二氧化碳捕集系统的核心原理，就像一个精准的“分子筛”或“化学陷阱”，利用气体混合物中各组分物理性质（如溶解度）或化学性质（反应活性）的差异，通过吸收、吸附、膜分离或低温蒸馏等方法，选择性地将CO₂分离出来。

二氧化碳捕集的对象主要分为两类：

固定排放源：工业生产（如化石燃料电厂、化工、冶金）中产生的高浓度 CO₂废气；

大气：直接从空气中捕集低浓度 CO₂（即 “直接空气捕集”，DAC）。

主要捕集技术及原理：

1、 化学吸收法

利用 CO₂与吸收剂（多为碱性溶液）的化学反应，将 CO₂从废气中 “捕获”，随后通过加热等方式使反应逆向进行，释放高纯度 CO₂并回收吸收剂循环使用。

典型流程：

吸收：含 CO₂的废气通入吸收塔，与塔顶喷淋的吸收剂（如胺类溶液，如单乙醇胺 MEA）接触，CO₂与胺反应生成碳酸盐或氨基甲酸盐，废气中 CO₂被脱除；

解吸：吸收了 CO₂的富液进入再生塔，通过加热（通常至 120-150℃）使反应逆向进行，释放 CO₂气体，同时吸收剂变回贫液，回流至吸收塔重复使用；

提纯：解吸释放的 CO₂经脱水、压缩后储存或利用。

优势：适用于低浓度 CO₂废气，捕集效率高（可达 90% 以上）；

缺点：再生过程需消耗大量热能（占总能耗的 60%-80%），胺类吸收剂易挥发、腐蚀设备且可能降解。

2、 物理吸收法

基于 CO₂在特定溶剂中的溶解度远高于其他气体（如氮气、氧气），且溶解度随压力升高而增大、随温度升高而降低的物理特性，实现 CO₂的分离。

典型流程：

吸收：在高压（通常 1-5MPa）、低温条件下，含 CO₂的废气与溶剂（如甲醇、聚乙二醇二甲醚）接触，CO₂因高溶解度被溶剂吸收；

解吸：通过降压或升温，降低 CO₂在溶剂中的溶解度，使 CO₂释放，溶剂再生后循环使用。

适用场景：高浓度CO₂废气（如煤化工、天然气净化），且废气中其他气体在溶剂中溶解度低；

优势：能耗低于化学吸收法（无需化学反应，解吸能耗低）；

缺点：对低浓度 CO₂捕集效率低，需高压设备，初期投资较高。

3、 吸附法

利用固体吸附剂（如活性炭、分子筛、金属有机框架材料 MOFs）对 CO₂的选择性吸附能力（物理吸附或化学吸附），将 CO₂从废气中分离。

分类及流程：

物理吸附：吸附剂通过范德华力吸附 CO₂，如活性炭在低压下吸附 CO₂，升温或降压后解吸；

化学吸附：吸附剂与 CO₂发生化学作用（如金属氧化物与 CO₂反应生成碳酸盐），需更高温度解吸。

优势：操作灵活，适用于小规模或间歇式排放源；

缺点：吸附剂容量有限，需频繁再生，大规模应用时设备体积大、成本高。

二氧化碳捕集系统的最终目标是将分离出的 CO₂进行储存（如地质封存，注入地下咸水层、枯竭油气田）或利用（如合成燃料、化工原料、食品加工等），不同技术的选择需结合排放源的 CO₂浓度、压力、流量及成本等因素。