Carbon Dioxide Capture DOI: 10.1002

Carbon Dioxide Capture DOI: 10.1002/anie.201000431
Carbon Dioxide Capture: Prospects for New Materials
Deanna M. DAlessandro,* Berend Smit,* and Jeffrey R. Long*
Angewandte Chemie
Keywords:
absorbents · adsorption · carbon dioxide ·
membranes ·
metal–organic frameworks
Reviews D. M. D’Alessandro et al.
6058 www.angewandte.org 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6058 – 6082
1. Introduction
The prospect of a worsening climatic situation due to
global warming is a subject of widespread public concern,
with annual global emissions of CO2 having escalated by
approximately 80% between 1970 and 2004.[1] This drastic
rise has been attributed to an increasing dependence on the
combustion of fossil fuels (coal, petroleum, and natural gas)
which account for 86% of anthropogenic greenhouse gas
emissions, the remainder arising from land use change
(primarily deforestation) and chemical processing.[2]
The urgent need for strategies to reduce global atmospheric
concentrations of greenhouse gases has prompted
action from national and international governments and
industries, and a number of high-profile collaborative programs
have been established including the Intergovernmental
Panel on Climate Change (IPCC), the United Nations
Framework Commission on Climate Change, and the
Global Climate Change Initiative. The capture and sequestration
of carbon dioxide—the predominant greenhouse
gas—is a central strategy in these initiatives, as it offers the
opportunity to meet increasing demands for fossil fuel energy
in the short- to medium-term, whilst reducing the associated
greenhouse gas emissions in line with global targets.[3] Carbon
capture and storage (CCS) schemes embody a group of
technologies for the capture of CO2 from power plants,
followed by compression, transport, and permanent storage.
CCS will complement other crucial strategies, such as
improving energy efficiency, switching to less carbon-intensive
fuels such as natural gas and phasing in the use of
renewable energy resources (e.g., solar energy, wind, and
biomass).
A critical point is that the deployment of CCS schemes is a
multifaceted problem that requires shared vision and worldwide
collaborative efforts from governments, policy makers
and economists, as well as scientists, engineers and venture
capitalists. From this perspective, it is apparent why the
problem of CO2 capture is regarded as one of the grand
challenges for the 21st century.[3]
A number of recent high-profile reports and comprehensive
articles have considered the engineering feasibility and
economics of CO2 capture, and have sought to estimate the
costs by modeling reference cases of existing postcombustion
capture in coal- and gas-fired power plants.[3–5] Such conventional
technologies for large-scale capture have been commercially
available for over 50 years and are focused on the
separation of CO2 from flue gases by the use of amine
absorbers (“scrubbers”) and cryogenic coolers.[6]
The IPCC estimates that CO2 emissions to the atmosphere
could be reduced by 80–90% for a modern conventional
power plant equipped with carbon capture and storage
technology.[7] A recent analysis has shown that the thermodynamic
minimum energy penalty for capturing 90% of the CO2
from the flue gas of a typical coal-fired power plant is
approximately 3.5% (assuming a flue gas containing 12–15%
CO2 at 40 8C).[8] By comparison, conventional CO2 capture
using amine scrubbers will increase the energy requirements
From the Contents
1. Introduction 6059
2. Conventional Chemical
Absorption 6062
3. Emerging Methods for CO2
Capture 6063
4. New Materials for CO2 Capture 6064
5. Future Prospects 6078
The escalating level of atmospheric carbon dioxide is one of the most
pressing environmental concerns of our age. Carbon capture and
storage (CCS) from large point sources such as power plants is one
option for reducing anthropogenic CO2 emissions; however, currently
the capture alone will increase the energy requirements of a plant by
25–40%. This Review highlights the challenges for capture technologies
which have the greatest likelihood of reducing CO2 emissions
to the atmosphere, namely postcombustion (predominantly CO2/N2
separation), precombustion (CO2/H2) capture, and natural gas
sweetening (CO2/CH4). The key factor which underlies significant
advancements lies in improved materials that perform the separations.
In this regard, the most recent developments and emerging concepts in
CO2 separations by solvent absorption, chemical and physical
adsorption, and membranes, amongst others, will be discussed, with
particular attention on progress in the burgeoning field of metal–
organic frameworks.
[*] Dr. D. M. D’Alessandro
School of Chemistry, The University of Sydney
Sydney, New South Wales 2006 (Australien)
E-mail: [e-mail]
Prof. B. Smit
Department of Chemical Engineering
University of California, Berkeley
Berkeley, CA 94720-1460 (USA)
E-mail: [e-mail]
Prof. B. Smit, Prof. J. R. Long
Department of Chemistry
University of California, Berkeley
Berkeley, CA 94720-1460 (USA)
Fax: [phone]
E-mail: [e-mail]
Carbon Dioxide Capture Angewandte Chemie
Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6058 – 6082 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 6059
of a plant by 25–40%.[7–9] Other recent cost analysis estimates
based on near-term conventional regenerative amine scrubbing
systems have predicted an increased cost of electricity of
$0.06 kWh, or an “avoided cost of capture” of $57–60/tonne
CO2 (as an alternative measure).[8] Clearly, the existing
methods of capture are energy intensive and are not costeffective
for carbon emissions reduction.[7] These economic
and energy comparisons underscore the immense opportunities
and incentives that exist for improved CO2 capture
processes and materials.
Various components of the CCS process chain including
compression, transportation (by pre-existing pipelines for
instance), and storage of CO2 are technologically mature and
available, and a growing number of fully integrated CCS
projects are reaching the pilot and demonstration phases prior
to commercialization. In addition to three large-scale demonstration
projects which are currently underway in Sleipner
West (Norway), Weyburn (Canada), and In Salah (Algeria),
several smaller projects have commenced on the Dutch
continental shelf (Netherlands), Snøhvit (Norway), La Barge
(Wyoming, United States), Fenn Big Valley (Canada), Ketzin
(Germany), and Schwarze Pumpe (Germany).[9–11] All of the
current projects demonstrate carbon storage or reuse in
enhanced coal-bed methane recovery schemes, although one
project at Schwarze Pumpe in Germany, captures CO2 at a
coal-based plant. A further 40 CCS projects have already
been proposed worldwide between 2008 and 2020.[11]
One explanation for the slow deployment of fully
integrated commercial CCS schemes is the considerable cost
of the capture phase, which represents approximately two
thirds of the total cost for CCS. A recent comprehensive
report on postcombustion CO2 capture technologies has
determined that the regeneration energy, followed by the
capital cost of capture-specific equipment are the two
variables contributing most significantly to the cost of CO2
capture.[8] One significant contributor to the regeneration
energy is the maximum separation efficiency which can be
achieved by a given capture material. Enhancing this
efficiency will have the greatest potential for lowering the
overall cost of capture systems in near-term,[8] with improvements
in the capture phase for new materials representing one
of the foremost challenges.[5] As shown in Figure 1, there
exists a serious need for research on innovative new materials
in order to reduce the time to commercialization.
It is evident that a consideration of the process design
economics and costs are required to assess fully the potential
of any given new material. The challenge arises due to
necessary assumptions which must be made, and the variations
in the technical characteristics (e.g. fuel used, plant
characteristics), scale and application of a given material,
which require that capital costs be balanced with the
efficiency of material. Assessing the economics of CCS is a
nontrivial task which is outside the scope of the present
article. Nevertheless, a number of groups have developed
advanced cost-analysis models, which permit a number of the
aforementioned parameters to be varied.[5]
Here, we focus on the significant challenge of CO2 capture
and highlight recent advances in materials and emerging
concepts. The emphasis is on designed materials in which a
molecular level of control can be achieved as a means of
tailoring their performance in separating relevant gas mixtures.
In this regard, particular attention is directed towards
the latest developments in CO2 separations using microcrystalline
porous solids or metal–organic frameworks. For
more in-depth discussions on materials for CO2 separations,
the reader is directed to a number of excellent authoritative
reviews in the field.[13–21] We also seek to provide some
criteria, measurement parameters and performance standards
in which materials developed in the laboratory can be
Deanna M. D’Alessandro received her PhD
in Chemistry from James Cook University
(Australia) in 2006 for which she received
the RACI Cornforth Medal and a 2007
IUPAC Prize for Young Chemists. She held a
postdoctoral position with Prof. Long at
Berkeley (2007–2009) and was a Dow
Chemical Company Fellow of the American–Australian
Association and an 1851
Royal Commission Fellow. In 2010 she will
commence a University of Sydney Research
Fellowship focusing on energy-related applications
of microporous materials.
Berend Smit received his PhD in Chemistry
from Utrecht University. From 1988 to
1997, he worked as a researcher at Shell
Research. In 1997, he returned to academia
as Professor of Chemistry at the Univ

Kết quả (Việt) 1:

Điôxít cacbon chụp DOI: 10.1002/anie.201000431Điôxít cacbon chụp: Triển vọng cho vật liệu mớiDeanna M. DAlessandro, * Berend Smit, * và Jeffrey R. Long *Angewandte ChemieTừ khoá:absorbents · Hấp phụ · carbon dioxide ·màng ·khung kim loại-hữu cơĐánh giá mất M. D'Alessandro et al.6058 www.angewandte.org 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim Angew. Chem Int. Ed. 2010, 49, 6058-60821. giới thiệuKhách hàng tiềm năng của một tình hình xấu đi khí hậu dosự nóng lên toàn cầu là một chủ đề quan tâm công cộng phổ biến rộng rãi,với thường niên toàn cầu phát thải CO2 có leo thang bởikhoảng 80% từ năm 1970 tới năm 2004. [1] này mạnh mẽtăng đã được quy cho một sự phụ thuộc tăng trên cácđốt cháy nhiên liệu hóa thạch (than, dầu mỏ và khí tự nhiên)mà chiếm 86% của khí nhà kính anthropogeniclượng phát thải, phần còn lại phát sinh từ sự thay đổi sử dụng đất(chủ yếu là nạn phá rừng) và xử lý hóa học. [2]Nhu cầu cấp thiết cho các chiến lược để giảm toàn cầu trong khí quyểnnồng độ khí nhà kính đã nhắc nhởhành động từ chính phủ quốc gia và quốc tế vàngành công nghiệp, và một số cấu hình cao chương trình hợp tácđã được thiết lập bao gồm IntergovernmentalVề biến đổi khí hậu (IPCC), Liên Hiệp QuốcKhuôn khổ Ủy ban về biến đổi khí hậu, và cácCác sáng kiến thay đổi khí hậu toàn cầu. Chụp và cô lậpcarbon dioxide — nhà kính chủ yếukhí — là một chiến lược trung tâm trong các sáng kiến, vì nó cung cấp cáccơ hội để đáp ứng ngày càng tăng nhu cầu cho năng lượng nhiên liệu hóa thạchtrong ngắn - để phương tiện truyền thông-thuật ngữ, trong khi giảm thiểu các liên kếtphát thải khí nhà kính phù hợp với mục tiêu toàn cầu. [3] carbonchụp và lưu trữ (CCS) chương trình gồm một nhómhoặc Atom để chiếm khí CO 2 từ nhà máy điện,theo sau nén, giao thông vận tải và lưu trữ vĩnh viễn.CCS sẽ bổ sung cho các chiến lược quan trọng, chẳng hạn nhưnâng cao hiệu quả năng lượng, chuyển đổi sang cacbon ít chuyên sâunhiên liệu như khí đốt tự nhiên và loại bỏ trong việc sử dụngtài nguyên năng lượng tái tạo (ví dụ, năng lượng mặt trời, gió, vànhiên liệu sinh học).Một điểm quan trọng là việc triển khai các chương trình CCS là mộtvấn đề nhiều mặt yêu cầu chia sẻ tầm nhìn và trên toàn cầucác nỗ lực hợp tác từ chính phủ, các nhà hoạch định chính sáchvà các nhà kinh tế, cũng như các nhà khoa học, kỹ sư và liên doanhnhà tư bản. Từ quan điểm này, nó là rõ ràng lý do tại sao cácCác vấn đề của CO2 chụp được coi là một trong những grandnhững thách thức cho thế kỷ 21. [3]Một số báo cáo gần đây hồ sơ cao và toàn diệnBài viết đã xem xét tính khả thi kỹ thuật vàkinh tế của CO2 nắm bắt, và đã tìm cách để ước tính cácchi phí của mô hình tham khảo trường hợp của hiện tại postcombustionchụp trong nhà máy điện than và đốt khí. [3-5] Như thông thườngcông nghệ cho quy mô lớn chụp đã thương mạicó sẵn cho hơn 50 năm và đang tập trung vào cácly thân của CO2 từ khí ống khói bằng cách sử dụng aminxóc ("việc cọ rửa") và đông làm mát. [6]IPCC ước tính rằng khí thải CO2 với khí quyểncó thể được giảm bằng cách 80-90% cho một hiện đại thông thườngnhà máy điện được trang bị với cacbon chụp và lưu trữcông nghệ. [7] một phân tích gần đây đã chỉ ra rằng các thăng giáng nhiệttối thiểu năng lượng hình phạt cho chiếm 90% các khí CO 2từ ống khói là khí của một điển hình-than bắn nhà máy điệnkhoảng 3,5% (giả định một khí ống khói có 12-15%CO2 tại 40 8 c). [8] bằng cách so sánh, nắm bắt CO2 thông thườngbằng cách sử dụng việc cọ rửa amine sẽ làm tăng nhu cầu năng lượngTừ nội dung1. giới thiệu 60592. thông thường hóa chấtHấp thụ 60623. đang nổi lên phương pháp cho CO2Nắm bắt 60634. các vật liệu mới để nắm bắt CO2 60645. tương lai triển vọng 6078Mức độ leo thang của không khí carbon dioxide là một trong nhữngcách nhấn các vấn đề môi trường của chúng tôi tuổi. Cacbon chụp vàlưu trữ (CCS) từ lớn điểm nguồn như nhà máy điện là mộtCác tùy chọn cho việc giảm lượng khí thải CO2 anthropogenic; Tuy nhiên, hiện naychụp một mình sẽ làm tăng nhu cầu năng lượng của một nhà máy bởi25-40%. Nhận xét này làm nổi bật những thách thức cho công nghệ chụpmà có khả năng lớn nhất của việc giảm lượng khí thải CO2để không khí, cụ thể là postcombustion (chủ yếu là CO2/N2tách), precombustion (CO2/H2) chụp, và khí tự nhiênngọt (CO2/CH4). Yếu tố quan trọng mà nền tảng quan trọngtiến bộ nằm trong vật liệu cải tiến thực hiện các đứt.Trong lĩnh vực này, sự phát triển gần đây nhất và các khái niệm mới nổi trongCO2 đứt bởi sự hấp thụ dung môi, hóa học và vật lýHấp phụ, và màng, trong số những người khác, sẽ được thảo luận, vớiđặc biệt chú ý về sự tiến bộ trong lĩnh vực đang phát triển của kim loại-khuôn khổ hữu cơ.[*] Tiến sĩ D. M. D'AlessandroTrường học hóa học, đại học SydneySydney, New South Wales 2006 (Australien)Thư điện tử: [e-mail]áo sư B. SmitBộ môn kỹ thuật hóa họcĐại học California tại BerkeleyBerkeley, CA 94720-1460 (Hoa Kỳ)Thư điện tử: [e-mail]áo sư B. Smit, giáo sư J. R. LongVùng hóa họcĐại học California tại BerkeleyBerkeley, CA 94720-1460 (Hoa Kỳ)Số Fax: (+ 1) 510-643-3546Thư điện tử: [e-mail]Điôxít cacbon chụp Angewandte ChemieAngew. Chem Int. Ed. 2010, 49, 6058-6082 2010 Wiley VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim 6059thực vật một 25-40%. [7-9] Phân tích gần đây của chi phí ước tínhDựa trên nhiều thông thường tái tạo amine chà kỹHệ thống có dự đoán một chi phí tăng của điện của$0,06 kWh, hoặc một "tránh được các chi phí của chụp" $57-60/tấnCO2 (như là giải pháp thay thế). [8] rõ ràng, hiện tạiphương pháp bắt giữ là năng lượng chuyên sâu và không costeffectiveđể giảm lượng phát thải carbon. [7] những kinh tếvà so sánh năng lượng gạch dưới những cơ hội bao lavà ưu đãi tồn tại cho cải tiến CO2 chụpquy trình và tài liệu.Các thành phần khác nhau của CCS quá trình bao gồm Chuỗinén, giao thông vận tải (bằng đường ống dẫn sẵn chotrường hợp), và lưu trữ của CO2 là công nghệ trưởng thành vàcó, và một số phát triển tích hợp đầy đủ CCSdự án tiếp cận các phi công và cuộc biểu tình giai đoạn trướcđể thương mại hóa. Ngoài các cuộc biểu tình ba quy mô lớndự án đang tiến hành trong SleipnerWest (Na Uy), Weyburn (Canada), và trong Salah (Algeria),một số dự án nhỏ đã bắt đầu trên người Hà Lanthềm lục địa (Hà Lan), Snøhvit (Na Uy), La Barge(Wyoming, Hoa Kỳ), Fenn lớn Valley (Canada), Ketzin(Đức), và Schwarze Pumpe (Đức). [9-11] Tất cả cácdự án hiện tại chứng minh cacbon lí hoặc tái sử dụng trongnâng cao chương trình phục hồi của than-giường mêtan, mặc dù mộtdự án tại Schwarze Pumpe ở Đức, chụp CO2 tại mộtthực vật dựa trên than đá. Thêm 40 CCS dự án đãđược đề xuất trên toàn thế giới từ năm 2008 đến năm 2020. [11]Một lời giải thích cho việc triển khai chậm của đầy đủtích hợp chương trình CCS thương mại là chi phí đáng kểgiai đoạn chụp đại diện cho khoảng haiphần ba tổng số chi phí cho CCS. Một toàn diện tạibáo cáo về postcombustion CO2 nắm bắt công nghệ đãxác định rằng năng lượng tái tạo, theo sau bởi cácCác chi phí vốn dành riêng cho chụp thiết bị là haivariables contributing most significantly to the cost of CO2capture.[8] One significant contributor to the regenerationenergy is the maximum separation efficiency which can beachieved by a given capture material. Enhancing thisefficiency will have the greatest potential for lowering theoverall cost of capture systems in near-term,[8] with improvementsin the capture phase for new materials representing oneof the foremost challenges.[5] As shown in Figure 1, thereexists a serious need for research on innovative new materialsin order to reduce the time to commercialization.It is evident that a consideration of the process designeconomics and costs are required to assess fully the potentialof any given new material. The challenge arises due tonecessary assumptions which must be made, and the variationsin the technical characteristics (e.g. fuel used, plantcharacteristics), scale and application of a given material,which require that capital costs be balanced with theefficiency of material. Assessing the economics of CCS is anontrivial task which is outside the scope of the presentarticle. Nevertheless, a number of groups have developedadvanced cost-analysis models, which permit a number of theaforementioned parameters to be varied.[5]Here, we focus on the significant challenge of CO2 captureand highlight recent advances in materials and emergingconcepts. The emphasis is on designed materials in which amolecular level of control can be achieved as a means oftailoring their performance in separating relevant gas mixtures.In this regard, particular attention is directed towardsthe latest developments in CO2 separations using microcrystallineporous solids or metal–organic frameworks. Formore in-depth discussions on materials for CO2 separations,the reader is directed to a number of excellent authoritativereviews in the field.[13–21] We also seek to provide somecriteria, measurement parameters and performance standardsin which materials developed in the laboratory can beDeanna M. D’Alessandro received her PhDin Chemistry from James Cook University(Australia) in 2006 for which she receivedthe RACI Cornforth Medal and a 2007IUPAC Prize for Young Chemists. She held apostdoctoral position with Prof. Long atBerkeley (2007–2009) and was a DowChemical Company Fellow of the American–AustralianAssociation and an 1851Royal Commission Fellow. In 2010 she willcommence a University of Sydney ResearchFellowship focusing on energy-related applicationsof microporous materials.Berend Smit received his PhD in Chemistryfrom Utrecht University. From 1988 to1997, he worked as a researcher at ShellResearch. In 1997, he returned to academiaas Professor of Chemistry at the Univ

Kết quả (Việt) 2:

Carbon Dioxide Capture DOI: 10,1002 / anie.201000431
Carbon Dioxide Capture: Triển vọng vật liệu mới
Deanna M. DAlessandro, * Berend Smit, * và Jeffrey R. Long *
Angewandte Chemie
Từ khóa:
chất hấp thụ · hấp thụ carbon dioxide · ·
màng ·
kim loại hữu cơ khung
Nhận xét ​​DM D'Alessandro et al.
6058 www.angewandte.org 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6058-6082
1. Giới thiệu
Triển vọng về một tình hình xấu đi khí hậu do
sự nóng lên toàn cầu là một vấn đề dư luận quan tâm rộng rãi,
với lượng khí thải CO2 toàn cầu hàng năm đã leo thang bằng
khoảng 80% giữa năm 1970 và năm 2004. [1] này quyết liệt
tăng đã được quy cho một sự phụ thuộc ngày càng tăng trên các
đốt các nhiên liệu hóa thạch (than, dầu mỏ, khí tự
nhiên), chiếm 86% lượng khí nhà kính do con người
thải, còn lại phát sinh từ thay đổi sử dụng đất
(chủ yếu là phá rừng) và xử lý hóa chất. [2]
Các nhu cầu cấp thiết cho các chiến lược để giảm khí quyển toàn cầu
nồng độ các khí nhà kính đã nhắc
hành động từ chính phủ và các quốc gia và quốc tế
ngành công nghiệp, và một số chương trình hợp tác cao cấp
đã được thành lập bao gồm các Intergovernmental
Panel on Climate Change (IPCC), Liên Hiệp Quốc
Ủy ban khung về biến đổi khí hậu, và các
sáng kiến biến đổi khí hậu toàn cầu. Việc bắt giữ và hấp thụ
carbon dioxide-nhà kính chủ yếu
khí là một chiến lược trung tâm trong các sáng kiến này, vì nó cung cấp
cơ hội để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng nhiên liệu hóa thạch
trong ngắn và trung hạn, đồng thời giảm bớt các liên kết
phát thải khí nhà kính phù hợp với mục tiêu toàn cầu. [3] Carbon
capture và lưu trữ (CCS) đề án thể hiện một nhóm các
công nghệ cho việc bắt giữ CO2 từ các nhà máy điện,
tiếp theo là nén, vận chuyển và lưu trữ vĩnh viễn.
CCS sẽ bổ sung cho chiến lược quan trọng khác, chẳng hạn như
nâng cao hiệu quả năng lượng, chuyển sang carbon-chuyên sâu ít
nhiên liệu như khí tự nhiên và giảm dần trong việc sử dụng các
nguồn năng lượng tái tạo (ví dụ, năng lượng mặt trời, gió và
sinh khối).
Một điểm quan trọng là việc triển khai các đề án CCS là một
vấn đề đa diện mà đòi hỏi tầm nhìn được chia sẻ và trên toàn thế giới
nỗ lực hợp tác từ các chính phủ, các nhà hoạch định chính sách
và các nhà kinh tế, cũng như các nhà khoa học, kỹ sư và doanh
tư bản. Từ quan điểm này, nó là rõ ràng lý do tại sao các
vấn đề thu giữ CO2 được coi là một trong những lớn
thách thức của thế kỷ 21. [3]
Một số báo cáo cao cấp gần đây và toàn diện
các bài báo đã xem xét tính khả thi kỹ thuật và
kinh tế của việc thu giữ CO2 , và đã tìm cách để ước tính
chi phí của mô hình tham khảo trường hợp của postcombustion hiện
chụp trong các nhà máy điện than và khí đốt. [3-5] truyền thống như vậy
công nghệ chụp quy mô lớn đã có bán
sẵn trong hơn 50 năm và được tập trung trên
tách CO2 từ khói thải bằng việc sử dụng các amin
hấp thụ ("máy lọc") và làm mát lạnh. [6]
Các IPCC ước tính rằng lượng khí thải CO2 vào khí quyển
có thể giảm 80-90% cho một quy ước hiện đại
nhà máy điện được trang bị với thu giữ cácbon
công nghệ. [7] Một phân tích gần đây đã chỉ ra rằng nhiệt
phạt năng lượng tối thiểu để chụp 90% của CO2
từ khói thải của một nhà máy điện đốt than điển hình là
khoảng 3,5% (giả sử một khí thải có chứa 12-15%
CO2 ở mức 40 8C). [8] so sánh, thu giữ CO2 thông thường
sử dụng máy lọc amin sẽ làm tăng nhu cầu năng lượng
Từ Nội dung
1. Giới thiệu 6059
2. thường hóa chất
hấp thụ 6062
3. Phương pháp mới nổi cho CO2
Capture 6063
4. Vật liệu mới cho Capture CO2 6064
5. Triển vọng tương lai 6078
Mức độ leo thang của khí carbon dioxide là một trong những phần lớn
mối quan tâm môi trường cấp bách của thời đại chúng ta. Chụp Carbon và
lưu trữ (CCS) từ nguồn điểm lớn như nhà máy điện là một trong những
lựa chọn cho việc giảm lượng khí thải CO2 do con người; Tuy nhiên, hiện
việc bắt giữ một mình sẽ làm tăng nhu cầu năng lượng của một vật bằng
25-40%. Đánh giá này nêu bật những thách thức cho các công nghệ chụp
mà có khả năng lớn nhất của việc giảm lượng khí thải CO2
vào khí quyển, cụ thể là postcombustion (chủ yếu là CO2 / N2
tách), precombustion (CO2 / H2) nắm bắt, và khí đốt tự nhiên
làm ngọt (CO2 / CH4). Các yếu tố quan trọng làm nền tảng đáng kể
tiến bộ nằm trong các tài liệu được cải thiện, thực hiện sự phân ly.
Về vấn đề này, những phát triển gần đây nhất và khái niệm mới nổi trong
ly CO2 bằng cách hấp thụ dung môi, hóa chất và vật chất
hấp phụ, và màng, giữa những người khác, sẽ được thảo luận, với
đặc biệt chú ý về sự tiến bộ trong lĩnh vực đang phát triển của metal-
khung hữu cơ.
[*] Tiến sĩ DM D'Alessandro
Trường Hóa học, Trường Đại học Sydney
Sydney, New South Wales 2006 (Australien)
E-mail: [e-mail]. edu.au
Giáo sư B. Smit
Khoa Kỹ thuật Hóa học
Trường Đại học California, Berkeley
Berkeley, CA 94720-1460 (USA)
E-mail: [e-mail]
Giáo sư B. Smit, GS JR dài
Khoa Hóa
Đại học California, Berkeley
Berkeley, CA 94720-1460 (USA)
Fax: [phone]
E-mail: [e-mail]
Carbon Dioxide Capture Angewandte Chemie
Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6058-6082 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 6059
của một nhà máy 25-40% [7-9] ước tính phân tích chi phí khác gần đây.
Dựa vào ngắn hạn thông thường amin tái sinh cọ rửa
hệ thống có dự đoán chi phí gia tăng của điện
$ 0,06 kWh, hoặc một "chi phí tránh được của chụp" của $ 57-60 / tấn
CO2 (như là một biện pháp thay thế). [8] Rõ ràng, hiện có
phương pháp chụp được nhiều năng lượng và không costeffective
cho giảm lượng khí thải carbon. [7] Những kinh tế
so sánh và năng lượng nhấn mạnh cơ hội to lớn
và ưu đãi mà tồn tại cho chụp CO2 cải thiện
quy trình và vật liệu.
các thành phần khác nhau của chuỗi quá trình CCS bao gồm
nén, vận chuyển (bằng đường ống dẫn có sẵn từ trước cho
ví dụ), và lưu trữ CO2 là công nghệ trưởng thành và
có sẵn, và một số lượng ngày càng tăng của CCS tích hợp đầy đủ
các dự án đang đạt đến giai đoạn thí điểm và trình diễn trước
để thương mại hóa. Ngoài ba cuộc biểu tình quy mô lớn
các dự án đang được tiến hành trong Sleipner
Tây (Na Uy), Weyburn (Canada), và trong Salah (Algeria),
một số dự án nhỏ hơn đã bắt đầu vào người Hà Lan
thềm lục địa (Hà Lan), Snøhvit (Na Uy) , La Barge
(Wyoming, Hoa Kỳ), Fenn Big Valley (Canada), Ketzin
(Đức), và Schwarze Pumpe (Đức). [9-11] Tất cả các
dự án hiện tại chứng minh lưu trữ carbon hoặc tái sử dụng trong
tăng cường mêtan than giường phương án phục hồi, mặc dù một
dự án tại Schwarze Pumpe ở Đức, bắt CO2 tại một
nhà máy dựa vào than đá. Hơn 40 dự án CCS đã
được đề xuất trên toàn thế giới từ năm 2008 đến năm 2020. [11]
Một giải thích cho việc triển khai chậm hoàn toàn
tích hợp các chương trình CCS thương mại là chi phí đáng kể
trong giai đoạn bắt, đại diện cho khoảng hai
phần ba tổng số chi phí cho CCS . Một toàn diện gần đây
báo cáo về công nghệ chụp postcombustion CO2 đã
xác định rằng năng lượng tái sinh, tiếp theo là
chi phí vốn của các thiết bị chụp cụ thể là hai
biến số đóng góp đáng kể nhất với chi phí của CO2
chụp. [8] Một đóng góp đáng kể cho sự tái tạo
năng lượng là hiệu quả tách tối đa có thể được
thực hiện bằng một vật liệu chụp được. Tăng cường này
hiệu quả sẽ có tiềm năng lớn nhất cho việc giảm
chi phí tổng thể của hệ thống thu trong ngắn hạn, [8] với những cải tiến
trong giai đoạn chụp cho vật liệu mới đại diện cho một
trong những thách thức quan trọng nhất. [5] Như thể hiện trong hình 1, có
tồn tại một nhu cầu nghiêm trọng cho các nghiên cứu về vật liệu mới sáng tạo
để giảm bớt thời gian để thương mại hóa.
Rõ ràng là một xem xét việc thiết kế quá trình
kinh tế và chi phí đòi hỏi để đánh giá đầy đủ tiềm năng
của bất kỳ vật liệu mới được đưa ra. Các thách thức phát sinh do
các giả định cần thiết phải được thực hiện, và các biến thể
trong các đặc điểm kỹ thuật (ví dụ như sử dụng nhiên liệu, nhà máy
đặc điểm), quy mô và ứng dụng của một loại vật liệu được đưa ra,
trong đó yêu cầu chi phí vốn được cân đối với
hiệu quả của vật liệu. Đánh giá tính kinh tế của CCS là một
nhiệm vụ không tầm thường mà là bên ngoài phạm vi của hiện tại
bài viết. Tuy nhiên, một số nhóm đã phát triển
mô hình chi phí phân tích tiên tiến, trong đó cho phép một số các
thông số nêu trên để được thay đổi. [5]
Ở đây, chúng tôi tập trung vào những thách thức đáng kể thu giữ CO2
và làm nổi bật những tiến bộ gần đây trong các tài liệu và đang nổi lên
khái niệm. Trọng tâm là vật liệu thiết kế trong đó một
mức độ phân tử điều khiển có thể đạt được như một phương tiện để
may hoạt động của họ trong việc tách các hỗn hợp khí có liên quan.
Về vấn đề này, đặc biệt chú ý là hướng về
những phát triển mới nhất trong phân tách CO2 sử dụng vi
chất rắn xốp hoặc kim loại khung -organic. Đối với
nhiều cuộc thảo luận sâu về vật liệu cho ly CO2,
người đọc được dẫn đến một số thẩm quyền tuyệt vời
đánh giá trong lĩnh vực này. [13-21] Chúng tôi cũng tìm cách cung cấp một số
tiêu chuẩn, thông số đo và tiêu chuẩn thực hiện
trong đó các vật liệu được phát triển trong các phòng thí nghiệm có thể được
Deanna M. D'Alessandro đã nhận được bằng tiến sĩ
trong ngành hóa học tại Đại học James Cook
(Úc) năm 2006 mà cô đã nhận được
sự RACI Cornforth Huy chương và 2007
giải IUPAC cho trẻ Các nhà hóa học. Cô đã tổ chức một
vị trí sau tiến sĩ với Giáo sư Long tại
Berkeley (2007-2009) và là một Dow
Chemical Company viên của Mỹ-Úc
Hiệp hội và một năm 1851
Hoàng Ủy viên. Năm 2010, cô sẽ
bắt đầu một trường Đại học Sydney Research
Fellowship tập trung vào các ứng dụng năng lượng liên quan đến
vật liệu vi xốp.
Berend Smit nhận bằng Tiến sỹ Hóa học
từ Đại học Utrecht. Từ năm 1988 đến
1997, ông làm việc như một nhà nghiên cứu tại Shell
Research. Năm 1997, ông trở về học viện
như giáo sư hóa học tại Đại học