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太陽能光熱驅動的直接空氣碳捕集（DAC）技術是一類典型的負碳技術，能夠實現從空氣中直接分離二氧化碳實現減緩全球溫室效應的目標。本文提出集成太陽能光熱驅動的DAC技術和電制甲醇工藝的前瞻性觀點(perspective)，并嘗試從全生命周期分析角度探討技術集成的研究現狀，發展趨勢和未來研究方向。
圖1 太陽能光熱輔助下直接空氣捕集（DAC）分離二氧化碳并可持續轉化為甲醇的技術集成示意圖。
本文在具體技術的討論中分別從太陽能光熱供能技術，MOF基DAC技術和電制甲醇技術三個角度開展。首先分別從太陽能光熱利用及其與DAC技術集成的研究現狀入手，探討進一步降低DAC技術碳排放的可能性，確保其負碳效應。同時在具體DAC技術工藝的選取中，對MOF類新型吸附劑材料在DAC技術中的應用潛力進行了討論，總結歸納了文獻報道中MOF類材料包括樣品級性能的表征結果以及反應器級實驗的測試結果。最后，考慮DAC技術從空氣中分離的二氧化碳作為原料氣生產“綠色甲醇”，形成完整的二氧化碳捕集利用的技術鏈條，其中具體生產過程中的主要能耗考慮來自包括太陽能光電在內的可再生能源。
綜合已有研究報道來看，盡管這類“綠色甲醇”燃料生產成本在當前研究階段仍然較高，但從全生命周期角度可以發現其有作為“低碳燃料”甚至“負碳燃料”的價值，有望在未來的環保燃料供應中占據重要地位。
圖2典型DAC應用場景中MOF類材料的CO2吸附容量及解吸溫度與太陽能光熱供能溫區的匹配情況
本研究近期以“Solar Thermal Energy-Assisted Direct Capture of CO2 from Ambient Air for Methanol Synthesis”為題在線發表在npj materials sustainability 期刊上（DOI: 10.1038/s44296-024-00014-y）。
論文第一作者李雙俊博士， 任韓國高麗大學研究教授，主要從事吸附法碳捕集、生物炭制備以及吸附熱力學相關研究，已發表SCI論文40余篇，同時擔任Chem Eng J, Energy等期刊審稿人；論文通訊作者為袁湘洲，東南大學青年首席教授，博導，國家高層次人才入選者。具體研究工作由來自清華大學，天津大學，浙江大學，廣東工業大學等單位的學者共同完成。
研究團隊
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通訊作者 袁湘洲：東南大學青年首席教授，博導，國家高層次人才入選者。近5年，在Nat Rev Earth Env、Matter、Environ Sci Technol等國際著名期刊發表論文80余篇，8篇封面/封底文章，4篇ESI高被引文章(前1%)及1篇熱點文章(前0.1%)，獲授權發明專利8件，含技術轉讓2件(KR10-2197821 & KR10-1650191)，且20余次受邀在國際能源與環境核心會議上做主題報告、特邀報告。另外，擔任Chem Eng J、Biochar、Appl Energy等期刊客座主編，Biochar、Carbon Res、Resour Chem Mater等期刊青年編委，兼任APRU Sustainable Waste Management Program聯合負責人、Sun Brand Industrial Inc. (環保能源領域的領先企業)公司R&D Outside Director、國際碳捕集協會核心成員、中國超低能耗碳捕集國際合作中心(天津市)學術委員會主要成員等。
論文信息
發布期刊 npj materials sustainability
發布時間 2024年5月22日
文章標題 Solar thermal energy-assisted direct capture of CO2 from ambient air for methanol synthesis
（https://doi.org/10.1038/s44296-024-00014-y）
研究團隊 | 作者
酥魚 | 編輯
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