热力发电

	企业	国家	吸附剂	再生方式	再生温度/℃	捕集1 t CO₂成本/美元	技术成熟度（TRL）	文献
集中式装置	Climeworks	瑞士	胺基吸附剂	TVSA/S-TVSA	80~120	600	8-9	[5,43-45]
Global Thermostat	美国	胺基吸附剂	TVSA	60~120	300	7-8	[5,44]
Carbon Capture	美国	沸石	TVSA			5-6	[44]
Heirloom	美国	Ca基吸附剂	TSA	900	目标50	6-7	[44]
Skytree	荷兰	胺基吸附剂	TSA	60~80	—	5-6	[5,44]
Carbon Collect	爱尔兰	离子交换树脂	MTVSA	40~100	目标100	6-7	[44-45]
集成式装置	Soletair Power	芬兰	胺基吸附剂	TVSA	<100		6-7	[33]
Carbon Reform	美国	Ca基吸附剂				5-6	[46]
NeoCarbon	德国		低温热源			5-6	[37]

	企业	国家	吸附剂	再生方式	再生温度/℃	捕集1 t CO₂成本/美元	技术成熟度（TRL）	文献
集中式装置	Climeworks	瑞士	胺基吸附剂	TVSA/S-TVSA	80~120	600	8-9	[5,43-45]
Global Thermostat	美国	胺基吸附剂	TVSA	60~120	300	7-8	[5,44]
Carbon Capture	美国	沸石	TVSA			5-6	[44]
Heirloom	美国	Ca基吸附剂	TSA	900	目标50	6-7	[44]
Skytree	荷兰	胺基吸附剂	TSA	60~80	—	5-6	[5,44]
Carbon Collect	爱尔兰	离子交换树脂	MTVSA	40~100	目标100	6-7	[44-45]
集成式装置	Soletair Power	芬兰	胺基吸附剂	TVSA	<100		6-7	[33]
Carbon Reform	美国	Ca基吸附剂				5-6	[46]
NeoCarbon	德国		低温热源			5-6	[37]

项目	年份	捕集CO₂规模/(t·a^-1)	CO₂处理方式	特点	企业
Capricorn	2017	900	温室气肥	世界第1座商业运行装置	Climeworks
Mammoth	2024	36 000	封存	世界最大规模	Climeworks
K-series	2022	1 000	封存	北美第1座千吨级装置	Global Thermostat
MechanicalTree	2022	30	封存	被动式装置	Carbon Collect
HVAC unit	2021—2024	7~20	资源化利用	HVAC耦合DAC	Soletair Power
NeoCore	2024	62.5	资源化利用	冷却塔耦合DAC	NeoCarbon

项目	年份	捕集CO₂规模/(t·a^-1)	CO₂处理方式	特点	企业
Capricorn	2017	900	温室气肥	世界第1座商业运行装置	Climeworks
Mammoth	2024	36 000	封存	世界最大规模	Climeworks
K-series	2022	1 000	封存	北美第1座千吨级装置	Global Thermostat
MechanicalTree	2022	30	封存	被动式装置	Carbon Collect
HVAC unit	2021—2024	7~20	资源化利用	HVAC耦合DAC	Soletair Power
NeoCore	2024	62.5	资源化利用	冷却塔耦合DAC	NeoCarbon

吸附法直接空气碳捕集技术产业化发展

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陈彦霖 ¹^,² , 郑家乐 ¹ , 薛明 ¹ , 魏炜 ¹ , 周爱国 ¹ , 葛天舒 ²

热力发电 | 系统集成、封存及政策经济分析 2025,54(6): 178-185

收起

热力发电 | 系统集成、封存及政策经济分析 2025, 54(6): 178-185

吸附法直接空气碳捕集技术产业化发展

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陈彦霖¹^,², 郑家乐¹, 薛明¹, 魏炜¹, 周爱国¹, 葛天舒²

作者信息

^1.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，北京　102206

^2.上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海　200240

陈彦霖（1999），男，硕士研究生，主要研究方向为直接空气碳捕集技术，ylc1101@sjtu.edu.cn。

通讯作者:

葛天舒（1982），女，博士，教授，主要研究方向为大气中水碳调节技术，baby_wo@sjtu.edu.cn。

Industrialization development of direct air carbon capture by adsorption

Yanlin CHEN¹^,², Jiale ZHENG¹, Ming XUE¹, Wei WEI¹, Aiguo ZHOU¹, Tianshu GE²

Affiliations

^1.CNPC Research Institute of Safety and Environmental Technology, Beijing 102206, China

^2.Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

出版时间: 2025-06-25 doi: 10.19666/j.rlfd.202502020

文章导航

摘要

收起

直接空气碳捕集（direct air capture，DAC）技术在近10年来蓬勃发展，目前已经从实验室研究阶段，逐步发展为产业化。吸附法比吸收法DAC的应用前景更广阔，因此目前全球范围内已经有一些企业推出基于吸附法的DAC示范项目。然而，现研究对于这些吸附法DAC企业及项目的介绍较少，未形成较全面的研究。鉴于上述原因，通过现有的文献、企业网站资料，调研一些代表性的吸附法DAC企业及其技术、项目，并对其中的重点部分进行介绍；此外，将这些企业的装置类型，根据设备布置方式分为集中式装置和集成式装置，并介绍这2类装置的特点。通过总结DAC企业及技术特点，发现大部分企业致力于降低运行及投资成本，因此提出了未来产业化过程中降低成本的方法，并分析了其效果。

关键词

直接空气碳捕集 / 吸附 / DAC / 产业化 / 成本

Abstract

收起

Direct air carbon capture (DAC) technology has been booming in the past decade, and now it has gradually developed from laboratory toward commercial device. Because the adsorption DAC is more promising than absorption DAC, some companies have launched DAC demonstration projects based on adsorption. However, there is relatively little introduction to these companies and projects based on adsorption DAC in current research, and a comprehensive study has not yet been formed. In view of the above reasons, some representative companies owning adsorption DAC technologies and their projects are investigated through existing literatures and their corporate websites, and the key contents are focused. In addition, the device types of these enterprises are divided into centralized devices and integrated devices according to the arrangement of equipment, and the characteristics of these two types of devices are introduced. By summarizing the characteristics of DAC enterprises and technologies, it is found that most enterprises are committed to reducing operation and investment costs, so the possible cost reduction methods in the future industrialization process are put forward and the effects are analyzed.

Key words

direct air carbon capture / adsorption / DAC / industrialization / cost

引用本文

陈彦霖, 郑家乐, 薛明, 魏炜, 周爱国, 葛天舒. 吸附法直接空气碳捕集技术产业化发展. 热力发电, 2025 , 54 (6) : 178 -185 . DOI: 10.19666/j.rlfd.202502020

Yanlin CHEN, Jiale ZHENG, Ming XUE, Wei WEI, Aiguo ZHOU, Tianshu GE. Industrialization development of direct air carbon capture by adsorption[J]. Thermal Power Generation, 2025 , 54 (6) : 178 -185 . DOI: 10.19666/j.rlfd.202502020

正文

收起

化石燃料是目前全球能源不可或缺的一部分，根据统计，全球80%以上的一次能源消费是来自于化石燃料^[1]。然而，燃烧化石燃料会产生大量的CO₂，并导致大气中的温室气体快速增加，加剧气候问题。为了解决全球气候问题，直接空气碳捕集（direct air capture，DAC）技术近年来备受瞩目，其能够有效减少难以减排行业、移动排放源（交通运输）等向环境中排放的CO₂量^[2]。固体吸附法与膜分离、吸收法等工艺相比，具有较低的能耗、较高的分离效率，因此成为目前主流的DAC技术^[3]。尽管近年来DAC的研究蓬勃发展，但是在全球范围内，DAC的商业化应用较少，尚未大规模部署。根据国际能源总署（international energy agency，IEA）统计^[4]，截至2024年4月，全球共有27座DAC工厂，主要分布于北美、欧洲等，而且只有一部分的工厂作为商业用途，其余的则是实验和示范项目。一般来说技术成熟等级为TRL 8-9级才能视为商业化，目前全球范围内仅有Climeworks一家DAC公司达到该水平^[5]。

根据Web of Science搜索与DAC相关的文献，高被引综述共有27篇。这些文章中，有16篇涉及材料、10篇涉及工艺流程、10篇涉及LCA/TEA、8篇涉及CO₂利用，仅有4篇提到DAC企业及相关项目发展。由此可知，目前的DAC综述大多聚焦于材料、工艺流程、经济性分析等^[6-7]，关于吸附法DAC企业发展及相关项目介绍较少。目前的DAC技术初创公司是未来DAC项目开发的关键参与方，能够在一定程度上代表未来DAC技术和产业链的发展方向，具有参考意义。吸附法是未来DAC研究的重点方向之一，目前大部分的DAC初创公司采用吸附法进行碳捕集。因此，本文调研当今具有代表性的吸附法DAC公司，介绍各家公司的DAC项目，并提出未来DAC技术可能的发展方向。根据装置的布置形式作为分类标准，分成集中式装置和集成式装置，这种分类方法更能够反映不同DAC公司的技术特色。

1　吸附法DAC吸附剂介绍

收起

1.1　碱（土）金属基吸附剂

瑞士苏黎世联邦理工学院的Steinfeld团队，使用固体碱（土）金属作为吸附剂，从大气中捕集CO₂，并基于此类吸附剂循环进行热力学、动力学分析^[8]。Steinfeld和Nikulshina等人^[9]采用CaO的碳化、煅烧热化学循环进行碳捕集，在碳化阶段通入蒸气参与反应，并通过中间产物Ca(OH)₂提高反应速率。结合集中式太阳能提供高温热源，通过连续的碳酸钙碳化和煅烧，从环境空气中连续捕集CO₂。碳化阶段的反应温度为365~400 ℃、煅烧阶段温度为800~875 ℃。

鉴于Ca基吸附剂解吸温度高的缺点，Steinfeld团队^[10]开展NaOH吸附剂捕集CO₂的研究。但对于NaOH捕集CO₂的研究显示，其碳化程度不高于9%，且反应速率慢，使得Na基吸附剂捕集CO₂的应用受阻。综上，碱性固体吸附剂在DAC领域中的应用，主要还是以Ca基吸附剂为主，并且由于能耗高、再生温度高等问题，使得其应用受阻。目前，使用这类技术路径的代表性企业有美国的Heirloom公司，使用Ca基吸附剂进行碳捕集^[11]。

1.2　物理吸附剂

沸石、金属有机框架材料（MOFs）等多孔材料也被广泛用于DAC领域，由于此类吸附剂的吸附机理是依靠CO₂和吸附剂之间的较弱物理相互作用，因此被称为物理吸附剂。虽然物理吸附剂具有吸附动力学快、再生能耗低等优点，但是吸附选择性弱，不容易将低浓度CO₂从空气分离^[12]。Kumar等人^[13]在潮湿环境下测试SIFSIX-3-Ni、HKUST-1、Mg-MOF-74和沸石13X 4种物理吸附剂的水、CO₂吸附量，其中CO₂吸附量不超过8%，证明物理吸附剂中存在水和CO₂的竞争吸附作用。此外，部分MOFs在潮湿环境下会发生降解，使得比表面积下降，影响吸附能力，且MOFs的成本较高，不易规模化使用。因此，物理吸附剂在DAC的应用受限，使用物理吸附剂的代表性企业是美国的Carbon Capture公司，该公司采用沸石和变温真空循环（temperature vacuum swing adsorption，TVSA）的再生方式。

1.3　胺基吸附剂

在DAC吸附剂的研究中，由于胺基吸附剂低CO₂浓度条件下的吸附选择性好，因此成为研究的热点。胺基吸附剂的合成方法主要有3种：第1种是浸渍法，通过物理作用力将有机胺与载体结合；第2种是嫁接法，通过共价键将有机胺与载体结合；第3种方法是原位聚合法，通过共价键将有机胺聚合于载体上^[8]。浸渍法和嫁接法合成的胺基吸附剂是目前研究最多的2类：浸渍胺吸附剂虽然有吸附量高的优点，但是稳定性较差；嫁接法吸附剂稳定性较好，但吸附量通常较低^[14]。胺基吸附剂的再生温度较低，具有良好的应用前景，现在使用胺基吸附剂的DAC公司有Climeworks、Global Thermostat等。

1.4　变湿吸附剂

2009年Lackner教授^[15]提出了变湿吸附剂的概念，这类吸附剂属于强碱阴离子交换树脂，同时具有季胺基离子官能团。在低湿度环境中，CO₂与吸附剂上的碱性基团发生反应，形成CO₂的吸附；在高湿度环境中，大量H₂O会与吸附剂发生反应，释放CO₂，完成吸附剂再生^[16]。这种吸附剂的优点，在于利用水蒸发的自由能作为CO₂解吸能量，相较于物理或胺基吸附剂，不需要通过升温进行再生，减少了再生过程所需的能耗，并且能够利用低品位热能进行再生^[17]。目前，使用变湿吸附剂的DAC有爱尔兰Carbon Collect公司^[18]以及霖和气候科技（北京）有限公司^[19]。

2　代表性DAC企业介绍

收起

根据目前DAC装置的布置形式，本文提出“集中式装置”概念，其定义为该装置的各部件（如风机、反应器、处理单元等）都只用于该DAC装置，不与其他装置共用。目前，全世界的DAC公司中，开发吸附法集中式装置的企业包括Climeworks、Global Thermostat、Carbon Capture等。

由于DAC大多部署在集中式的系统中，需要额外的基础设施以及初始投资成本，不利于规模化推广。有研究者认为，若利用现有基础设施（如冷却塔）的气流，搭建耦合的DAC系统，将是一个潜在的解决方案。本文将这类型DAC系统分类为“集成式装置”。An等人^[20]提出一种分布式DAC系统，利用商用屋顶暖通空调（HVAC）装置捕集CO₂。据统计，全美国的商业建筑约有1 500万个HVAC装置，每天都有大量的空气流经这些装置，若将DAC系统与其结合，将显著降低其基础设施以及运行成本。现在也有部分企业如Soletair Power、NeoCarbon、Carbon Reform等公司，开发这类型的DAC装置。

创立于2009年的Climeworks是目前世界上最成功的DAC公司之一。2014年，Climeworks的第1台样机诞生，CO₂年捕集量为1 t^[21]。2017年，Climeworks在瑞士Hinwil一个废弃物回收设施的屋顶上，打造了世界第1座商业化DAC工厂Capricorn，CO₂年捕集量为900 t，并利用该设施产生的废热将从空气中捕集的CO₂输送至附近的温室作为气肥^[22]。Climeworks在冰岛建造世界第1座捕集与封存相结合的DAC工厂Orca，以及年捕集量36 000 t的DAC工厂Mammoth。Mammoth运行所需的电、蒸气来自地热，通过与冰岛Carbfix公司合作，将捕集的CO₂加压与水混合后注入地底，混合后的溶液呈酸性，能溶解玄武岩中钙、镁等物质，并与CO₂反应形成碳酸盐矿物^[23]，最终将CO₂封存数千年（图1^[24]）。

Global Thermostat是由Graciela Chichilnisky与Peter Eisenberger 2位哥伦比亚大学教授于2010年创立，成立初衷是去除大气中的CO₂，并将捕集的CO₂作为可再生低碳燃料的合成原料^[25]。在2024年，该公司被Zero Carbon Systems收购。Global Thermostat在美国科罗拉多州建立了北美第1座千吨级别的DAC装置（图2）^[26]，此外Global Thermostat还开发了年捕集量为10 t的小规模DAC装置T-series，体积为1个标准集装箱，因此不受地点限制，能够在任何地方使用，目的为小型商业、试点应用。这种小规模的DAC装置，已在夏威夷完成试验，用于提高微藻的产量，并使用微藻生产可再生燃料^[27]。

Carbon Capture是一家总部位于洛杉矶的美国DAC公司，该公司Leo Series装置的每1个模块都是标准集装箱大小，年捕集量超过500 t。Leo Series DAC系统在美国率先实现了规模化生产，Carbon Capture位于亚利桑那州的工厂每年能生产4 000个Leo Series装置（图3^[28]）。Leo Series装置使用结构化吸附剂，并且是开放式的系统，能够替换不同的吸附剂进行升级，有助于降低成本、解决长期运行后性能下降的问题^[28]。未来，Carbon Capture将继续往规模化DAC的方向发展，根据Carbon Capture最新发布的Bison计划，将在怀俄明州建造大型DAC工厂，该工厂由数个DAC模块组成，捕集后的CO₂将永久封存在地底^[29]。

美国DAC企业Heirloom创立于2020年，该公司DAC技术使用天然碳酸钙（CaCO₃）作为吸附剂，再生阶段CaCO₃加热后会产生CaO、释放CO₂，将CaO与水反应会生产Ca(OH)₂，之后Ca(OH)₂能与CO₂反应生产CaCO₃，完成1个吸附再生过程。碳酸钙在地壳的占比约4%，属于一种容易取得的材料，CaCO₃成本为10~50美元/t，因此能够降低装置的整体成本。Heirloom公司的反应器，使用大面积的托盘铺设Ca(OH)₂粉末，然后将托盘垂直堆叠排放，形成分层的反应器结构，在减少土地使用的同时增加空气与吸附剂的接触面积。该技术利用自然对流，吸附过程中不需要额外的风扇，可以节省吸附过程的能耗。目前，Heirloom已在美国加州投入1座年捕集量1 000 t CO₂的DAC工厂，捕集后的CO₂永久封存入混凝土，并作为建筑原料。此外，Heirloom也与Capture Point公司合作，将捕集后的CO₂永久封存（图4）^[30-31]。

与Heirloom采用类似技术路线的还有Carbon Collect公式的Mechanical Tree，这是一种被动式DAC装置，吸附时装有吸附剂的圆盘垂直升起至10 m高，利用自然风输送环境空气，相较于其他装置，不依赖风机进行强制对流，因此能够降低捕集成本。吸附饱和后圆盘降低至再生室，解吸体积分数95%的CO₂产品气^[32]。

Soletair Power是一家成立于2016年的芬兰碳捕集公司，其核心技术是将DAC和商业建筑的屋顶暖通空调HVAC系统集成，此技术的优点在于降低建筑物的碳足迹、改善室内空气质量等，并且节省通风能耗。该装置的投资回报率约在5年内实现，同时节省75%的能耗，每年还可以产生25个碳信用额^[33]。Soletair Power公司的HVAC-DAC装置使用胺官能化吸附剂，并采用变温真空再生TVSA循环，其产品气体积分数高达98.00%~99.99%^[34]，有利于CO₂的后续利用，如合成燃料等。此外，通过计算流体动力学（CFD）设计，该装置能根据吸附剂量，保持所需气体流速的同时限制压降，从而允许使用传统风扇^[35]，这有利于降低运行过程的风机能耗（图5^[36]）。

德国的DAC公司Neo Carbon于2022年，该公司的技术特点在于DAC系统可以安装在工业冷却塔内部，使用冷却塔的风扇提供气流，并且利用冷却产生的废热，最终减少DAC的能耗以及成本^[37]。目前，Neo Carbon公司提出一种“负碳水泥厂”的方案，采用DAC和点源碳捕集结合的方案，利用水泥厂较高温的废热，降低DAC系统额外所需的能量^[38]。

中国的DAC产业化发展起步较晚，目前只有少数小试、中试规模的示范项目，尚未出现千吨级别的装置。霖和气候科技公司研发设计基于干湿法的DAC示范项目，可按需提供1%~99%体积分数的CO₂产气，年捕集量为2.7 t^[19]。中国石油集团的DAC创新团队开发了五步法S-TVSA循环技术，每年能从空气中捕集1.1 t的CO₂^[39]。2024年，中能建（上海）成套工程有限公司联合上海交通大学，共同研发攻关国内首台年捕集量600 t CO₂的DAC装置“CarbonBox”，成功通过百吨级的满负荷可靠性运行验证，该装置的模块化设计，能够满足大规模集中式、分布式及移动式布置，且CO₂产气体积分数高达99%，可以用于绿色燃料合成和碳交易服务等领域^[40]。

尽管现在DAC的技术已经发展多年，但是其运行成本高、能耗高等问题依然限制其大规模商业化进程。若要大规模推广DAC，还需降低每吨CO₂的捕集成本，根据国际能源总署IEA研究，DAC的资本成本为1 000~1 500美元/t（以单位质量CO₂计，下同），并且捕集成本为200~600美元/t，远高于传统的烟气捕集等碳捕集、利用与封存技术（carbon capture, utilization and storage，CCUS）技术^[41]。虽然部分企业的DAC成本较低，例如Climeworks公司使用地热产生的蒸气、电力运行DAC装置，因此能够降低运行成本；Soletair Power公司将DAC装置与HVAC系统集成，降低了风机等部件的运行成本；Heirloom与Carbon Collect公司的DAC装置使用自然对流使空气与吸附剂接触，运行过程中不存在风机能耗，大幅降低了成本。虽然上述策略能够降低DAC装置的运行成本，但需要与原有系统共用设备，或者需要使用废热、地热作为再生热源^[23]，其应用较为受限。因此，有部分研究提出，使用可再生能源的过剩电力，以降低DAC的运行成本，同时可提升布置的灵活度^[42]。

表1和表2统计了目前全球主要的DAC公司及其项目，并根据装置类型进行分类。无论使用何种吸附剂，大多使用TVSA作为再生方式，其原因可能是TVSA循环能够提升解吸后的CO₂体积分数，有利于后续资源化利用。根据TRL的评价标准，大部分的企业的技术成熟度为TRL6，基本完成了原型的验证，仅有Climeworks一家公司达到TRL8-9，基本完成商业化运营。由此可知，DAC的商业化发展还未成熟，仍有很大的提升空间。

3　DAC产业化发展方向

收起

不论何种形式的DAC系统，其技术路线发展的最终目的大多为降低运行及基础设施的成本，可见产业化的难点大多集中在成本。因此，本章节将介绍目前DAC研究或产业化中，以降低成本为目的，未来可能的发展方向及难点。

3.1　降低吸附过程的成本

由于空气中的CO₂体积分数极低，需要1 400 m³的空气流经反应器才能够捕集1 kg的CO₂，因此过大的床层阻力，会增加吸附过程的床层压降，导致风机能耗过高。据统计，DAC系统中50%~60%的总能耗用于吸附过程^[47]，通过降低风机压力，能够减少吸附过程的运行能耗。因此，部分研究、示范项目为了减少风机能耗，使用结构化固定床、结构化吸附剂、移动床等方式降低风机压降的需求。

Chen等人^[48]提出一种使用颗粒吸附剂的W型结构化固定床，相比于传统填充床牺牲了1/3的填料体积，但是床层压降下降12.04%~14.68%，风机能耗从88.7 kJ/mol降低至15.1 kJ/mol。Climeworks公司目前的装置也是采用结构化固定床的形式，提高吸附剂与空气接触的表面积，以降低气流压降^[49]。未来，Climeworks将使用结构化吸附剂，取代目前的颗粒吸附剂，由于提升了动力学从而获得更高的捕集量，成本可能降低50%^[43]。

Stampi-Bombelli等人^[50]比较了胺官能化氧化铝颗粒及结构化吸附剂在填充床内的吸附性能，通过伪一阶（PFO）和双重动力学（DK）模型分别描述颗粒与结构化吸附剂填充床的突破曲线，发现结构化吸附剂填充床的传质速度更快，并且在400 μL/L CO₂体积分数下，结构化吸附剂的能耗降低，吸附效率提高，具有应用潜力。上海交通大学的研究团队^[51]开发了使用结构化吸附剂旋转床的DAC装置，采用TSA再生吸附剂，实验结果表明产气体积分数达7 000 μL/L，产量为9.1 kg/(h·m³)，CO₂的捕集成本为104~165美元/t，捕集后的产气作为可气肥，促进农作物增产。

移动床的优点在于反应器长度短，有助于减少床层压降。Twente大学的研究团队^[52]研发了一种径向流移动床反应器，装置使用2 kg的商业胺基吸附剂Lewatit VP OC 1065，特点为低压降（低于700 Pa）、吸附时间短（24~43 min），吸附过程的能耗仅为0.7~1.5 GJ/t，吸附完成后吸附剂被送至外部的流化床反应器进行解吸。

除了上述方法，“被动式”DAC也是近年来备受关注的发展方向。此种方案不需要使用额外的风扇收集空气，而是使用自然风进行吸附以减少能耗（如Heirloom、Carbon Collect等企业）。Heirloom公司的分析表明，相比于其他装置吸附过程中0.5~1.0 GJ/t的能耗，Heirloom DAC装置的能耗仅为0.05 GJ/t^[11,53]。

3.2　集成式DAC装置

集成式DAC装置发展迅速，许多企业都推出了试点装置。这些装置大多与冷却系统、新风系统集成，利用原先设施的风机为DAC装置提供气流，又或是利用废热以减少DAC装置所需的额外能量输入。集成式装置能降低基础设施的投资成本以及运行成本，例如Carbon Reform的装置能满足1 900 m²空间的新风需求，运行不到1年降低了50%的暖通能耗，并产生了投资回报^[54]。Zhao等人^[55]分析DAC装置结合建筑通风系统，结果表明，室内空气的高含量CO₂有助于提高第二定律效率，当CO₂体积分数为3 000、2 000、1 000 μL/L时，第二定律的最佳效率分别为44.57%、37.55%和31.60%。

Abdullatif等人^[56]研究了HVAC-DAC集成式装置的应用，由于空气需要额外流经DAC吸附剂，会增加流动阻力，因此需要对吸附剂的结构、反应器的形式进行优化，此外，高湿室内空气会增加吸附剂的吸水量，使得解吸能耗上升，需要开发低吸水量的吸附剂。An等人^[20]搭建HVAC集成DAC的装置，试验运行结果显示，DAC系统并不影响原系统的性能，但是吸附剂会产生额外的压降，使得原先HVAC系统的能耗、成本增加。综上，对于集中式或者集成式装置，吸附过程的压降都是不可避免的问题，因此，高性能的结构化吸附剂^[57]，将是未来DAC领域的重点研究方向之一。

3.3　降低能源成本

由于目前DAC装置运行过程需要大量能耗，因此部分研究指出，可以通过使用低碳、低成本的能源，以节省运行成本和运行过程中产生的碳排放。吸附法的部署位置相较于吸收法更加灵活，因此有助于布置在具备废热、清洁能源丰富的地区^[6]。Climeworks利用冰岛的地热产生蒸气与电力，建造了大规模的DAC装置，就是降低能源成本的典型案例。

Shi等人^[58]比较了4种低品位热源驱动的TVSA循环，结果表明在373 K的再生温度下，使用冷凝水余热的热泵，具有最低的捕集成本，平均CO₂的捕集成本为176.7美元/t。Ge等人提出I-DAC系统，将DAC装置中低品位吸附热和外部余热用于热泵的蒸发侧；反之，将热泵冷凝测的热量作为吸附剂再生时的解吸热。仿真结果表明，这种通过DAC系统直接提供热泵加热和冷却能量的方法，CO₂的捕集运行能耗为2.77 GJ/t，比起传统的DAC降低69.5%的能量需求。

4　结语与展望

收起

直接空气碳捕集DAC是近年来备受关注的负排放技术，并且DAC的产业化发展近年来也在全球逐渐开展。本文综述了目前产业化发展中一些代表性的DAC企业及其技术特点，并且提出未来产业化可能的几种发展方向，但未来的产业化推广还有以下问题需要注意。

1）集中式装置DAC系统目前都往模块化的方向发展，即将多个捕集模块根据CO₂捕集的需求量进行组合。这种方式能够更加灵活地布置DAC系统，以便于在各地区开展碳捕集。此外，这些国外大型的DAC系统，捕集后的CO₂大多封存于地底，并未将CO₂作为原料再加工成其他产物。对于中国等尚未大规模产业化发展DAC的国家，若能提倡将这些捕集后的CO₂再度合成燃料或其他产物，将有助于提高CO₂的商业价值，还能增加企业投资部署DAC装置的意愿，并降低石油、天然气等能源的开采，早日达成“碳中和”的目标。

2）另外，对于集成式DAC装置，捕集后的CO₂需要有完善的存储、输送等配套措施，才能将各地DAC系统产生的CO₂集中进行封存、利用。若能解决CO₂存储和输送问题，这种形式的DAC装置发展潜力极大。

基金

收起

中国石油集团科技项目(2022DJ6607)
国家自然科学基金项目(52376011)

参考文献

收起

文献

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参考文献引证文献

排序方式：

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. Fossil fuels[EB/OL]. (2024-01-01) [2024-11-16]. https://ourworldindata.org/fossil-fuels.

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2025年第54卷第6期

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doi: 10.19666/j.rlfd.202502020

接收时间：2025-02-18
首发时间：2026-03-05
出版时间：2025-06-25

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作者

出版历史

收稿日期：2025-02-18

基金

Science and Technology Project of China Petroleum Group(2022DJ6607)

中国石油集团科技项目(2022DJ6607)

National Natural Science Foundation of China(52376011)

国家自然科学基金项目(52376011)

作者信息

^1.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，北京　102206

^2.上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海　200240

通讯作者:

葛天舒（1982），女，博士，教授，主要研究方向为大气中水碳调节技术，baby_wo@sjtu.edu.cn。

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/rlfd/CN/10.19666/j.rlfd.202502020

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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