近日，美国能源部（DOE）化石能源办公室宣布在“碳捕集、利用与封存”计划下资助7200万美元，支持27个碳捕集技术研发项目，旨在降低发电、工业领域化石能源使用产生的碳排放，确保美国能够继续利用其化石燃料资源获得清洁安全的能源。本次资助项目聚焦两大主题领域，包括：煤/天然气烟气中碳捕集的工程规模测试以及工业源碳捕集的初步工程设计；直接空气碳捕集技术的创新研究和开发。主要内容如下：

一、煤/天然气烟气中碳捕集的工程规模测试以及工业源碳捕集的初步工程设计

该领域将投入5100万美元支持9个研发项目，具体包括如下子领域：

1、工业源的CO2捕集和压缩（600万美元）：①设计一种从炼钢厂高炉烟气中捕集CO2的工业规模碳捕集系统，能够捕集50%-70%的碳排放，以开发钢铁行业低碳技术；②采用基于吸附剂的燃烧后碳捕集技术，对水泥生产设施的碳捕集系统进行初步工程分析设计，以从水泥窑和天然气蒸汽发生器的烟气中去除CO2，目标是实现捕获能力达200万吨/年的碳捕集系统；③为水泥厂进行初步工程设计，以使用基于膜的商业规模碳捕集技术，该技术此前已经通过了小型工程规模的测试和研究；④用于林德蒸汽甲烷重整制氢工厂的林德-巴斯夫先进燃烧后捕集系统的初步工程设计，该系统将用于洛杉矶康沃尔特的制氢厂（世界最大蒸汽甲烷重整制氢工厂之一），实现从烟气流中回收至少90%的CO2。

2、乙醇工厂的CO2捕集和压缩（150万美元）：①进行用于乙醇生产设施的混合碳捕集系统的初步工程设计，并评估改造乙醇工厂的费用。将开发一种新型碳捕集系统，包括了生物处理过程中的碳捕集和压缩，以及利用胺吸收技术捕集天然气锅炉产生的CO2，目标是具备年处理20万吨CO2的能力。

3、天然气烟气的碳捕集测试（2600万美元）：①基于燃烧后碳捕集技术设计、建造、调试和测试工业规模的天然气碳捕集工厂，将在加利福尼亚油田的实际条件下至少运行两个月的连续稳态测试，收集数据以进一步扩大碳捕集规模；②天然气联合循环发电厂（NGCC）的烟气流中示范具有增强稳定性的低成本新型溶剂碳捕集技术，将设计、建造和运行一个工程规模的试验系统，每天将吸收10吨CO2。

4、燃煤烟气或煤和天然气烟气的碳捕集测试（1800万美元）：①燃烧后碳捕集的新型贫水溶剂的工程规模测试，将开发一种经济有效的合成溶剂方法，在国家碳捕集中心进行0.5兆瓦规模的测试，随后进行改进以用于在煤和天然气电厂烟气中进行测试，并对在电厂全面部署进行技术经济分析以及环境健康和安全风险评估；②用于碳捕集的新型膜技术工程规模设计和测试，将设计和建造一个工程规模碳捕集系统，连续稳定运行测试至少两个月，收集数据以进一步扩大规模，目标是实现DOE的新型碳捕集性能目标，即以30美元/吨的成本产生纯度达95%的CO2。

二、直接空气碳捕集（DAC）技术的创新研究和开发

该领域将投入2100万美元支持18个研发项目，具体包括：（1）使用新型结构化吸附剂进行DAC，设计建造和运行一个捕集能力为30千克/天的DAC系统，在可再生能源发电厂进行现场测试，收集实际条件下新工艺和材料的运行数据，用于技术经济性和生命周期分析；（2）开发用于DAC的先进集成网状吸附剂涂层系统，将金属有机框架（MOF）吸附剂和吸附剂粘结剂浆液涂料相结合，用于空气中的碳捕集；（3）开发和测试MIL-101(Cr)基吸附剂，以粉末形式存在于聚合物/MOF复合纤维中和整料表面；（4）示范连续移动的DAC系统，对其特有的机械组件进行原型设计并完善工艺，评估对材料寿命的影响，并进行成本评估，确定关键性能指标；（5）进行DAC新方法的碱度波动实验，将示范从空气中直接捕集CO2并释放至浓缩CO2环境中的新方法，该方法涉及低成本碱性水溶液碱度的变化；（6）开发用于DAC的高渗透性、超薄选择性混合聚合物膜，通过实验和过程模拟，研究膜性能（厚度、渗透性、选择性等）和处理条件（温度、压力、湿度、气体成分、流速等）的影响；（7）利用计算工具、材料表征和实验室规模测试来优化吸附剂材料，以确定其在DAC运行条件下的性能，与当前最先进DAC技术相比，将大大减少系统的能源需求；（8）设计、制造和现场测试直接从空气中捕集CO2和水的系统；（9）开发用于DAC的可调、快速吸收的氨基聚合物气凝胶吸附剂，该固体吸附剂将达到4毫摩尔/克的平衡吸收容量、0.15毫摩尔/克/分钟的吸收速率，且其抗氧化性是最先进的聚乙烯亚胺的7倍；（10）开发一种创新的吸附剂结构，可以将胺吸附剂置于多孔电纺纤维中的分级纳米多孔胶囊结构中；（11）开发用于DAC的先进固体吸附剂，将开发两种不同的新型材料（MOF和含磷树状大分子），具有耐用、高容量、可再生等优点；（12）扩大DAC系统规模并整合已通过实验室验证的固态胺CO2吸附-脱附接触器技术，最终目标是在集成现场设备中测试现有DAC材料来降低DAC成本，这些设备产生的CO2纯度在95%以上；（13）开发高度多孔的膜吸附剂，含有亲二氧化碳聚合物和自组装无机纳米笼，可通过无电太阳能加热和辐射冷却快速变温吸附，实现经济有效的DAC；（14）开发用于DAC的低再生温度吸附剂，该吸附剂为离子液体催化的胺掺杂固体吸附剂，可在80-90℃的解吸温度下将CO2解吸速率提高几个数量级，可将吸附剂再生所需的能量减少20%以上，具备利用废热进行再生的潜力，同时可延长吸附剂寿命/稳定性；（15）结合最先进的无水纳米流体溶剂和静电纺丝技术，开发用于DAC的下一代纤维包封纳米混合材料，具有选择性水排斥作用；（16）开发用于DAC的环境温度下低真空变压吸附的胺吸附剂，这一概念还可扩展至从化工和天然气工业的工艺流中分离酸性气体和含硫气体分子；（17）开发一种使用聚（芳基哌啶）（PAP）离聚物的电化学驱动式CO2分离装置，将在环境条件下连续分离空气中的CO2，还将对PAP离聚物中的CO2、碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物的动力学、热力学和传输特性进行表征；（18）开发一种用于DAC的增强型去极化电膜系统，与最先进的DAC技术相比，可降低30%的能耗。