[发明专利]二氧化碳的永久储存

说明书

公开了一种快速且成本有效的制备水合碳酸钙晶体的方法。所述方法包括使包括碳酸根离子和碳酸氢根离子的碱性水溶液与包括Ca²⁺的水溶液在不超过15℃的温度下接触，其中，碱性水溶液与水溶液之间的接触发生在渗透性或多孔性表面处，由此其中任一种溶液以有助于水合碳酸钙晶体形成的流速被注入到另一种溶液。还公开了一种用于执行水合碳酸钙制备工艺的系统。所述工艺和系统提供了用于捕获和储存二氧化碳的成本有效且有效的手段。

技术领域

本发明涉及清洁技术领域。具体地，本发明涉及环境CO₂减少、CO₂捕获以及CO₂在稳定的固体产品中的储存的领域。

背景技术

普遍共识是正在发生全球气候变化，证据表明，造成这种情况的主要原因是人为地排放温室气体到大气中。

二氧化碳(CO₂)是一种温室气体，吸收大气中太阳辐射的热量。水平提高的CO₂和其他温室气体正在被释放到大气中，并导致全球温度升高以及海洋的酸化。CO₂主要通过诸如化石燃料的燃烧、工业活动和森林砍伐的人类活动以及借助于例如通过火山喷发和生物呼吸作用的自然贡献被释放。大气中CO₂水平的不断提高已经导致全球气候变化，引起全球温度升高。随着温度由于CO₂水平提高而升高，全球天气模式正在变化，造成热带地区的暴风雨、吃水、大量降雨和冰盖融化越来越严重，使得海平面上升，这里只是提及了其中一些后果。

此外，海洋对大气中水平提高的CO₂的吸收正在使海水的pH降低，从而损害了许多重要的海洋生态系统。海洋酸化例如影响着整个热带地区的珊瑚礁，由于珊瑚礁构成数百万人的重要食物来源，而且是涵盖了渔业和旅游业的价值数十亿美元的产业，所以社会以及自然生态系统极易受到正在提高的CO₂水平的影响。

已经观察到的全球气候变化的后果以及预计的后果是非常严重的，现在已经提高了广泛的科学、公众和政治意识，使得全球正在努力应对气候变化，旨在减少CO₂排放，制止甚至扭转全球气候变化。国际政治协议现在寻求加速和加强可持续低碳未来所需的行动和投资。

除了限制释放到大气中的CO₂的量之外，还进行了大量研究和许多努力来捕获和储存CO₂。几家公司现在已经开发出执行从大气直接碳捕获的系统。然而，CO₂在大多数情况下被储存为压缩气体，并且在工业中重新使用，最终被释放到大气中。正在进行其他尝试以通过封存在地质构造中来储存捕获的CO₂，缺点是能量需求高并且有气体泄漏返回到大气中的风险。

水合碳酸钙(Ikaite，CaCO₃·6H₂O)-一种水合形态的方解石-是一种存在于格陵兰西南部伊卡峡湾(Ikka Fjord)中独特的石灰岩柱中的矿物质。先前已经在实验室规模上实现了水合碳酸钙的合成，然而，长时间内仅少量合成，并且仅生成尺寸级别为20μm-100μm的非常小的晶体。合成主要是为了研究水合碳酸钙出现的自然系统的性质而进行的，并且已经通过直接快速混合溶液或通过滴加到连续搅拌的溶液中而以各种方式进行。然后，让这些混合物自行发生结晶数周或数月，所有的共同点是，获得低产量的非常小的晶体形态的水合碳酸钙。然而，迄今为止，尚不能够在一定的速率或条件下生产出可实际使用的可用于任何现实目的的水合碳酸钙。对于这些先前对水合碳酸钙制备的研究，请参见例如Hu Y-B等人(2014),Marine Chemistry 162:10-18和Stockmann G等人(2018),AppliedGeochemistry 89:11-22。