清华大学能动系碳减排技术创新研究中心

文摘   2025-01-04 11:07   山东  

转自   清华大学能源与动力工程系



能动系跨研究所科技创新研究中心


近五年来,清华大学能源与动力工程系通过“面向二级学科的研究所”与“面向研究对象的跨研究所科技创新研究中心”(简称:跨所中心)双轮驱动,积极推动学科交叉融合与协同创新,高质量服务“双碳”目标和能源动力领域的发展。


依托我系雄厚的学科基础与丰富的人才资源,跨所中心始终致力于打造高水平创新研究平台,助力科研合作,培养卓越创新人才,为我国能源与动力领域的技术进步和产业升级提供坚实支撑。


目前,聚焦人工智能赋能燃料电池与储能空天能源动力能源环境技术碳减排等关键研究方向的5个跨所中心,通过整合学术资源与技术优势、积极对接国家战略需求和大能源产业布局、加快推动学术研究与产业发展深度融合、不断深化国际科研合作与创新实践,综合研究能力持续跃升,为国家能源科技创新事业注入了强劲动力。


我们将通过系列推送介绍我系跨研究所科技创新研究中心的建设进展与创新成果,诚邀您的关注与见证,共同期待跨所中心的蓬勃发展。





碳减排技术

创新研究中心


Innovative Research Center for Carbon Emission Reduction Technology



1

中心简介 

我国能源结构以煤为主,年二氧化碳排放量超过100亿吨,占全球总排放量的近三分之一,面临着巨大的国际压力。在碳达峰、碳中和目标的指引下,碳捕集利用与封存(CCUS)、直接空气捕集(DAC)、生物质碳捕集(BECCS)、碳汇与碳管理等碳减排技术是实现这一目标的关键路径。然而,这些技术目前面临高能耗、高成本的现实挑战,制约了其大规模推广和实际应用。


碳减排技术创新研究中心(Innovative Research Center for Carbon Emission Reduction Technology 英文简称:IRC-CEDT)应运而生,致力于针对碳减排领域中的核心科学问题和技术难点,开展基础研究和技术开发。IRC-CEDT旨在突破技术瓶颈,降低碳减排能耗和成本,拓展CO2资源化利用途径,推动碳减排技术在我国的广泛应用和产业化。此外,中心还将聚焦政策咨询、国际合作及人才培养,为实现我国碳达峰、碳中和目标提供技术支撑和智力支持,并为全球应对气候变化贡献中国智慧与力量。


2

研究方向 


NO 1

CO2捕集技术

(1)燃烧后碳捕集:

致力于新型CO2吸收剂/吸附剂的研究,降低CO2捕集能耗,降低吸收剂/吸附剂损耗,提高循环稳定性,为大规模应用奠定基础。


两相CO2捕集系统及部分两相吸收剂的动力学特性


固态胺吸附剂的制备流程和循环吸附量


(2)化学链燃烧:

实现了载氧体材料的大规模制备,解决了流化床内煤焦与载氧体分离难题,拥有自主知识产权的化学链系统工艺包,首次成功实现5MW化学链燃烧系统系统自热连续运行。

化学链技术基本原理

5MW示范工程



NO 2

负碳技术   

(1)直接空气捕集:

通过对树脂基固态胺进行疏水改性,开发用于空气中CO2 分离的高性能固态胺吸附剂;设计建立适用于蒸汽辅助变温工艺的移动床设备,可以进行吸附剂循环性能的测试。


用于空气捕集的吸附剂性能和移动床DAC装置


(2)生物质碳捕集:

生物质制绿色甲醇提供了一种从源头上减少二氧化碳排放的可持续的绿色甲醇生产方式,提出以储能为核心的生物质热转化制绿色燃料综合能源系统工艺;形成在不同热用户需求和能量供给多边界条件下的集成系统的最佳协同控制策略与运行优化技术。


绿色甲醇生产及实验装置


NO 3

二氧化碳利用 

(1)CO2的热化学转化:

将二氧化碳转化为有价值的化学品或能源,高值化利用方式为制甲醇和制合成气。



杂质其他对CO2制甲醇性能的影响及机理


二氧化碳捕集耦合原位转化制甲醇双功能材料设计制备及流程开发


(2)CO2电催化生成C2+产物:

制备以Au,Ag,Zn等为核、Cu2O/Cu壳的多层核壳结构催化剂,通过限域作用提升CO的覆盖度,促进C2+产物的选择性。




(3)高压/超临界CO2电化学还原:

发高压/超临界CO2的连续流电解反应系统,解决了连续流反应器中压力平衡的技术挑战,探究并优化了压力、温度等一系列工业反应条件对CO2电还原性能的影响,通过超临界CO2抑制气体扩散电极盐析的生长及迁移过程。


高压/超临界CO2连续流电解反应系统

及盐析生长/迁移的机理分析


NO 4

非CO2减排 

煤矿瓦斯规模化处置:提出了流态化催化氧化技术,采用廉价的固废/矿石基催化材料,成本较传统技术显著降低。


瓦斯减排系统

10000Nm3/h煤矿风排瓦斯流态化催化氧化中试装置



NO 5

CO2地质封存

为有效预测大规模 CO2  地质封存的可注性和安全性,构建了储层条件下孔隙 / 岩心尺度在线热质输运实验平台和多尺度热质输运模拟方法。



建立了非均质储层潜力评价方法

自研三维热流耦合并行模拟器


储层条件下从头算的多尺度热质输运模拟及

人工智能升尺度方法


页岩气藏现场测量、勘探和储层评价装置



NO 6

碳管理和碳市场

开展减缓气候变化的技术发展战略与政策研究,包括能源系统可持续转型与投资需求分析,生物质能碳捕集与封存等负排放技术发展潜力与成本研究等。



3

团队介绍 

中心主任王淑娟教授


碳减排技术创新研究中心目前拥有10余名专家,由王淑娟教授领衔。成员来自热能工程系、核能与新能源研究院等多个相关领域,具备扎实的学术背景和丰富的研究经验。团队秉承务实创新的理念,聚焦碳减排领域的实际问题,通过与国内外高校、科研机构和行业合作伙伴的紧密协作,不断探索技术突破和应用转化的路径。


4

设施与资源 

试验设施设备

CO2循环吸收解吸实验装置


CO2鼓泡吸收系统


页岩解析仪


用于直接空气捕集的移动床装置


反应釜系统


卡尔费休水分分析仪测水含量


气相色谱


电感耦合等离子体光谱仪

5

合作与伙伴关系 

碳减排技术创新研究中心秉持开放合作的理念,积极构建以产学研结合为核心的合作伙伴关系。中心与浙江大学、北京大学、怀柔实验室、中国科学院工程热物理研究生、国家能源集团、华能集团、大唐集团等高校、研究所和大型企业合作,围绕碳减排关键技术开展协同研究与开发。通过项目合作以及技术成果转化,中心不断深化合作内涵,提升创新能力。


6

未来展望 

碳减排技术创新研究中心将紧扣国家“双碳”目标,以技术创新为驱动,致力于成为碳减排领域具有重要影响力的研究平台。中心将进一步强化基础研究,力争在先进碳捕集技术、低成本CO2利用技术、先进碳管理等关键技术上取得突破性进展,并推动技术成果的规模化应用。与此同时,中心将积极拓展与国内外高校、科研机构和行业伙伴的合作,构建开放共享的创新生态,培养一批高水平的专业人才,打造面向未来的技术创新高地。中心希望以持续的努力,助力我国实现绿色低碳转型,并为全球气候治理贡献更多务实解决方案。


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联系我们 


电话


010-62795028

邮箱


wangshuj@tsinghua.edu.cn


地址


北京市海淀区清华大学能源与动力工程系




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