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天气条件对直接空气捕集技术选址的显著影响及德国案例研究
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年06月16日 来源：Advances in Applied Energy 13.1
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为解决气候变化背景下直接空气捕集（DAC）技术部署中忽视天气动态影响的问题，研究人员开展了一项结合高时空分辨率的技术经济评估。研究发现，德国不同地区的DAC能源需求因温湿度差异波动超100%，未来成本预计在197-1035 �/tCO2之间，强调选址需综合考虑可再生能源匹配与天气敏感性。该研究为全球DAC优化部署提供了关键方法论。
随着全球气候变化加剧，碳捕集与封存（CCS）技术成为应对"难减排"行业排放的关键手段。其中，直接空气捕集（Direct Air Capture, DAC）技术因能直接从大气中捕集CO2而备受关注。然而，现有技术经济评估往往忽略了一个关键变量——天气条件对DAC运行效率的显著影响。温度、湿度等气象因素的波动不仅改变DAC设备的能源需求，还直接影响其捕集效率，这种动态特性给DAC的规模化部署带来了巨大挑战。
在此背景下，来自未知机构的研究团队以德国为案例，首次对两种主流DAC技术——固体吸附剂（LT-DAC）和液体溶剂（HT-DAC）工艺——进行了高时空分辨率的系统级比较研究。相关成果发表在《Advances in Applied Energy》上，为全球DAC的优化部署提供了科学依据。
研究团队采用了三项关键技术方法：首先基于文献数据构建了LT-DAC和HT-DAC的天气敏感性能模型；其次整合德国11003个行政区的ERA5气象数据库（含每小时温湿度数据）；最后开发了包含可再生能源（光伏/风电）、储能和DAC单元的离网系统优化模型，以计算平准化捕集成本（LCOD）。
2.1 天气对DAC运行的影响
研究发现LT-DAC的热能需求主要受湿度驱动，德国东部因湿度较低（年均69-82%）比北部节省10%能耗；而电力需求则与温度正相关，夏季峰值达0.29 MWh/tCO2，较冬季高123%。HT-DAC虽能耗波动较小（约30%），但其捕集效率对天气更敏感，实际年产量仅为标称值的83-91%。
2.2 最优选址的成本驱动因素
通过11000个区域的优化计算，2045年德国LT-DAC和HT-DAC的LCOD分别为285 �/tCO2和265 �/tCO2。北部沿海因风电资源丰富成为最优选址，而南部因依赖光伏导致成本最高达1035 �/tCO2。敏感性分析显示，天气引起的能耗变化可使LCOD波动9-15 �/tCO2。
3.1 总体启示
研究颠覆了DAC需90%利用率运行的固有认知，证明60-70%的弹性运行更经济。时空分辨率不足会严重低估成本差异——例如德国相邻区域的LCOD差距可达4倍。
3.2 局限与展望
当前模型未考虑电网接入和CO2运输成本，且基于单一气象年（2018年）数据。未来需开发整合地质封存选址的多目标优化框架。
这项研究首次量化了天气动态对DAC全系统成本的影响，建立了"气象-能源-经济"耦合分析范式。其提出的高分辨率建模方法，不仅适用于德国，也为全球不同气候区的DAC部署提供了可复用的技术路线图。随着各国加速推进碳中和，该成果将助力制定更精准的碳移除技术政策。
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