在当前全球气候变暖的背景下，如何减少二氧化碳等温室气体排放已成为全人类面临的共同挑战。在众多的减排技术中，碳捕集、利用与封存技术因其能够直接从工业排放源捕获二氧化碳并将其安全封存，而被国际能源署评价为实现碳中和目标不可或缺的关键技术之一。

什么是碳捕集技术？

碳捕集技术，顾名思义，就是将二氧化碳从工业排放源中分离、捕集的过程。这项技术主要应用于燃煤发电、钢铁生产、水泥制造等碳排放量大的工业领域。通过特殊的分离装置，它能够将废气中的二氧化碳“抓”住，防止其进入大气。

传统的碳捕集技术存在能耗高、成本大的问题，而新一代的低能耗低成本碳捕集技术正是目前全球科研人员攻关的重点方向。在2025年中国科协发布的工程技术难题中，“新一代低能耗低成本碳捕集与封存技术” 被列为十大工程技术难题之一。

碳捕集的三大环节

完整的碳捕集与封存流程包含三个核心环节：捕获、运输和封存。

捕获环节主要有三种技术路径。燃烧后捕集是在烟囱后设置分离装置，如同给排放口戴上“口罩”；燃烧前捕集则先将化石燃料转化为氢气和二氧化碳，分离后再利用；而富氧燃烧技术则是通过提高氧气浓度，使排放的二氧化碳更加纯净，便于直接处理。

被捕集的二氧化碳需要运输到合适的封存地点。这一过程可通过管道实现陆上运输，或使用特制船舶进行海上运输，形成了一条条特殊的“二氧化碳物流线”。

封存是将二氧化碳注入地下深层地质构造中，如废弃的油气田、不可开采的煤层或深部咸水层。这些地层具备不透气的盖层，就像天然的密封罐，可将二氧化碳安全地封存数千年。

技术挑战与创新方向

当前碳捕集技术面临的主要挑战在于高能耗和低成本。传统吸收法使用胺类溶剂捕获二氧化碳，但在解吸阶段需要消耗大量蒸汽，导致能耗居高不下。

科学家们正致力于开发新一代捕集技术，如新型膜分离技术——利用特殊材料制成的薄膜，像筛子一样筛选出二氧化碳分子；金属有机框架材料——具有极高的比表面积，一克材料的表面积可达一个足球场大小，能高效吸附二氧化碳；以及化学链燃烧技术——通过金属氧化物作为氧载体，实现二氧化碳的内部分离。

二氧化碳的资源化利用

除了封存，二氧化碳也是一种宝贵的资源。捕集的二氧化碳可用于食品加工、焊接保护、饮料碳酸化等传统领域，更令人兴奋的是，它正在开辟新的应用场景。

在化工领域，二氧化碳与氢气反应可生成甲醇、塑料等化工产品；在农业上，它可作为气体肥料促进光合作用；甚至可以利用二氧化碳合成清洁燃料，实现碳的循环利用。这些创新应用让二氧化碳从“废物”变成了“城市矿产”。

发展前景与意义

随着各国碳中和时间表的推进，碳捕集技术迎来了快速发展期。据国际能源署预测，到2070年，碳捕集与封存技术将贡献约15%的全球碳排放减少量。

对中国而言，发展碳捕集技术具有双重意义：一方面保障能源安全，为化石能源的清洁利用提供技术支撑；另一方面履行大国责任，为全球气候治理提供中国方案。这项技术的成熟与推广，将助力我国实现“双碳”目标，构建人与自然和谐共生的美丽中国。

【参考材料】中国科协2025年工程技术难题

来源: 长沙壹零壹科技创业服务中心