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基于化学吸收法的CO2捕集成本快捷关联模型构建与工业场景应用研究
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年06月03日 来源：International Journal of Greenhouse Gas Control 4.6
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针对碳捕集技术(CC)成本评估缺乏统一方法、参数敏感性分析不足的问题，比利时列日大学团队以胺法吸收为基准，开发了涵盖CO2浓度(5-50 mol%)和流量(31-1250 kt/y)的快捷成本关联模型，实现CapEx/OpEx的透明化估算，为工业决策提供标准化KPI工具。
随着全球气候危机加剧，碳捕集与封存(CCS)技术被视为实现碳中和的关键路径。然而国际能源署(IEA)2020年报告指出，尽管技术持续进步，CCS实际部署规模远低于预期目标。这种滞后现象的核心矛盾在于：虽然学术界已发表大量碳捕集成本数据，但由于缺乏统一的评估框架，不同研究间存在显著差异——以水泥行业胺法技术为例，文献中避免成本最大差异可达300%。这种混乱严重阻碍了技术比较和产业决策。
造成这种困境的根源主要有三方面：首先是关键工艺参数(如CO2浓度、烟气流量)的敏感性未被系统量化；其次是成本估算方法(如设备计价标准、区位因子)缺乏透明度；再者是运营成本(OpEx)中能源价格波动的影响常被忽视。比利时列日大学的研究团队在《International Journal of Greenhouse Gas Control》发表的研究，正是针对这些痛点展开突破。
研究人员采用多尺度建模方法：首先通过Aspen Plus建立胺法(MEA)吸收的速率基模型，在CO2浓度5-50 mol%、捕获规模31-1250 kt/y范围内进行参数优化；随后将模拟数据与Excel成本模型耦合，引入设备总成本(TEC)和特定能耗(蒸汽/电力)的关联方程；最终通过比利时能源转型基金PROCURA项目的工业数据进行验证。这种"过程模拟-经济分析-工业校验"的三步法，确保了模型在复杂工业场景中的适用性。
当前CC成本评估方法的挑战
研究指出，现有文献中80%的TEA(技术经济评估)存在方法论缺陷：既未明确区分捕获成本与避免成本(含系统新增排放)，也常忽略CO2压缩能耗的计入方式。更关键的是，不同研究对CapEx(资本支出)的估算基准可能相差40%，这源于设备成本是否包含安装因子、是否采用统一年份货币基准等细节差异。
过程与经济参数设定
模型边界明确限定在捕获与压缩环节(至150 bar)，排除预处理和运输成本。设定170°C的烟气入口温度避免酸冷凝，采用90%的固定捕获率。值得注意的是，研究首次将蒸汽成本(0.02-0.05 �/kg)和电力价格(0.05-0.15 �/kWh)作为独立变量纳入关联式，增强了模型应对能源市场波动的能力。
成本关联模型开发
通过200+组模拟数据建立的TEC方程显示：当CO2浓度从5%升至30%时，单位捕获成本下降58%，证实浓度是比规模效应更敏感的参数。其中吸收塔成本占比随浓度增加呈指数下降，而压缩机成本在低浓度(<15%)场景占比可达35%。
结果讨论
案例研究表明：在标准煤电厂场景(15% CO2, 500 kt/y规模)，模型预测捕获成本为47 �/t，与NETL数据库误差<5%。更关键的是，模型揭示了浓度-成本的超线性关系：浓度每提升10%，OpEx降幅从初始的22%递减至8%，这种非线性特征为工艺优化提供了新方向。
这项研究的意义在于建立了首个可同时处理技术参数与经济假设的标准化评估框架。其开发的关联模型不仅支持快速成本预估，更重要的是通过方法论透明化，使不同技术间的比较首次具备科学基础。正如作者So-mang Kim强调的，这套工具特别适合应用于碳捕集技术筛选、政策制定支持等需要快速响应的决策场景，为加速CCS产业化提供了关键方法论支撑。
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