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一、引言
在工业化和城市化进程中，将温室气体排入大气已经导致全球变暖、造成气
候变化。二氧化碳（CO）是温室气体的主要来源，2018年，全球CO排放量达
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到33.1Gt，大约占温室气体排放量的67%。因此，大气中CO的浓度显著增加
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（大约为百万分之412）。二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）是潜在的颠覆性
技术，有助于应对气候变化挑战。CCUS用于捕集发电厂、工业厂房等排放源以
及大气中的CO。捕集的CO可用作原料，或者注入地表深处，被永久地安全封
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存。
CCUS（使用生物质时，也称为生物质能碳捕集、利用与封存）是一种能大
规模实现净零排放的技术，可用于现有的燃煤和燃气发电厂，有助于在发电时
降低碳排放量。除了为供电行业做出贡献之外，对于在生产过程中会产生CO
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的钢铁、水泥、玻璃、陶瓷、化学品制造等工业，要实现深脱碳，CCUS可能是
唯一具有可扩展性和成本效益的选择。政府间气候变化专门委员会（IPCC）和国
际能源署（IEA）开展的分析表明，CCUS是实现2050年“净零”（NetZero）目标
的关键；如《巴黎协定》所述，CCUS有助于减少1/6的全球CO排放量，能将
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全球气温升幅控制在1.5℃以内。如果不能成功应用CCUS，应对气候挑战则会
耗费更多财力。例如，在不应用CCUS的情况下，中国实现长期气候变化缓解目
标需要多花费25%的费用。
第2章着重讨论碳捕集的化学吸收，并对此展开了详细讨论。第3章的主题
是电催化还原CO，因为该方法在CO利用方面颇具潜力。最后，第4章着重论
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述基本的CO圈闭机制，该机制对于CO封存具有重要意义。
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二、碳捕集
在发电、工业生产以及能源转换过程中均会排放CO。碳捕集技术分为三个
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途径：燃烧后捕集、氧燃料燃烧捕集以及燃烧前捕集。捕集技术中采用了多种物
理和化学工艺，包括溶剂型吸收、吸附/吸收用固体吸附剂、薄膜、低温以及用
于分离CO的化学循环。目前，化学吸收是商业上使用最广的技术（如加拿大每
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年100万吨CO（tCO）边界大坝CO捕集厂项目和美国每年140万tCO佩特拉
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诺瓦（PetraNova）碳捕集与封存（CCS）项目）。全球碳捕集项目的现行成本是
60~110USD·t，预计到2030年会降至30~50USD·t。这有助于在商业规模上加强
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技术推广。
鉴于燃烧后化学吸收对现有设施的改动最小，所以未来上市的潜力最大。化
学吸收涉及使用化学溶剂吸收CO的各种物理和化学捕集工艺。目前，捕集技术
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的采用主要受溶剂再生能耗高、毒性大、易挥发、成本高等因素的限制。当前，
边界大坝和佩特拉诺瓦项目捕集CO消耗的能源是0.25~0.3MW·h·tCO
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