通过调节Cu纳米颗粒中Cu-Pd相互作用，实现了二氧化碳高效加氢生成甲醇的过程

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Enhanced CO 2 hydrogenation to methanol achieved by tuning the Cu-Pd interaction in Cu nanoparticle

本研究通过生命周期评估（LCA）分析了阿联酋地区湿相矿物碳化法利用 carbide slag waste 废料捕获 CO? 的环境影响。结果表明，热干燥预处理是主要环境热点，贡献了约90%的全球变暖潜势（GWP 828 kg CO? eq），而太阳能干燥可将GWP降低91%。不同终产物利用方案中，混合水泥（1:1）的减排效果最显著，GWP降低300%，CO?减排潜力达3.5 kg/kg。运输阶段对土壤毒性和土地利用影响较大，终产物替代传统建材可产生环境效益。研究强调可再生能源应用和终产物资源化对可持续性至关重要。

　　随着全球工业化进程的加快，大气中的二氧化碳（CO?）浓度持续上升，这已成为全球变暖和气候变化的主要驱动因素之一。为了应对这一挑战，科学界和工业界正在积极寻找可持续的碳捕集与封存（CCS）技术。其中，矿物碳化技术因其对环境的友好性、高碳捕集效率以及能够利用工业废弃物等优势，正逐渐成为研究热点。特别是在中东地区，如阿联酋，碳化技术的潜力被进一步挖掘，尤其是利用碱性工业废弃物作为碳源。本文探讨了阿联酋地区利用碳化渣进行湿相矿物碳化的生命周期评估（LCA），以评估其环境影响，并提出优化方案以提高碳捕集效率和减少碳足迹。

碳化渣是乙炔制造过程中的副产品，其全球年产量约为5600万吨。由于其高含量的氢氧化钙（Ca(OH)?）和良好的化学反应活性，碳化渣成为矿物碳化的理想原料。通过湿相矿物碳化，碳化渣可以与CO?反应生成稳定的碳酸钙（CaCO?），不仅能够实现CO?的封存，还能将废弃物转化为有价值的材料。然而，尽管该技术展现出良好的前景，其在实际应用中的环境影响仍需深入研究。因此，本研究采用生命周期评估方法，对碳化渣湿相矿物碳化过程进行了全面分析，以识别主要的环境热点，并探讨不同终期处理方式对环境负担的影响。

在本研究中，采用了一种从“摇篮到大门/墓地”的生命周期评估方法，符合ISO 14044标准。环境影响被量化为18个ReCiPe 2016中点类别，涵盖了全球变暖潜力（GWP）、化石资源稀缺性（FRS）、毒性影响等多个方面。研究结果表明，热干燥作为预处理步骤是碳化过程中最主要的环境负担来源，贡献了约828千克CO?当量的全球变暖潜力，345千克石油当量的化石资源稀缺性，以及显著的毒性影响。相比之下，碳化操作阶段对环境的影响则相对较小，仅占总负担的不到1%。这表明，在碳化过程的初期阶段，尤其是预处理环节，需要更多的关注以减少其环境足迹。

此外，碳化渣的运输过程在多个环境影响类别中也扮演了重要角色，特别是在陆地生态毒性（TET）和土地利用（LU）方面。运输对陆地生态毒性的贡献达到765.98千克1,4-二氯苯（1,4-DCB）当量，而对土地利用的影响则为2.48平方米每年的作物当量。这主要是由于运输过程中车辆磨损和基础设施建设对环境的潜在影响。因此，优化运输方式、采用低排放运输工具，以及尽可能减少运输距离，对于降低整体环境影响至关重要。

研究还探讨了不同的终期处理方案，包括填埋、石灰石替代以及水泥混合。其中，将碳化产物与普通波特兰水泥按1:1质量比例混合的方案展现出最大的环境效益，全球变暖潜力降低了约300%，同时其他影响类别如水毒性、矿产资源稀缺性和辐射影响也得到了显著改善。相比之下，填埋处理方案虽然在某些方面表现出较低的环境负担，但在大多数影响类别中仍然存在较高的排放。因此，有效利用碳化产物在建筑材料中的应用，不仅是对资源的再利用，更是实现碳中和目标的重要手段。

为了进一步减少碳化过程的环境影响，研究还提出了一种替代预处理方法——太阳能干燥。与传统的热干燥相比，太阳能干燥不仅显著降低了全球变暖潜力（GWP）约91%，还减少了化石资源稀缺性、水毒性以及化学物质排放。这一改进方案表明，利用可再生能源进行干燥处理，可以有效提升矿物碳化技术的可持续性。然而，研究也指出，太阳能干燥的可行性可能受到当地气候条件的限制，因此在实际应用中可能需要结合其他干燥技术，形成混合系统以确保在不同天气条件下都能保持良好的碳捕集效率。

本研究还进行了敏感性分析，以评估不同参数对环境影响的潜在变化。结果显示，干燥方法和含水量的变化对碳化过程的环境影响具有显著影响。例如，当干燥过程中热能被太阳能替代时，所有环境影响类别均出现了不同程度的减少，特别是在水毒性、化石资源稀缺性和全球变暖潜力方面。同时，减少碳化渣中水分含量也有助于降低能源消耗，从而减少碳排放。然而，某些影响类别如土地利用和陆地生态毒性，对干燥方法的改变相对不敏感，因此需要通过其他措施来进一步优化。

从整体来看，湿相矿物碳化技术在碳捕集和资源利用方面展现出巨大的潜力。然而，该研究基于实验室规模的实验结果进行扩展，尚未考虑大规模应用中的实际操作条件和反应器设计问题。因此，未来的研究应聚焦于在中试或实际工业规模上验证这些假设，同时进行更全面的不确定性分析，以提高生命周期评估的可靠性。此外，由于碳化渣的组成和含水量可能因乙炔生产过程的不同而有所变化，因此需要进一步研究如何优化预处理步骤，以适应不同的原料特性。

本研究的结论表明，湿相矿物碳化技术在实现碳中和目标方面具有重要价值。通过合理利用碳化产物，并结合可再生能源技术，可以显著降低碳化过程的环境影响。同时，该技术为建筑材料的可持续发展提供了新的思路，有助于减少对天然资源的依赖，推动循环经济的发展。尽管如此，研究仍存在一定的局限性，特别是在大规模应用和具体技术细节方面。因此，未来的探索应更加注重实际应用的可行性，以及如何在不同环境条件下优化碳化过程的各个环节，以确保其长期的可持续性和环境效益。