[发明专利]从大气、工业和机动车燃烧废气中捕获二氧化碳

说明书

相关申请的交叉引用

该申请涉及并且要求保护2009年6月2日申请的国际申请号PCT/US2009/045932的优先权，国际申请号PCT/US2009/045932要求保护2008年11月19日提出的临时申请序列号61/116,102的优先权。

背景技术

通过化学吸收二氧化碳(CO₂)的过滤系统可开发二氧化碳的有机势能，降低或排除其排放到大气中，并且使用替代方法安全利用它。利用现有能源从大气、工业废气和汽车排放的尾气中吸收二氧化碳进行碳固定的方法在这里进行介绍。废炭和燃烧产物经过化学处理变成有用材料，这种材料含有固体固定状态的二氧化碳，对环境无害。这种材料是一种包含二氧化碳的粘合剂。

生物质和化石燃料的燃烧不断增加大气中温室气体浓度。尤其是，温室气体二氧化碳是最有助于显著增加这些气体在空气中的比例的物质。自工业革命以来，这些人为二氧化碳导致大气中增加了百万分之一百(ppm)。目前，全球二氧化碳水平约为365ppm。

现在，公众和科学界关注二氧化碳引起气候变化的潜在危险影响。大气测量表明在对流层的中间层中二氧化碳每年不断增加。本研究，由Mauna Loa Observatory in Hawaii(夏威夷茂纳罗亚天文台)，Scripps Institute of Oceanography(斯克里普斯海洋学研究所)的Keeling(基林)和Whorf(沃夫)进行了有史以来大气中二氧化碳读数的最长的连续记录。这些记录表明从1958年至2004年每年增加19.4％(平均)。

除了全球变暖周期在很大程度上归因于热量阻断分子，二氧化碳的吸收导致海洋酸化的近期研究表明近海处pH值稳定降低，并证实北美西部大陆架被酸化的水上涌。2008年Science(《科学》)上刊登的Feely(费利)等人的文章，显示酸化对海洋动物的负面影响是减少其钙化率。

今天减少碳排放量的尝试包括燃煤发电厂的湿式洗涤器和汽车催化转换器。这些方法，以及其他方法，在美国被采用了几十年，发挥作用。唯一例外是，然而，他们显示出适度效果，他们只处理生产时排放的废气。碳控制的有效性是机动车辆排放废气的国际验收标准和全球工业污染控制技术的关键要求。

虽然重要的工作是需要发展源驱动解决方案，新的开放式空气CO₂捕捉方法也需要根据温室问题及其影响的增长来执行，并随着时间的推移变得更加显著。在这里，我们公开了碳捕获与储存两种情况下的方法的几个实施方案。

依据本发明的一个方面，在机动车辆方面，活性化学二氧化碳控制装置利用原厂排气系统释放的发动机驱动的压力脉冲。压力脉冲随发动机每分钟转速(RPMs)对应的频率增加或减少。为了保持排气通畅，防止不必要的限制，二氧化碳控制装置设计成最小限度中断至无中断推动排气直接通过。环形排气能源被沿穿流设备筒壁的二氧化碳吸收材料接收。含有燃烧气体的能量脉冲接触填充材料，排放出一部分污染物。

膨胀气室内的填充材料是一种含硅的耐高温陶瓷羊毛基材。用弱碱对其进行处理，并用不锈钢插头按百叶窗板固定放置，从过滤器分离流路。在二氧化碳饱和后，过滤器机架内的pH值指示剂随后读取酸性改变值。废过滤器填充材料可以回收，更换的过滤器很容易安装并快速回到腔内。过滤器的使用寿命短，并且能在几个月内测量出来。每个过滤器捕捉二氧化碳的数量也可以方便测量出碳排放额度和/或返还体制。

过滤器，现在含二氧化碳和其他污染物，然后进行化学处理，以防止二氧化碳重新进入地球系统：生物圈、岩石圈、大气等的隔绝储存问题和未来潜在的问题。

根据本发明的其他方面，化学吸收二氧化碳过滤系统都采用风力、波浪、压力、太阳能和对流发电。它们具有相似之处，因为当与现成有售的、现成材料和产品组合时，它们具有创造可替代的能源的潜力。其结构，由′强制空气′管道组成，包含用于额外的碳提取工艺的二氧化碳。此外，被捕获的碳用于组装有用的材料。

在某些处理烟道堆栈排放中的高浓度碳的已知技术中，碳首先用水和弱碱性羟基溶液吸收。该反应成立并且是通用的。当迅速从空气中吸附二氧化碳时，轻微碱性体系酸性增加时，氢氧化钠或氢氧化钾的稀溶液改变。然后，加入氢氧化钙，由于溶液中现在存在二氧化碳，碳酸钙固体沉淀形成。

在减少能源需求的努力中，根据本发明的一个方面，用于二氧化碳收集的更清洁的可替代过程通过直接将氯化钙水溶液与氢氧化钠(NaOH)水溶液混合沉淀出碳酸钙来实现。

在上述反应中，溶解二氧化碳和碳酸之间建立起平衡。随后，碳酸按两步解离：