提出从空气中去除CO2的技术，即直接空气碳捕集(DAC)[22]。不同于CCUS技术针对工业固定源排放的碳捕集，DAC可对小型化石燃料燃烧装置以及交通工具等分布源排放的CO2进行捕集。该技术一般采取物理吸附和化学吸附方法，但大气中CO2浓度体积分数仅为0.042%，采用DAC技术捕集、浓缩CO2的能耗较高。该技术的关键在于开发高效低成本的吸附材料，包括液体和固体吸附剂，其中固体吸附剂具有较好的动力学性能，能够有效避免溶剂的损失、减少热耗，应用更广[23]。近年来，电振荡吸附剂[24]、金属有机框架材料(MOFs)[25]、多孔氢键有机骨架材料(HOFs)[26]成为研究热点。其中MOFs材料的化学构建模块、孔隙大小和形状、顺序程度可调节，比表面积高达6600m2/g，在CO2捕集和转化利用方面得到了广泛研究[27]。目前，国内在实验室中制备了具有良好抗水性的MOFs材料HKUST-1，308K，100kPa下吸附量为2.5mmol/g，与现有的吸附剂相比性能优越，近期预计可制备出吸附量达7mmol/g的MOFs。
在成本方面，HOFs生产成本过高，尚未实现产业化，而MOFs材料更具成本效益。Sinha等[28]研发了DAC技术的两种MOFs，MIL-101(Cr)-PEI-800和mmen-Mg2(dobpdc)，最低能耗和成本估算分别为3.3GJ/tCO2(915kW·h/tCO2)和540~1008元/tCO2，以及2.6GJ/tCO2，(713kW·h/tCO2)和432~1368元/tCO2，国际先进水平为2.2GJ/tCO2(611kW·h/tCO2)。澳大利亚Airthena公司开发了一套基于MOF材料的移动式DAC中试装置，MOFs聚合物纳米复合材料作为吸附剂涂覆在加热板表面，涂层厚度为30~200mm，由至少50wt%的MOF与黏合剂复合而成。再生能耗为1600kW·h/tCO2，得到的CO2产品浓度为80%左右，装置运行成本为252~2520元/tCO2[29]。
加拿大卡尔加里大学开发出一种对CO2具有高吸附容量和选择性以及较低的焓再生值CALF20[30]，即便在蒸汽、湿酸性气体，甚至长时间暴露于天然气燃烧产生的直接烟气中，CALF-20都具有杰出的耐久性和稳定性(>45万次循环)。在合成成本方面，大多数MOFs需要非质子溶剂(如二甲基甲酰胺或二乙基甲酰胺)或含有昂贵的有机黏接剂。而CALF-20以水和甲醇为溶剂，合成成本约9.2万元/t，45万次循环单次成本为0.2元/t。该成果已以专利形式授权给加拿大SvanteInc.，通过与巴斯夫的合作，开始大规模量产CALF-20，时空产率达550kg/(m3·d)。笔者团队正在产业化开发的MOFs，包括HKUST-1，Mg-MOF-74和ZIF-8等，目标是将其材料成本控制在5~10万元/t，循环次数在万次以上。
来源: 清洁能源CCUS
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