[發明專利]用于溫室大棚的風光電互補驅動直接空氣捕碳系統及方法

在審

• 申請號: 202211317942.3
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115445384A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 董勇;孔祥如;崔琳;趙培;齊國杰
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04;C01B32/50;H02J7/35
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明提供了一種用于溫室大棚的風光電互補驅動直接空氣捕碳系統和方法，本發明利用風能、太陽能互補發電，能夠實現從空氣中捕集CO₂，而不額外產生CO₂，在降低空氣中CO₂濃度的同時，實現CO₂的就地利用和溫室大棚的CO₂氣肥供給，從而降低直接空氣捕碳技術的能耗和成本。本發明還可以通過CO₂吸附?熱再生反應器間歇交替操作，實現了空氣中CO₂的連續捕集和CO₂產品的連續供應，CO₂捕集效率效率高、吸附劑再生能耗低，能夠根據需求靈活調節系統規模。本發明將空氣捕碳與溫室大棚氣肥供給緊密結合，不僅實現了空氣降碳，還實現了CO₂產品的就地利用，提供了新型無污染的溫室大棚CO₂氣肥技術，提高了大棚作物產量，增加了作物碳匯。

技術領域

本發明屬于直接空氣捕碳技術領域，涉及一種用于溫室大棚的風光電互補驅動直接空氣捕碳系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

直接空氣捕碳(DAC)技術是碳達峰、碳中和背景下新興的一種負碳技術。與傳統的固定源CO₂捕集、利用和存儲(CCUS)技術相比，DAC技術可以捕獲來自于交通運輸、家庭取暖以及工業建筑等較為分散的排放源釋放到大氣環境中的CO₂，并且DAC裝置不受空間位置的限制，可以根據應用場景的需要放置于任何地點。因此，DAC技術在靈活性上具有不可取代的優勢。

直接空氣捕碳技術按照吸收劑種類可以分為液體吸收法和固體吸附法。液體吸收法采用堿溶液作為CO₂吸收劑，再生溫度高達888℃，造成了極大地能量損耗。而固體吸附法通常采用多孔材料作為固體吸附劑，再生溫度低于188℃，與液體吸收法相比能耗顯著降低。然而，吸附劑再生加熱的能量供給來自于化石燃料燃燒產生的電能，DAC系統中的風機等電力設備也需要化石燃料供能，這個過程中額外產生的CO₂不利于DAC技術的長足發展。太陽能、風能等清潔能源發電技術的使用不僅有助于DAC技術真正實現零碳、負碳，也將促進能源結構由化石能源向可再生能源轉變。專利CN 114515496 A公開了一種可再生能源耦合驅動捕集空氣中CO₂的系統和方法，該方法利用太陽能、風能等可再生能源為系統中的耗電設備提供驅動力，但該系統采用相變吸收劑作為CO₂吸收劑，需要額外的固液分離設備，工藝流程較為復雜，裝置占地面積較大。專利CN 114584924 A公開了一種模塊式直接空氣二氧化碳捕集裝置及過程強化方法，該裝置采用多吸附回程的方式通過固體吸附劑進行CO₂富集，裝置緊湊、吸附效果好。然而，對于直接空氣捕碳來說，其目的是降低空氣中的CO₂濃度，若將CO₂從濃度極低的空氣中富集至更高純度，勢必要增加能耗和經濟成本。

另一方面，隨著全國糧食需求的日益增長，溫室大棚的使用量不斷攀升。研究表明，1％濃度的CO₂有助于植物的光合作用。目前溫室大棚增加CO₂濃度的方式有燃燒法、化學法、有機肥發酵法、固態干冰法以及高壓液體氣瓶法等。然而，上述方式由于反應不可控、產生有害氣體、成本高等原因無法大規模普及，亟需開發新型農業溫室CO₂氣肥技術。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種用于溫室大棚的風光電互補驅動直接空氣捕碳系統及方法。本發明利用風能、太陽能互補發電，能夠實現從空氣中捕集CO₂，而不額外產生CO₂，在降低空氣中CO₂濃度的同時，實現CO₂的就地利用；本發明連續不間斷的生產1％～2％濃度的CO₂產品，滿足溫室大棚的CO₂氣肥供給需求，使直接空氣捕碳技術的能耗和成本進一步降低。