CO2捕集技术的创新突破：为净零排放开启新征程

为解决 CCUS 技术大规模部署面临的高成本等障碍，研究人员开展了 CO2捕集技术设计、建模及技术经济环境分析的研究。结果显示所建 ML 模型稳健，能准确评估成本和环境负担。该研究为 CCUS 基础设施规划提供支撑。

　　在应对气候变化的紧迫形势下，实现 2050 年净零排放成为全球共同目标。碳捕获、利用与存储（CCUS）技术在其中扮演着至关重要的角色，国际能源署（IEA）指出，到 2050 年 CCUS 技术的规模需扩大近 200 倍，才能满足减排需求。然而，CCUS 技术的大规模应用面临诸多挑战，高成本就是其中关键障碍。其成本受规模经济、CO₂分压、能源需求以及新建运输和存储基础设施需求等因素影响，这使得许多工业设施难以独立承担 CCUS 技术的应用成本。

为了解决这些问题，加拿大自然资源部（NRCan）的研究人员开展了深入研究。他们开发了国家 CCUS 评估框架（NCAF）平台，旨在为区域到国家层面的 CCUS 基础设施战略规划提供支持。其中，CO₂捕集建模与成本核算 / 生命周期评估（LCA）工具是该平台的重要组成部分。

研究人员采用了一系列技术方法。首先是过程模块化，将 CO₂捕集过程分为多个模块，如烟气处理、CO₂洗涤、CO₂压缩和干燥等模块，这样可以针对不同模块进行单独建模和优化，提高模型的灵活性和可扩展性。其次，运用机器学习（ML）算法，通过大量的模拟数据训练 ML 模型，使其能够快速准确地评估 CO₂捕集的成本和环境影响。此外，研究人员还整合了多种数据源，包括工业排放数据、成本数据和环境数据等，以确保模型的准确性和可靠性。

研究结果如下：

• 敏感性分析：研究发现，影响 CO₂捕集成本的主要参数包括烟气流量、CO₂浓度、H₂O 浓度和捕获率等。较大的烟气流量会导致设备增大、能耗增加，从而提高成本；CO₂浓度较低时，捕集成本显著增加；H₂O 浓度的变化会影响烟气预处理成本；捕获率在 95% - 97% 之间时，总捕集成本最低，超过 97% 后成本会急剧上升。
• 行业成本和 LCA 分析：通过对 312 家加拿大排放设施的研究，发现基于溶剂的 CO₂捕集技术对不同行业的适用性存在差异。对于水泥、石灰、石膏等行业，以及部分油气相关行业，该技术较为适用，因为这些行业的烟气中 CO₂浓度较高。而对于铁和钢（除直接还原铁 DRI 外）、小型化学制造和采矿等行业，由于烟气条件不利，该技术的成本较高，可能需要考虑其他替代技术。此外，研究还发现，实施 CO₂捕集后，不同省份水泥设施的全球变暖潜势（GWP）存在差异，主要受电网电力排放和天然气使用排放的影响。

研究结论表明，所开发的 CO₂捕集建模与成本核算 / LCA 工具中的 ML 模型具有良好的稳健性，能够快速准确地评估成本和环境负担。通过对加拿大排放设施的分析，为不同行业选择合适的 CO₂捕集技术提供了实用信息。该研究对于推动 CCUS 技术的应用，实现净零排放目标具有重要意义。它为 CCUS 基础设施的战略规划提供了有力支持，有助于决策者制定更加科学合理的政策，促进工业领域的低碳转型。未来，研究人员将继续开展大规模案例研究，进一步优化 CCUS 全价值链的成本，推动 CCUS 技术的广泛应用。

这项研究成果发表在《Carbon Capture Science 》上，为全球应对气候变化、推动 CCUS 技术发展提供了重要的理论和实践依据。