多个碳酸化地块配置成与大气中的二氧化碳连通，以促进通过环境风化将其隔离。碳酸化地块包括富含金属氧化物的组合物，其位于环境中，例如在非耕地上，并且暴露于环境以与空气中的二氧化碳反应并形成金属碳酸盐。暴露约一年后，重新收集和煅烧该组合物以产生二氧化碳流并补充金属氧化物，这些金属氧化物可以重新散布在碳酸化地块中以隔离额外的二氧化碳。本公开的系统和方法能够捕获和重新分配二氧化碳，以用于非常丰富的采石场矿物的工业规模用途，并能够为市政当局或公司实施大规模低成本碳捕获项目。通过这些方法和系统从空气中去除CO2与使用具有合成吸附剂或溶剂的DAC去除CO2具有相似或更低的成本。具有相似或更低的成本。具有相似或更低的成本。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强风化和煅烧以从空气中去除CO2的系统和方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2019年6月24日提交的第62/865,708号和2020年6月23日提交的第63/041,873号美国临时申请的权益，其通过引用全文纳入以等同于公开于本文。
技术介绍
[0003]CO2的大气浓度以体积计已达到百万分之410(ppm)，在过去10年中增加了近20ppm。由于目前的排放水平超过350亿吨CO2/年，因此必须开发和战略性地部署多种CO2减缓技术组合，以避免到2100年地球温度升高2℃。由于全球对化石燃料的依赖，该组合必须包括可以消除大气中当前和未来CO2排放的技术，其中一些包括加速自然过程，例如海洋和陆地生物圈(土壤、森林、矿物)的CO2吸收、生物能源与碳捕获和储存(BECCS)以及使用化学品的合成方法，也称为直接空气捕获与储存(DACS)技术。在部署这些技术之前，重要的是要了解成本和潜在的环境影响。
[0004]二氧化碳加剧全球变暖是有据可查的。最近，已经开发了碳捕获方法用于释放点碳捕获，例如在烟囱处。以前的方法涉及从烟囱或反应器中的烟道气和其他浓缩源捕获CO2，时间尺度为几分钟到几天。现有系统还常常依赖于更快的反应时间和更高的能源投资，例如施加高热和/或高压。这些解决方案通常很昂贵，乐观的最低成本预测为100美元/吨产生的CO2，并且偶尔使用可能难以生产的设计材料。
[0005]如上所述，政府间气候变化专门委员会和其他权威组织已经确定，必须从空气中去除CO2(CDR)，以将全球变暖控制在低于2℃。CDR远比从烟气中捕获CO2困难得多。目前的技术涉及“直接空气捕获”机器(DAC)，其以600美元/吨CO2的成本从空气中去除CO2。
[0006]增强风化首先由沃尔特
·
塞弗里茨(Walter Seifritz)在1990年提出，并且基于自然风化过程。在自然风化中，含碱度矿物以地质时间尺度(数百万年)被碳化。广义的自然风化反应描述如下：
[0007]MeO+CO2→
MeCO3+能量
[0008]其中Me表示二价金属阳离子。典型的阳离子包括镁(Mg
2+
)和钙(Ca
2+
)，其中合适的原料包括矿物，例如橄榄石和蛇纹石，以及工业副产品，例如尾矿和飞灰。由于自然风化反应发生在地质时间尺度上，许多研究人员已经探索了各种工艺条件、预处理方法、提取机制和优化策略，以加快工艺动力学作为CO2隔离的一种形式。
[0009]除了自然风化，煅烧是碳酸盐被加热分解成金属氧化物和CO2的过程。广义的煅烧反应如下所示：
[0010]MeCO3+能量
→
MeO+CO2[0011]在先前的文献中已经讨论了提出使用碳酸化反应去除CO2的类似系统。美国物理学会在2011年的一项研究中评估了一个系统，其中CO2被氢氧化钠(NaOH)吸收，并且随后与氢氧化钙(Ca(OH)2)反应生成固体碳酸钙(CaCO3)。然后CaCO3在氧燃烧煅烧炉中煅烧以释放CO2。其他提出的解决方案包括连续循环过程，包括与钙苛性碱回收回路耦合的含水氢氧化钾(KOH)吸附剂。KOH吸附剂与空气中的CO2反应生成碳酸钾(K2CO3)。然后，K2CO3与由CaCO3产
生的Ca(OH)2反应，生成KOH和CaCO3。这些类型的水性钙循环系统主要在水性条件下(以Ca(OH)2的形式)使用钙基吸附剂进行了评估。此外，提议的海洋石灰化工艺将石灰(由煅烧的碳酸盐矿物产生)沉积到海洋中，以与目前海洋中的碳酸反应。这个工艺增加了海洋的pH值并导致更多的CO2溶解到海洋水中，降低大气中CO2的浓度。利用矿物碳酸化反应的其他系统已将各种形式的碳矿化视为从更集中的点源(例如发电厂)捕获CO2的方法。
技术实现思路
[0012]本公开的一些实施方式涉及利用碱度从大气中隔离二氧化碳(CO2)的系统，包括：至少一个碳酸化地块，其包括包含一种或多种金属氧化物的组合物，所述至少一个碳酸化地块配置成使所述组合物暴露于环境风化；包括原料的原料源，其中所述一种或多种金属氧化物的至少一部分衍生自所述原料；与所述原料源连通的预处理系统，所述预处理系统配置为将所述原料减小到所需的粒度；煅烧炉，其配置为将所述原料、组合物或它们的组合加热至预定温度；以及组合物再循环系统，其用于将组合物输送至所述煅烧炉并将经煅烧的组合物返回至至少一个碳酸化地块。
[0013]在一些实施方式中，上述系统被配置为保持组合物暴露于环境风化1年。在一些实施方式中，上述系统包括多于约5个碳酸化地块。在一些实施方式中，上述系统包括多于约3500个碳酸化地块。在一些实施方式中，上述至少一个碳酸化地块包括大于约20000吨可用于环境风化的金属氧化物。在一些实施方式中，组合物的平均粒度为约20μm。在一些实施方式中，上述组合物作为层包括在上述碳酸化地块中，其中上述层具有约0.1m的厚度。在一些实施方式中，原料包括菱镁矿、橄榄岩、蛇纹岩、橄榄石、蛇纹石、水镁石、碳酸钠、邓尼岩、方解石、白云石、硅灰石、辉石或其组合。
[0014]本公开的一些实施方式涉及一种利用碱度从大气中隔离二氧化碳(CO2)的方法，包括：提供包含一种或多种金属氧化物的组合物；将所述组合物散布到多个碳酸化地块，所述地块配置成使所述组合物暴露于环境风化；通过所述一种或多种金属氧化物捕获大气中的CO2以生成环境风化的组合物；煅烧所述环境风化的组合物以产生经煅烧的组合物和CO2流；以及将所述经煅烧的组合物散布到所述多个碳酸化地块中。在一些实施方式中，上述方法包括在多个碳酸化地块中搅拌上述组合物。
[0015]在一些实施方式中，上述组合物至少部分由经加工的原料组成，其中上述原料包括菱镁矿、橄榄岩、蛇纹岩、橄榄石、蛇纹石、水镁石、碳酸钠、邓尼岩、方解石、白云石、硅灰石、辉石或其组合。在一些实施方式中，上述一种或多种金属氧化物包括MgO、CaO、Na2O或其组合。在一些实施方式中，上述多个碳酸化地块包括多于约5个碳酸化地块。在一些实施方式中，上述多个碳酸化地块包含大于约20000吨的可用于环境风化的金属氧化物。在一些实施方式中，上述组合物作为层分布在上述多个碳酸化地块中，其中上述层具有约0.1m的厚度。
[0016]在一些实施方式中，通过一种或多种金属氧化物捕获大气中的CO2以生成环境风化的组合物包括在暴露于大气中约1年后，将该组合物作为环境风化的组合物重新收集。
[0017]在一些实施方式中，提供组合物包括将原料研磨至约20μm的平均粒度。在一些实施方式中，提供组合物包括煅烧原料以产生额外的CO2流和包含一种或多种金属氧化物的经煅烧的原料。
[0018]在一些实施方案中，煅烧环境风化的组合物以产生经煅烧的组合物和CO2流包括：将环境风化的组合物煅烧约30分钟至约2小时的持续时间。在一些实施方案中，煅烧所述环境风化的组合物以产生经煅烧的组合物和CO2流包括：在约500℃和约1200℃之间的温度下煅烧所述环境风化的组合物。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种利用碱度从大气中隔离二氧化碳(CO2)的系统，包括：至少一个碳酸化地块，其包括包含一种或多种金属氧化物的组合物，所述至少一个碳酸化地块配置成使所述组合物暴露于环境风化；包括原料的原料源，其中所述一种或多种金属氧化物的至少一部分衍生自所述原料；与所述原料源连通的预处理系统，所述预处理系统配置为将所述原料减小到所需的粒度；煅烧炉，其配置为将所述原料、组合物或它们的组合加热至预定温度；以及组合物再循环系统，其用于将组合物输送至所述煅烧炉并将经煅烧的组合物返回至至少一个碳酸化地块，其中，所述系统被配置为将所述组合物保持暴露于环境风化一年。2.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括多于约5个碳酸化地块。3.如权利要求2所述的系统，其中所述系统包括多于约3500个碳酸化地块。4.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个碳酸化地块包括大于约20000吨可用于环境风化的金属氧化物。5.如权利要求1所述的系统，其中所述组合物的平均粒度为约20μm。6.如权利要求1所述的系统，其中所述组合物作为层包括在所述碳酸化地块中，其中所述层具有约0.1m的厚度。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述原料包括菱镁矿、橄榄岩、蛇纹岩、橄榄石、蛇纹石、水镁石、碳酸钠、邓尼岩、方解石、白云石、硅灰石、辉石或其组合。8.一种利用碱度从大气中隔离二氧化碳(CO2)的方法，包括：提供包含一种或多种金属氧化物的组合物；将所述组合物散布到多个碳酸化地块，所述地块配置成使所述组合物暴露于环境风化；通过所述一种或多种金属氧化物捕获大气中的CO2以生成环境风化的组合物；煅烧所述环境风化的组合物以产生经煅烧的组合物和CO2流；以及将所述经煅烧的组合物散布到所述多个碳酸化地块中。9.如权利要求8所述的方法，还包括在所述多个碳酸化地块中搅拌所述组合物。10.如权利要求8所述的方法，其中通过所述一种或多种金属氧化物捕获大气中的CO2以生成环境风化的组合物包括：在暴露于大气中约1年后，将该组合物作为环境风化的组合物重新收集。11.如权利要求8所述的方法，其中所述组合物至少部分...
【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：纽约市哥伦比亚大学托管会，
类型：发明
国别省市：
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