《International Journal of Greenhouse Gas Control》：Techno-economic and environmental evaluation of building-integrated direct air capture performance
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建筑集成直接空气捕集(Building-integrated Direct Air Capture, BI-DAC)被提出作为高密度城市环境中分散式二氧化碳捕集方案，其利用既有供暖通风与空调(Heating, Ventilation, and Air Cond
建筑集成直接空气捕集(Building-integrated Direct Air Capture, BI-DAC)被提出作为高密度城市环境中分散式二氧化碳捕集方案，其利用既有供暖通风与空调(Heating, Ventilation, and Air Conditioning, HVAC)基础设施并改善室内空气质量(Indoor Air Quality, IAQ)。BI-DAC的潜在优势包括分散化部署、利用现有HVAC气流通道以及在建筑尺度上将CO?捕集与IAQ管理相整合。本研究聚焦于建筑级CO?捕集子系统（若耦合下游封存则与碳去除Carbon Dioxide Removal, CDR相关），不包含压缩、运输、封存及监测报告核查(Monitoring, Reporting, and Verification, MRV)，并在定义系统边界内评估实际运行条件下的捕集性能、能量需求、全生命周期温室气体(Greenhouse Gas, GHG)排放及成本。动态多区域框架将EnergyPlus建筑CO?模拟与代表性葡萄牙大型办公建筑的数值吸附模型相耦合。评估两种吸附—再生策略以考察捕集通量、吸附剂需求和能耗间的运行权衡。模拟总CO?捕集量为3.73–5.29 tCO?·y?1，且室内CO?浓度保持在推荐IAQ阈值内。敏感性分析表明人员密度和通风排程是影响年捕集性能的主导因素。扣除电力及吸附剂相关排放后，捕集子系统可保留89％的总捕集CO?。平准化捕集成本(Levelized Cost of Capture)估算为�969–�1037/tCO?。结果表明BI-DAC技术可行，并为后续系统优化、低碳能源整合及耦合封存与MRV系统实现持久可核查CO?去除的研究提供依据。
论文解读：建筑集成直接空气捕集(BI-DAC)性能的技术经济与环境评价
研究背景与意义
人类活动已使大气CO?浓度从工业化前约280 ppm升至423.9 ppm，集成评估模型(Integrated Assessment Models, IAMs)显示中期全球碳去除(Carbon Dioxide Removal, CDR)需求可能超过10–20 GtCO?·yr?1，而当前CDR部署仍低且以土地基途径为主，受土地可用性与持久性限制。工程化途径中直接空气碳捕集与封存(Direct Air Carbon Capture and Storage, DACCS)具位置灵活与模块化特点，但受限于能耗高、资本密集与系统整合挑战，当前商业运营成本约USD 600–1000/tCO?，远期有望下降。建筑尤其是城市建筑贡献全球约34％能源相关CO?排放，室内CO?常超1000 ppm影响室内空气质量(Indoor Air Quality, IAQ)，提示建筑不仅是耗能体也是可控环境，可整合大气捕集技术同步实现空气质量管理与碳管理。已有少量文献探讨建筑集成DAC(HVAC模式)，但缺乏全面技术经济(Techno-Economic Analysis, TEA)与生命周期评价(Life Cycle Assessment, LCA)。因此研究人员以葡萄牙典型大型办公建筑为案例，评估建筑集成直接空气捕集(Building-integrated Direct Air Capture, BI-DAC)作为捕集子系统（不含下游压缩、运输、封存及监测报告核查Monitoring, Reporting, and Verification, MRV）的技术性能、能耗、GHG排放与成本，填补分散式建筑尺度DAC综合评价空白，为后续优化与验证提供透明可复现框架。本文发表于《International Journal of Greenhouse Gas Control》。
主要关键技术方法
研究人员建立五步分析框架：(1)用SketchUp构建30×30 m泛型办公建筑几何模型（五热区：开放办公、私人办公室、会议室、走廊、厨房），位于葡萄牙里斯本采用当地气象文件；(2)用EnergyPlus进行动态建筑CO?模拟，设定35人占用、0.6 h?1渗透换气率(Air Changes per Hour, ACH)、室外CO? 422.9 ppm及典型工作日占用与通风排程，输出逐时室内CO?浓度；(3)用Python构建准稳态吸附模型耦合逐时CO?浓度，吸附剂取二胺功能化硅胶珠（工作容量2.0 mmol CO?/g），评估两种操作策略——Case 1白天连续吸附夜间再生，Case 2每3 h再生1.25 h加夜间再生；(4)自下而上按0.6–1.0指数缩放基准DAC厂资本支出(Capital Expenditure, CAPEX)，运营支出(Operating Expenditure, OPEX)含再生与风机电耗（电价�0.1647/kWh）及4％ CAPEX非能源成本，用25年寿命8％折现率计算平准化直接空气捕集成本(Levelized Cost of Direct Air Capture, LCODAC)；(5)GHG核算含电网间接排放（葡萄牙逐时因子）与吸附剂隐含排放，计算净捕集量与减排成本(Abatement Cost, AC)。
研究结果
3.1. Baseline building performance and indoor CO? dynamics (no DAC)
无DAC时开放办公区均值792 ppm、最高1083 ppm接近限值，会议室631 ppm、私人办公室685 ppm、厨房482 ppm，全楼均值647 ppm。表明密集占用区IAQ偶有超标，DAC集成具改善潜力。
3.2. DAC capture performance and sorbent cycling behaviour
Case 1（夜再生）年总捕集5.29 tCO?，Case 2（分布再生）年总捕集3.73 tCO?（较Case 1低约29％）。年GHG排放分别为0.570与0.401 tCO?e，净捕集分别为4.72与3.33 tCO?e。吸附剂需求Case 1为261.32 kg，Case 2为78.49 kg。结论：夜间集中再生捕获量更高但需更多吸附剂；分布再生吸附剂用量少约3.3倍但捕获量降低，适合空间受限改造。
3.3. Energy requirements and GHG emissions
单位捕集能耗Case 1为2774 kWh/tCO?，Case 2为2787 kWh/tCO?；电力相关排放占总排放约95％，吸附剂隐含排放占约5％；两方案净保留率均约89％（总排放约占捕集11％）。结论：电网碳强度是BI-DAC气候效益关键，需低碳电力或废热。
3.4. Cost results and levelized cost of capture
CAPEX Case 1为�30 670、Case 2为�24 441；LCODAC Case 1为�969/tCO?、Case 2为�1037/tCO?。尽管Case 2资本较低但因捕获少致单位成本高。结论：小规模分布式部署限制规模经济，当前成本远高于碳价，需材料、规模与低碳电价改进。
3.5. Sensitivity analysis / 3.6. Occupancy / 3.6.1. Ventilation / 3.6.2. Dry sorbent capacity constant (C?)
占用密度与通风排程是主导因素——高占用升室内CO?并提高捕获，低占用降捕获；高频通风稀释CO?降捕获但改善IAQ；减少通风微升捕获。C?增大捕获趋饱和，说明当前工况非吸附剂容量限制，受气流与浓度梯度约束。结论：BI-DAC表现高度依赖建筑运行参数，宜与智能楼宇管理系统协同优化。
讨论与结论翻译
研究表明BI-DAC技术可行，单栋办公建筑年总捕集3.73–5.29 tCO?，净捕集3.33–4.72 tCO?e，平准化捕集成本�969–�1037/tCO?。占用与通风是捕获量主要驱动因素；电力消耗主导GHG足迹（约95％）；夜间再生捕获高但吸附剂需求大（261 kg），分布再生吸附剂需求低（78 kg）适合改造。因未含下游封存与MRV，结果视为捕集子系统性能而非验证的大气去除。成本目前高于碳市场价，需政策支持、学习曲线效应、高性能吸附剂与低碳能源整合。BI-DAC应视为集中式DACCS的补充，兼具IAQ改善与CDR技术演示价值。综上，BI-DAC技术上可行且具环境效益，当前经济可行性受限于早期技术阶段，所建动态多区域框架可为工程师、政策制定者与建筑管理者提供量化依据，未来结合低碳能源、实测验证与永久封存认证可助力城市分散式碳捕集路径。
