de DAC llamado Mammoth, capturando 36.000 tCO2Anualmente, se espera que comience a operar en 2024.
Descripción general de la ingeniería de carbono (CE): CE fue fundada en Canadá en 2009 por el profesor David Keith DE LA Universidad de Harvard. En 2017, CE colaboró con investigadores de la Universidad de Harvard para desarrollar un método de producción industrial para capturar directamente el CO2 del aire y usarlo para la producción de combustible líquido. En 2021, CE estableció el Centro de Investigación de Ingeniería de Carbono y creó el Equipo de Investigación DAC más grande del mundo. Posteriormente, CE, en asociación con Oxy Low Carbon Ventures, inició un proyecto de captura y almacenamiento de carbono de aire de 1 millón de toneladas cerca del campo petrolífero OXY. CE también colaboró con Pale Blue Dot Energy para implementar un proyecto DAC comercial en el Reino Unido. En 2022, CE se asoció con 1PointFive para completar el diseño del proceso del primer proyecto DAC comercial a gran escala de un millón de toneladas del mundo. Después de que el proyecto entre en funcionamiento, se espera capturar 500.000 tCO2Anualmente, con capacidad para expandirse a 1 millón de toneladas por año. 1PointFive y CE anunciaron planes para completar 70 instalaciones de DAC a gran escala para 2035.
Descripción general del termostato global: establecido en los Estados Unidos en 2010, Global Thermostat fue fundado por autores del Protocolo de Kioto e investigadores de las universidades de Princeton, Harvard, Columbia y Stanford. La compañía construyó su primera planta piloto de demostración en el mismo año y la primera planta comercial de demostración en 2013. Actualmente, Global Thermostat está colaborando con ExxonMobil para avanzar en su tecnología de captura de carbono y ampliarla. En Abril de 2021, Global Thermostat firmó un acuerdo con HIF para suministrar equipos DAC a la planta piloto en Chile, Haru Onie Fuels, y el uso capturadoCO2Mezclado con hidrógeno electrolítico para producir gasolina sintética. El objetivo de diseño de la planta DAC es 2000tCO2/Año.
Actualmente, hay casi un centenar de proyectos de demostración de captura, utilización y almacenamiento de carbono planificados y operativos (CCUS) en diversas industrias, como energía, petróleo y gas, productos químicos, cemento, y acero en China. Más de la mitad de estos proyectos se han completado y puesto en funcionamiento, con una capacidad total de captura de carbono que supera los 4 millones de toneladas por año. El desarrollo de la tecnología de captura directa de aire (DAC) en China comenzó relativamente tarde,Y actualmente no existe una instalación operativa de demostración industrial de DAC. State Power Investment Corporation (SPIC) ha propuesto completar la construcción de la primera instalación de demostración industrial de DAC de China para 2024, con el objetivo de abordar la brecha en el campo de demostración de ingeniería de DAC en el país. La Universidad de Zhejiang ha desarrollado un prototipo de DAC a pequeña escala con una capacidad de 30kg/día utilizando el proceso de regeneración de humectación, y el capturadoCO2Puede ser utilizado para el suministro de invernaderos agrícolas.
¿Cuál es el potencial de desarrollo de la tecnología DAC? El siguiente gráfico muestra las curvas de costo marginal para diferentes rutas de captura de carbono:
Fuente de datos: Goldman Sachs Global Investment Research
Se puede ver que la tecnología DAC tiene un potencial ilimitado de incremento de capacidad. Al llegar a 29GtCO2, Los costos marginales disminuyen, destacando el potencial comercial.
En Respuesta al calentamiento global, el Departamento de Energía de EE. UU. Anunció un subsidio de $1,2 mil millones para dos proyectos de Captura Directa de Aire (DAC) el 11 de agosto. Estos proyectos están ubicados en Texas y Louisiana, respectivamente. El Departamento de Energía estima que una vez terminados, estos proyectos eliminarán más de 2 millones de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera anualmente, equivalente a reducir las emisiones anuales de aproximadamente 445.000 automóviles de bajo consumo de combustible. Al mismo tiempo que crea 4.800 puestos de trabajo en las dos regiones.
Según La Ley de Infraestructura Bipartidista, Estados Unidos planea establecer cuatro centros de CAD durante la próxima década, y el gobierno federal proporciona $3,5 mil millones en apoyo de subsidios. De los cuales forman parte los citados $1,2 mil millones. El Departamento de Energía afirma que, con un despliegue generalizado, DAC puede ayudar a Estados Unidos a lograr su objetivo de neutralidad de gases de efecto invernadero para 2050.
El Cuarto Informe Nacional de Evaluación del Cambio Climático de China, publicado en 2022, menciona explícitamente TECNOLOGÍAS DE Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono (CCUS), incluida la Bioenergía con Captura y Almacenamiento de Carbono (BECCS) y captura directa de aire (DAC), como tecnologías de emisión negativa. En el mismo año, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma y la Administración Nacional de Energía, en sus "Opiniones sobre la mejora del mecanismo del sistema y medidas de política para la transformación energética verde y baja en carbono," expresó claramente el estímulo de China al desarrollo de tecnologías bajas en carbono. La captura de carbono se considera un pilar crucial para que China logre sus objetivos climáticos. Se puede decir que la tecnología DAC tiene una importancia estratégica significativa para China en la realización de sus objetivos de neutralidad de carbono.
Además, los principales actores de la industria están invirtiendo cada vez más en DAC. Empresas como Alphabet, Shopify, Meta, Stripe, Microsoft y H & M Group se han comprometido a comprar conjuntamente casi mil millones de dólares en tecnologías de "eliminación permanente de carbono" de 2022 a 2030. En mayo de este año, JPMorgan Chase alcanzó un acuerdo de eliminación de carbono de nueve años y 20 millones de dólares con Climeworks, un pionero del DAC con sede en Suiza.
La tecnología DAC es un componente indispensable de las estrategias de neutralidad de carbono, pero su costo sigue siendo un desafío para la viabilidad comercial. Las posibles aplicaciones de DAC en la industria del petróleo, la fabricación de combustibles sintéticos, plásticos, metanol, hormigón y varios otros productos brindan espacio para la imaginación. DAC se encuentra en sus primeras etapas en China y DODGEN participa activamente en la investigación y el desarrollo tecnológico. Damos la bienvenida a que más socios se unan a nosotros para promover el rápido desarrollo de este campo.
