[发明专利]用于增强风化和煅烧以从空气中去除CO2

说明书

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。

相关申请的交叉参考

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。

背景技术

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。

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。

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。

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：

MeO+CO₂→MeCO₃+能量

其中Me表示二价金属阳离子。典型的阳离子包括镁(Mg²⁺)和钙(Ca²⁺)，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。

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：

MeCO₃+能量→MeO+CO₂