近年来，碳捕集、利用与封存（carbon capture utilization and storage，CCUS）技术在减少CO₂排放方面取得了显著进展，但其高能耗和复杂的工艺流程限制了大规模推广应用。为提升能源利用效率，集成二氧化碳捕集与利用（integrated CO₂ capture and utilization，ICCU）技术逐渐成为研究的重点方向，该技术通过双功能材料（dual-functional materials，DFM）实现CO₂的捕集与原位转化，直接将捕集的CO₂高效转化为具有经济价值的化学品。与传统CCU技术相比，ICCU技术大幅简化了CO₂解吸、压缩和运输等步骤，具有广阔的应用潜力。围绕ICCU-甲烷化（ICCU-Methanation，ICCU-Met）技术，首先系统介绍了ICCU-Met过程并从热力学角度分析了该技术实现CO₂捕集与转化的可行性；随后重点探讨了应用于该过程的双功能材料，分析了其在CO₂捕集能力、催化活性、稳定性等方面的表现；并针对ICCU-Met技术面临的过程放大挑战，分析了实际工业烟气条件、反应器设计及技术经济性等方面的问题；最后总结了该技术的发展瓶颈，并提出了未来可能的研究方向。

直接空气碳捕集（direct air capture，DAC）技术作为典型的负碳排放技术，是实现碳中和目标的关键技术之一，但是其依然面临高成本、高能耗问题。DAC技术与碳利用技术的深度耦合，将捕集的CO₂转化为高附加值产品，可提升碳减排效率并降低全过程成本，在碳中和路径中具有重要价值。介绍了DAC技术的分类和原理，综述了DAC技术与CO₂光、电、热转化技术耦合的研究进展和主要挑战，最后展望了DAC技术与碳利用技术深度耦合的应用前景和发展方向。

在国家“双碳”目标的战略引领下，碳捕集技术正在大力发展，成为推动二氧化碳资源化利用及显著减少温室气体排放的重要技术。由于化石燃料存量逐渐减少和价格持续攀升，寻求新型环保绿色燃料成为当前的研究热点。通过碳捕集耦合可再生能源如风能、光伏等，将传统化石能源充分低碳利用并转化为具有高附加值的下游产品，如合成气、甲烷、甲醇、甲酸等，可以大规模实现低碳减排，减少能源和化工原料缺口，增加经济收益，带动绿色产业强劲增长，符合国家绿色环保战略规划。通过分析碳捕集转化一体化技术的研究现状、主流技术路线、主要设备及示范工程发展情况等，指出碳捕集转化一体化技术进一步研究与发展的方向，并对其工业应用前景作出展望。

新疆准东煤储量丰富且碱土金属元素含量较高，其燃烧产生的高钙粉煤灰是优良的CO₂封存原料。采用常压直接湿法碳酸化法，针对烟气流量、温度、固液比等关键参数，对高钙粉煤灰碳酸化展开研究与寻优分析；构建碳酸化动力学模型，确定关键因素与控制步骤，同时评估该工艺脱氯及去除重金属的性能。研究发现：增大烟气流量、降低固液比能有效提升单位质量粉煤灰的碳酸化度；在快速碳酸化阶段（0~20 min），低温虽利于提升碳酸化度，但效果不显著；快速碳酸化区粉煤灰反应主要受固膜扩散控制，相关系数为0.917 37，活化能为10.36 kJ/mol；经响应曲面法优化最佳工况参数为温度57.1 ℃、烟气流量2.86 L/min、液固比200.0 g/L，此时实际碳酸化度平均值达30.2%；按此参数处理后的粉煤灰氯含量符合JC/T 409—2016标准中配筋制品要求，对砷、铜等典型重金属脱除率分别达88.4%、55.6%等，表明该工艺具备一定脱毒能力。因此，准东高钙粉煤灰的常压湿法碳酸化具有一定的应用潜力。

以CO₂为主的温室气体排放所带来的生态、环境和社会问题正逐渐受到人们的重视。目前，以火电厂烟气为CO₂气源的固碳技术仍处于中试和工业化开发阶段，但针对固碳过程的碳减排效益尚未有标准化的方法学及核算方法。结合某电厂建设运行的国内首套“火电厂二氧化碳化学链矿化利用碳捕集、利用与封存（CCUS）技术研究与示范项目”的矿化固碳路线工业化实践，采用全生命周期（LCA）碳排放因子法对化学链矿化利用CCUS技术路径的碳减排效益进行核算及评估。该示范项目年处理CO₂量为1 364.56 t，能够实现708.12 t CO₂的净减排，净减排率达到52%；将示范项目年处理量放大到10万吨级规模，CO₂净减排率可提升至76%。研究方法具有广阔的碳减排应用前景，可为我国实现碳中和目标提供技术支持。

光谱调控是促进雨生红球藻固碳增长的有效途径。实验对比了在不同光照情况下雨生红球藻的固碳状况，研究不同比例红蓝混合光对雨生红球藻固碳的影响，通过对比不同生长阶段基因，分析了雨生红球藻代谢在时间尺度上的动态变化。结果表明：红光条件下的固碳速率比蓝光条件下高40%；通过雨生红球藻全基因转录组对比，从分子层面多角度分析了雨生红球藻对不同光质的代谢响应，包括生物量积累、能量传递、光合作用、应激性和转录；红光条件下，雨生红球藻的代谢和能量传递比蓝光条件下更活跃；在生长早期，红光条件下的细胞更倾向于积累调节物质而不是储能物质，参与糖酵解途径、三羧酸循环（TCA）和AMPK（AMP-activated protein kinase）途径的基因均有所上调；而蓝光条件下，细胞应激反应较红光条件下表现更好。

针对“双碳”形势下国内煤电机组低碳转型需求，探索CCUS技术工业化固碳新路径，开发可直接用于燃煤烟气CO₂捕集的新型固体化学吸附材料，实现燃煤烟气固体吸附CO₂捕集技术规模化应用具有重要意义。目前，国内固体吸附CO₂捕集技术研究多以分项理论研究为主，对此，系统梳理和分析了低、中、高温固体吸附材料研究进展，指出固体吸附材料研究需拓展的方向，以及实现规模化应用需开展的研究内容。以典型高温钙基吸附剂为例，针对吸附剂放大制备、造粒成型、反应器设计及钙循环CO₂捕集系统验证全过程工业化应用研究进行分析。研究内容可为下一步开展关键技术研究与突破，加快构建高活性低能耗固体吸附捕集CO₂的全流程装备技术体系，实现固体吸附CO₂捕集技术规模化应用提供参考。

燃烧后CO₂捕集过程中，有机胺吸收剂易降解生成中性降解产物及热稳定盐（heat stable salt，HSS）。电渗析（electrodialysis，ED）技术作为一种常温常压下高效脱除HSS的方法，在胺回收领域具有广阔的应用前景。系统综述了电渗析用于有机胺回收的研究进展，包括不同电渗析装置的构型特点、关键工艺参数（电压、电流密度、初始HSS浓度、CO₂负荷等）对脱除效率、胺损失与能耗的影响机制。重点总结了多段膜堆、电渗析与树脂或双极膜耦合等工艺优化策略，并对不同应用场景下电渗析装置的工业运行性能进行了比较分析。最后，针对膜材料稳定性、能耗与成本控制等挑战，提出了未来电渗析在CO₂捕集胺回收领域的发展方向。

利用不同质量的K₂CO₃和PEI将TiO₂表面功能化并深入研究CO₂的吸附性能和机理；通过超声浸渍法，以K₂CO₃和聚乙烯亚胺（PEI）为功能化材料，以商用选择性催化还原（SCR）催化剂白胚（多孔型TiO₂）为载体成功制备CO₂低温吸附剂；利用XRD、DTG、FTIR和XPS表征测试改性吸附剂的理化特性。结果表明：K₂CO₃和PEI可活化多孔型TiO₂孔隙结构，并提高表面碱性活性中心的密度，不仅有助于提升PEI和K₂CO₃的容纳能力，还有利于吸附活性位点的暴露以及CO₂的扩散与吸附；PEI负载可引入大量活性官能团和碱性胺位点，对CO₂的吸附容量可达2.11 mmol/g。通过测量50%PEI@TiO₂吸附剂对CO₂的吸附量以及Langmuir、Freundlich吸附等温线模型的拟合发现，CO₂以物理吸附为主，吸附时范德华力起主要作用；CO₂最佳吸、脱附温度分别为50 ℃和110 ℃。循环实验表明，与PEI相比，K₂CO₃负载TiO₂更稳定，30次循环后CO₂吸附容量下降不超过10%，表明以商用SCR催化剂白胚为载体的功能化材料有望应用于烟气CO₂低温捕集。

随着全球气候变化愈演愈烈，碳捕集、利用与封存技术（carbon capture, utilization and storage，CCUS）成为实现“碳中和”目标的关键手段。针对传统吸收剂在CO₂捕集中存在的运行稳定性差和再生能耗高等问题，开发了一种新型贫水复配吸收剂，该吸收剂以叔丁氨基乙醇（TBAE）为主要成分，通过组合不同配比的胺和稳定剂优化配比，按总胺质量分数30%混合，以质量分数为30%的传统吸收剂乙醇胺（MEA）为参考标准，进行了CO₂吸收−解吸性能、腐蚀情况和小试放大实验的测试研究，旨在提高CO₂的吸收容量和解吸速率的同时降低再生能耗和提升溶剂在装置中稳定运行的能力。实验结果表明：当配方为20%（质量分数，下同）TBAE+10% 3-甲胺基-1-丙醇+50% N-甲基吡咯烷酮时，其饱和CO₂吸收量为3.10 mol/L，循环吸收量为2.97 mol/L，腐蚀速率为0.016 2 mm/a，再生能耗为4.00 GJ/t；与质量分数30%MEA吸收剂相比，CO₂饱和吸收量提高了12.3%，循环量提升了22.7%，腐蚀速率降低了60.3%，再生能耗降低了36%。该新型贫水复配吸收剂性能良好，并在10 t/a碳捕集小试装置中长时间稳定，且较低能耗的运行为该吸收剂将来投入工业使用积累了坚实基础。

碳捕集、利用与封存技术是我国实现“双碳”目标的重要途径，其中非水吸收剂具有巨大的节能潜力，且适配现有吸收法混胺反应器，具有较大应用潜力，但存在CO₂饱和溶液黏度大、循环负荷低等问题。对此，以仲胺MCA为吸收组分，EG为有机溶剂，构建了低黏度、低温再生非水吸收体系，并考察了MCA/EG的吸收、再生性能。结果表明：3 mol/L MCA/EG吸收剂的吸收负荷可达2.14 mol/L，黏度仅为44.19 mPa∙s；在40 ℃吸收30 min、80 ℃再生25 min条件下，循环负荷高达0.98 mol/L，为质量分数为30%的MEA/H₂O溶液在105.5 ℃再生条件下循环负荷的1.46倍。通过C80微量热仪测试得到吸收剂的反应热为–82.85 kJ/mol，低于MEA/H₂O溶液。结合¹³C NMR与量子化学计算，探究了吸收剂捕集CO₂的反应机理，发现MCA的空间位阻效应降低了反应产物的稳定性，使氨基甲酸酯与EG进一步反应转化为烷基碳酸酯，降低了再生难度，实现了低温再生。该吸收体系可实现非水吸收剂的稳定运行，并扩大吸收剂再生中的余热利用范围，具有较大的降能耗优势。

以某电厂15万吨/年CO₂捕集系统为研究对象，对其用水、耗水及水平衡情况进行了全面分析，分别对不同负荷工况下碳捕集系统的水平衡进行了试验与对比。试验结果表明，当前碳捕集系统水平衡存在的主要问题是吸收塔塔顶出口温度高于入口烟温，高负荷工况下，吸收塔内部的反应热较大，造成排汽温度过高，系统耗水大幅增加，吸收塔出口温度由54 ℃降低到43 ℃后，系统耗水降低约86.7%，节能效果显著。对此，结合实际运行情况，提出了通过调整循环水量，提高贫液冷却器和尾气洗涤器的换热效果，从而进一步改善吸收塔温度场，降低吸收塔出口温度的建议。试验结果可为碳捕集系统高效经济运行提供指导。

为探讨固体颗粒在促进富液CO₂解吸过程中的强化传质传热作用和催化作用的主导地位及作用机制，选取纳米二氧化钛（TiO₂）和分子筛（HZSM-5）作为代表性颗粒，分别代表具有强化传热传质作用和化学催化作用的2种典型颗粒。通过搭建连续搅拌反应器，定义添加颗粒和未添加颗粒条件下富液CO₂解吸速率之比为解吸增强因子，系统调节颗粒质量分数、颗粒粒径、搅拌转速、富液CO₂负载量和吸收剂种类等因素，研究TiO₂和HZSM-5颗粒对富液解吸CO₂强化作用的影响。结果表明：HZSM-5颗粒相比TiO₂具有更高的解吸增强因子，主要归因于HZSM-5颗粒具有更大微孔表面积和Brønsted酸位点耦合参数，且TiO₂的解吸增强因子受操作条件变化的影响较小，在1.00~1.20范围内波动；相比之下，提高颗粒的质量分数和富液CO₂负载均能显著提升HZSM-5的解吸强化效果，解吸增强因子最高可达2.25；通过拟合富液中HCO₃^-浓度与HZSM-5解吸增强因子的关系，发现两者呈线性相关，表明HZSM-5颗粒通过强化与HCO₃^-相关的反应路径从而促进CO₂的解吸过程，这一发现为进一步优化固体颗粒的设计和提升富液CO₂解吸效率提供了理论依据。

燃烧后捕集是实现碳中和的托底技术，但碳捕集所产生的高额成本不利于这项技术的应用。为了研究碳捕集、压缩和液化成本变化的敏感因素，模拟了不同工艺参数和吸收剂类型产生的成本。结果表明：增加吸收塔塔板数可以促进吸收剂对CO₂的捕集效率，相应的投资成本也会升高；吸收塔进口吸收剂温度升高，捕集率未出现明显下降，反而冷却剂和水用量减少，运行成本有一定程度降低；此外，再沸比对CO₂捕集率和成本影响最大，可能是降低成本的关键因素；同时，比较了不同液化压力、不同压缩级数的能耗，发现液化压力越低、压缩级数越多，总成本越高，其中设备投资成本和运营维护成本变化较明显，而公用工程成本受影响较小。

以工业规模喷淋塔内醇胺溶液吸收CO₂为研究对象，基于欧拉-拉格朗日方法建立了烟气-液滴气液两相流动、相间传热传质和液相化学反应耦合的计算流体力学（CFD）模型。通过与乙醇胺（MEA）溶液吸收CO₂实验数据对比验证了CFD模型可靠性，在此基础上分析了CO₂吸收过程所伴随热质交换和化学反应的基本规律，以及吸收剂化学组成、气液两相流动特性和操作压力对喷淋塔内CO₂脱除效率的影响。模拟结果表明：随塔体高度增加烟气中CO₂体积分数下降，而烟温和水蒸气体积分数均呈先上升后下降趋势；当贫液中CO₂负荷由0.1增至0.4，塔内烟温最大值由70 ℃降至54 ℃，贫液负荷大于0.25时喷淋塔脱碳效率显著下降；表观气速大于2.5 m/s时烟气停留时间显著缩短且液相侧传质系数减小，传质比表面积的增加对CO₂吸收效率提升作用减弱；喷淋塔操作压力由101 kPa降至70 kPa，CO₂脱除效率降低约15.9百分点。

随着全国碳交易市场的启动和推行，控排企业准确的碳排放数据对政府制定政策以及构建碳交易机制至关重要。目前，国内官方采用的碳排放量核算方法为排放因子法，虽然简单易用，但受人为影响因素大，容易引发碳数据质量问题。为此，基于激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）开发了适用于碳市场燃煤电厂入炉煤的煤质指标快速分析方法，结合偏最小二乘回归法（partial least squares regression，PLSR）建立了燃煤元素碳含量和发热量的预测模型。结果表明：所建立的干燥基高位热值和含碳量模型的预测集平均绝对误差（average absolute error，AAE）分别为1.10 MJ/kg和2.72%，实现了电厂每日入炉煤样的快速高频检测；在碳核算应用研究上，算例显示与传统每日实测法相比，采用LIBS快检法开展每日实测得到的月碳排放量核算相对偏差仅为0.40%，准确性优于采用月度缩分煤样检测数据进行核算所得的碳排放量结果；在碳核查应用研究上，以元素碳含量实测法结果为基准，采用LIBS快检法核算的碳排放量比完全缺省值法的平均相对误差（average relative error，ARE）减少了6.73~18.99百分点。LIBS快检法与传统化验精度接近，可应用于碳核查煤质数据验证，并发展为辅助碳核算的快速低成本实用技术。

碳捕集、利用与封存（carbon capture, utilization and storage，CCUS）技术是缓解CO₂排放对环境影响的关键技术，CO₂地质封存与利用是CCUS技术的重要组成部分。分析了CO₂地质封存与利用技术领域的全球发展态势，从政策体系建设、项目实施、研究成果等方面梳理了我国的发展现状，通过文本分析解读了该领域的研究热点，最后对CO₂地质封存与利用技术的发展进行了展望。研究指出：当前CO₂地质封存与利用领域研究热点主要集中于枯竭油气藏封存、诱发地震机理与监测、泄漏监测与环境评价、CO₂封存与能源资源协同开发利用、快速矿化封存等方面；未来应重视CO₂封存与利用中复杂多场多相的耦合研究，致力于构建全流程智能化的CO₂地质封存与利用系统，并积极探索多元化的CCUS产业发展模式。

有机胺化学吸收法是目前应用于燃煤电厂最主要的碳捕集技术。有机胺再生过程由热驱动，需消耗大量取自汽轮机组的蒸汽，导致燃煤电厂发电效率下降，发电成本大幅升高，限制了碳捕集技术在单机容量和配置数量2个层面的规模化应用。优化系统能量热集成利用是改善上述问题的重要途径。以碳捕集子系统和电厂系统间的热能集成利用方式为主要目标，从热集成优化理论和工程能量系统优化两方面出发进行讨论与分析。在热集成优化理论方面，分别阐述了㶲分析法和夹点分析法的原理、使用方法，和在煤电碳捕集系统应用的成果以及局限性，提出了建议研究方向；在工程能量系统优化方面，分析了蒸汽抽汽参数优化、蒸汽过热度利用方式、凝结水余热利用方式、碳捕集与压缩余热利用方式和多种辅机应用方式的有益效果，讨论了相关方案在工程实施中可能面临的可行性和经济性问题。文中对相关内容的讨论可为进一步降低系统能耗提供参考与思路。

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。

在富氧燃烧CO₂循环中，空分热集成通常用于改善回热过程的热容匹配。然而，空分单元的热集成增加了循环的回热量，同时由于空分单元负荷调节速率较低，对发电系统运行性能产生一定影响。为了取消空分热集成并进一步提高循环效率，提出了一种分流绝热压缩的方法，旨在平衡冷、热流股的热容。在Aspen仿真软件中构建了基于煤气化富氧燃烧超临界CO₂循环发电系统模型，分析了系统热力学性能以及空分热集成对系统性能的影响，并提出了再压缩系统作为对比。研究结果表明：集成空分热量的常规系统循环效率为43.39%；相比无热集成系统，空分单元的压缩耗功增加了19.9 MW，同时提供了180.8 MW的热集成，使得循环效率提升了1.64百分点；考虑到回热端差的限制，再压缩系统的最佳分流质量流量为258.2 kg/s；相比空分热集成，再压缩系统的回热负荷降低了59.8 MW，且平均换热温差进一步降低了3.1 ℃，循环效率提升至43.52%。研究揭示了热量集成对富氧燃烧CO₂循环效率的影响机制，提出了解耦动力循环与空分单元热集成的流程优化方式，同时为再压缩系统的参数设计提供了理论指导。

燃烧后碳捕集工艺是实现低碳发电的兜底技术和必然选择，然而其整合至天然气联合循环电厂会大幅降低电厂发电效率。为了降低集成脱碳系统电厂的效率惩罚以及提高整体系统能源利用效率，提出一个综合回收系统余热和液化天然气冷能的新型燃烧后碳捕集流程。首先，对常规碳捕集工艺的关键操作参数包括再生塔压力和贫液载荷进行灵敏度分析得到最佳运行参数，在此基础上开展新型流程的设计及分析。新型流程利用小汽轮机回收低压抽汽的压力，能辅助贫液蒸气压缩并回收CO₂压缩中间冷却热加热再生塔冷凝回流水，在90 kPa的闪蒸压降下每吨CO₂最低再生能耗为3.35 GJ，降低了17.3%。此外，通过回收抽汽过热使低压抽蒸汽量从68.40 kg/s降低至48.95 kg/s。针对常规CO₂压缩工艺能耗高和液化天然气气化过程中冷能浪费的问题，提出一种新型CO₂两级压缩中间液化工艺，使压缩功降低了34.5%，并大幅减少冷却负荷和设备数量。㶲分析结果表明，新型碳捕集工艺和CO₂压缩工艺的㶲效率分别从23.12%和62.19%升至29.48%和65.96%。模拟结果显示，整合新型碳捕集工艺的发电机组净输出功从341.93 MW增至358.75 MW，净发电效率从48.85%升至51.25%，效率惩罚从13.77%降至9.53%，节能效果十分显著。

火电机组采用胺法脱碳时存在电碳耦合，为提升脱碳机组的负荷灵活跟踪性能，提出了一种基于电碳协调的变负荷控制策略。基于已有数据，以辨识方式建立了汽包炉火电机组的电碳协调控制系统模型；分析了再沸器负荷对发电负荷和碳捕集率的响应时间尺度，并基于此设计了基于脱碳抽汽与燃料量双重控制的发电负荷控制回路；进一步，为克服长时间尺度对碳捕集率的影响，重构了全程再沸器负荷变化瞬态量，提出了基于电碳协同的发电负荷灵活控制方法。以某300 MW机组为例进行了仿真测试，结果表明：相较传统协调控制策略，所提控制策略可在保证机组热负荷和碳捕集率性能指标的同时，使机组的变负荷控制速率及AGC性能指标平均提升1倍以上。