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創新“碳捕集”科技助推能源綠色轉型——中國礦業大學陸詩建團隊

更新時間:2024-10-17 點擊次數:

踐行“雙碳”戰略,助推綠色能源。在碳中和背景下,減少二氧化碳排放已成為我國的一項重要發展戰略,發展綠色化、低碳化是實現高質量發展的關鍵環節。

“碳捕快”、“碳捕集創新聯合體聯合發起人”、“雙碳課堂聯合創始人”……中國礦業大學教授(研究員)、博士生導師陸詩建,多年以來,一直致力于碳捕集、利用與封存(CCUS)技術研究。立足國家“雙碳”戰略,陸詩建帶領團隊不僅創新突破“碳捕集”技術,還將創新技術在能源領域轉化應用,譜寫綠色環保“碳”文章,為環保事業和綠色能源發展貢獻了力量。

時至今日,陸詩建還擔任二氧化碳捕集、利用與封存全國循環經濟實驗室常務副主任,全國碳排放管理標委會CCUS標準化工作組成員,中科院山西煤化所兼職研究員。

國務院《2030年前碳達峰行動方案》提出:“建設全流程、集成化、規模化二氧化碳捕集利用與封存示范項目”,CCUS已成為目前實現能源低碳化利用的主要技術手段。面向前沿科技,陸詩建團隊開發了“大規模低能耗CO2捕集與高值化利用技術”,包含低能耗CO2吸收劑(復合胺、離子液體及相變吸收劑、少水吸收劑)、CO2固載胺吸附劑、多梯級余熱利用技術、高通量反應器與分相器加工技術、胺逃逸控制技術、胺降解控制技術、CO2礦化制取綠色建材技術、CO2礦化制取納米碳酸鈣技術以及CO2化工利用制備低碳醇技術,相關技術實現了在燃煤煙氣、工業排放氣CO2捕集提純與CO2資源化利用領域的規模化應用,并取得顯著效果。其中煙氣CO2捕集吸收劑耦合節能工藝后CO2捕集率>90%,再生能耗降至2.0 GJ/tCO2以下,煤基固廢CO2礦化固碳量≥60kg CO2/t固廢,高鈣固廢CO2礦化固碳量≥200kg CO2/t固廢;CO2利用方面,CO2加氫180℃下制備甲醇選擇性達到90%以上,電催化制備乙烯或甲酸催化劑穩定性大于500小時。

針對技術難點,團隊還參與研發了復雜地形地貌下CO2超臨界管道輸送技術、CO2地質封存擴容增儲技術、CO2儲能技術、CO2腐蝕控制技術、CO2監測技術以及CCUS源匯匹配技術等,譜寫了“碳”文章。

團隊開發的技術2024年經中國環境科學學會、中國循環經濟協會鑒定,技術總體達到國際領先水平。特別值得一提的是,團隊首創開發了低濃度CO2冷凝分離技術,相比化學吸收法,該工藝實現了不涉化、無污染,目前已完成模試驗證。依托取得的技術創新突破,成功入選了2022年度江蘇省行業領域環境能源領域的優秀科技進展,并獲得2023年度日內瓦國際發明展金獎。

由于創新貢獻,陸詩建團隊獲得諸多榮譽和獎項:“相變吸收體系捕集回收CO2與驅油封存關鍵技術開發及應用”、“煙氣碳捕集、輸送與封存利用全流程地面技術開發與應用”、“大宗排放氣高效低耗CO2捕集及固碳技術開發與規模化示范”、“CCUS全流程技術與工藝包開發”、“CO2驅替開采生態環境影響監測與評估技術研究”……這些重要成果分別獲得2019年湖北省科技進步一等獎、2020年教育部科技進步二等獎、2024年湖北省科技進步二等獎、2018年中國循環經濟協會科技進步一等獎、2021年度綠色礦山科學技術基礎研究一等獎、2022年度中國發明協會發明創業成果獎一等獎等。陸詩建團隊還憑借“工業源CO2捕集與礦化固定一體化技術”參賽獲得2021年XPRIZE Carbon Removal(碳去除大賽)中國預熱賽(常規組)冠軍。

項目是科研開展的主要載體。陸詩建團隊先后主持或參與國家重點研發計劃國際合作項目3項、國家重點研發計劃課題3項,負責江蘇省雙碳重大科技示范項目、新疆自治區重大科技項目等省部級項目10余項,中國工程院咨詢項目2項,承擔企業橫向技術開發項目30余項,形成了豐碩的科研成果。

合力攻堅,科技魅力無限。陸詩建團隊積極與國內高校、研究院所、企業等開展合作,共同推進CCUS技術進步與成果轉化。合作單位包括清華大學、浙江大學、南京大學、中國科學院山西煤化所、武漢巖土所、大連化物所等研究機構,以及中石油、中石化、中海油、華潤電力、華電集團等央企以及浙江菲達環保科技股份有限公司、同興環保科技股份有限公司、北京美斯頓科技開發有限公司、江蘇慶鋒工程集團有限公司等知名企業,聯合開發了多項技術,聯合落地示范或中試項目10余項。

創新傳承,為國培育精英人才。除了科研,陸詩建還創新教學,譜寫育人篇章。他主講特色課程“CO2捕集與轉化”,編寫了教材《碳捕集、利用與封存技術》,結合自身的10余項CCUS工程實踐經驗,創造性提出了“科研現場行”的教學理念,將理論知識深入淺出的進行教授,實現了沉浸式教學,培養實踐性人才。牽頭編制了《低碳與中國能源結構轉型》系列叢書以及《二氧化碳捕集、利用和封存先進技術》叢書,旨在形成國內首套內容全面、體系科學、設置合理的“雙碳”課程教材以及參考書目。團隊全面推進“五育”融合創新教育新實踐,指導的研究生在“建行杯”江蘇大學生創新大賽(2024)中獲得一等獎。

工程化應用是科研轉化的主要抓手。陸詩建團隊聚焦技術產業化,將CCUS全流程技術成果與工藝包推向工程應用,陸續負責了大規模燃燒后CCUS項目”勝利電廠200萬噸/年煙氣CO2捕集與驅油封存工程”工藝包設計,主持了全國碳捕集與咸水層封存標桿項目“國能錦界電廠15萬噸/年煙氣CO2捕集與封存工程”可研、工藝包設計、工程設計與技術服務工作、中美元首應對氣候變化項目-延長石油36萬噸/年中美元首氣候變化CCUS工程、華電句容電廠1萬噸/年CO2捕集與精制工程、華潤海豐電廠2萬噸/年CO2捕集工程以及華潤封開水泥10萬噸級碳捕集與利用研發平臺、佛山佳利達環保公司1萬噸/年CO2捕集與碳銨固碳工程、寧波鋼鐵公司萬噸級/年CO2捕集與資源化利用項目等10余項重點科研示范項目的可行性研究、工藝包設計、工程咨詢及技術服務工作。已建成CCUS項目年捕集量達到158萬噸,在CO2資源化利用的同時有效實現了CO2減排。

作為科研帶頭人,陸詩建沖鋒在前,為團隊科研發揮了榜樣力量。多年來,他發表論文120余篇(其中SCI/EI論文73篇)、授權發明專利61件、主編編著3部、參編專著4部;基于開發的科技成果,榮獲湖北省科技進步一等獎(排名第1)、二等獎(排名第1)、教育部科技進步二等獎(排名第2)、中國循環經濟協會科技進步一等獎(排名第1)、中國發明協會發明創業成果獎一等獎(排名第1)、中國石油與化學工業聯合會科技進步二等獎(排名第1)等省部級科技獎勵12項,獲江蘇省十大優秀科技進展(排名第1)、日內瓦國際發明展金獎(排名第1),入選“侯德榜化工科學技術青年獎”、“閔恩澤青年科技人才獎”、“煤炭青年科技獎”、中國發明協會“發明創業人物獎”、CCST(碳捕集TOP期刊)“碳捕集未來領袖獎”、江蘇省“333高層次人才”、“科技副總”,以及中國礦業大學青年學術帶頭人。

要讓科研走出‘象牙塔’,成果要應用才能轉化為生產力。陸詩建團隊與中石油新疆油田、中石油工程建設公司、石化研究院、中石化石油工程建設江漢設計公司等積極合作,在燃煤鍋爐煙氣CO₂捕集相變吸收工業化測試與推廣方面取得重要進展。面對作為我國重要的能源基地的新疆油田一直存在的燃煤鍋爐煙氣排放難題,陸詩建和團隊與新疆油田實驗檢測院聯合開展了燃煤鍋爐煙氣CO₂捕集相變吸收工業化試驗,克服了高溫環境與復雜煙氣組分能耗高的難題,取得突破性成果,成功實現了燃煤鍋爐煙氣中CO₂的高效低能耗捕集。

針對煤電項目開展碳捕集利用與封存(CCUS)技術被認為是實現化石能源低碳化利用最重要的減排技術之一,有望在碳中和進程中發揮重要作用。為了推動綠色轉型和CCUS技術推廣應用,陸詩建早在2010年開始,就在煤電機組應用了CCUS技術,參與設計和建設了我國第一個煤電煙氣萬噸級碳捕集示范項目——勝利電廠4萬噸/年煙氣CO2捕集與驅油封存工程。聯合浙江大學、中石化江漢石油工程設計有限公司就CCUS工程應用技術聯合攻關,2021年在國家能源集團錦界電廠投產的15萬噸/年二氧化碳捕集及綜合利用示范工程項目,成為目前國內煤電CCUS標桿項目。與中國石油工程建設有限公司北京設計分公司、華潤電力海豐電廠(華潤電力碳能公司)開展產學研用深度合作,在佛山佳利達公司成功開展了萬噸級二氧化碳捕集與碳銨固碳工程示范,建成了粵港澳大灣區首個“雙碳”示范工程。與浙江菲達環保科技股份有限公司聯合編制了國內首個燃煤煙氣CO2捕集工藝包編制規范、燃煤煙氣CO2捕集可行性研究報告編制規范,建設了寧波鋼鐵萬噸級/年石灰窯CO2捕集與礦化示范工程。團隊技術還先后在新疆油田、延長石油、華能集團正寧電廠、華電集團句容電廠、華潤電力海豐電廠等CCUS項目中實現推廣應用。

通過CO2化學轉化技術可將廉價無用的溫室效應氣體轉化為具有極高經濟價值的重要化工產品和高附加值的化學產品,如甲醇、羧酸、酯類化合物、聚合物等,實現其經濟及環境效益。陸詩建團隊目前已開展了相關的科研工作,實現捕集之后的CO2有效轉化利用,目前正在開展中試測試。

陸詩建團隊與重慶朗福環保科技公司合作的‘雙碳課堂’更是別有深意,作為新時代綠色發展的產學研合作平臺,旨在匯聚雙碳領域的專業知識與前沿技術,為政府、高校、科研機構和企業提供一個深入交流、共同探討綠色發展新路徑的橋梁。未來將聯合打造一個全面、系統、深入的CCUS知識體系,涵蓋雙碳政策解讀、技術創新應用、行業發展趨勢等多個方面。通過雙碳課堂,參與者可以深入了解雙碳目標的核心要義,掌握實現雙碳目標的關鍵技術和管理方法,提升對綠色發展的認識和理解。

陸詩建團隊CO₂捕集與資源化利用技術的成功研發,以及技術的產業化示范,都為團隊探索綠色轉型新發展提供了有力支持。成果的取得,不僅標志著我國在燃煤鍋爐煙氣治理領域取得了重要進展,也為我國綠色能源發展注入了新的動力。

創新是引領發展的第一動力。面向未來,陸詩建與團隊將繼續瞄準世界科技前沿,實現前瞻性基礎開云網址 kaiyun官方入口研究、引領性原創成果重大突破,從而推動環保事業和綠色能源發展邁向新的高度。(圖片由文娟授權提供)

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