當(dāng)前，全球氣候變化是世界面臨的主要挑戰(zhàn)之一?；剂险既蚰茉词褂玫?0%以上，其高耗能與氣候變化密切相關(guān)。預(yù)計(jì)未來(lái)幾十年，化石燃料燃燒產(chǎn)生的溫室氣體排放量將繼續(xù)增長(zhǎng)，具體取決于社會(huì)向可再生能源轉(zhuǎn)型的速度。目前， CO2是排放量最高的溫室氣體，因此減少CO2排放是遏制全球變暖的首要任務(wù)。碳捕集是一項(xiàng)關(guān)鍵戰(zhàn)略，不僅能減少溫室氣體排放，符合全球目標(biāo)，還能提供更可持續(xù)地使用化石燃料的機(jī)會(huì)。然而，現(xiàn)有的CO2捕集和分離技術(shù)成本普遍較高。
從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，可以通過(guò)兩種途徑降低CO2捕集與分離過(guò)程的成本：一是提高捕集材料的捕集效率，二是設(shè)計(jì)新工藝以降低設(shè)備成本。前者面臨高初始成本、材料穩(wěn)定性和再生能耗等多方面的挑戰(zhàn)。在所有創(chuàng)新工藝技術(shù)中，化學(xué)鏈燃燒(Chemical Looping Combustion, CLC)技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)燃料原料中CO2的固有分離，從而消除能源密集型氣體分離成本，一旦完全商業(yè)化，這項(xiàng)技術(shù)有望提供最大的成本降低效益。
1 化學(xué)鏈燃燒的概念
化學(xué)鏈燃燒是一種創(chuàng)新的燃燒技術(shù)，特點(diǎn)是采用載氧體作為媒介在燃料和氧化物中傳遞氧原子，避免燃料與空氣直接接觸，從而實(shí)現(xiàn)CO2的原位捕集。其具體流程為：氧原子通過(guò)金屬氧化物載氧體(MeyOx)從空氣反應(yīng)器(Air Reactor, AR)傳輸至燃料反應(yīng)器(Fuel Reactor, FR),在FR中，氣體燃料通過(guò)金屬氧化物的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化(式(1)、(2)),在此過(guò)程中，MyOx被還原為MyOx-1,并在完全燃燒后生成H2O和CO2。通過(guò)冷凝水蒸氣，可獲得高純的CO2,從而簡(jiǎn)化了CO2的捕集流程，減少了系統(tǒng)能耗(圖1)。
圖1 化學(xué)鏈燃燒概念
(2
