將工業(yè)煙氣中的二氧化碳分離出來一直伴隨高昂的能源成本。燃燒后捕集的主流技術是30%單乙醇胺（MEA）水溶液，其雖能高效吸收CO2，但解吸過程所需熱量極大，僅再生環(huán)節(jié)就使常規(guī)捕集成本超過130美元/噸CO2，占總成本約70%?！禖arbon Neutrality》期刊發(fā)表的綜述指出，胺基兩相吸收劑有望顯著改變這一經(jīng)濟賬。實驗室數(shù)據(jù)顯示，該類體系的再生能耗可低至約1吉焦/噸CO2，而傳統(tǒng)MEA的基準值約為3.6至4.0吉焦/噸。

兩相吸收劑的核心機制在于：胺溶液在吸收CO2后會自發(fā)分為兩相——富含反應產(chǎn)物的富CO2相與主要含未反應胺的貧CO2相。由于解吸塔只需加熱體積占比較小的富相，傳統(tǒng)再生中占主導的顯熱與汽化潛熱被大幅削減。綜述表明，該分相策略可使再生能耗降低30%至50%，并允許更高的解吸壓力，從而進一步提升整體能效。

不同體系呈現(xiàn)差異化性能特征。水相系統(tǒng)通常吸收更快，因水提供了CO2水解為碳酸氫鹽的平行反應通道，加速質(zhì)子轉(zhuǎn)移；非水相系統(tǒng)則因幾乎不含水分而實現(xiàn)極低的再生潛熱，部分無水溶劑中的胺能以1:1比例結(jié)合CO2形成加合物，突破水相化學中氨基甲酸酯形成的半摩爾/摩爾化學計量限制。數(shù)據(jù)對比顯示，TEPA/DGME/H2O體系循環(huán)CO2容量達2.70摩爾/千克，為30% MEA的1.39倍；DETA/n-丁醇/H2O體系憑借多元胺的多氨基活性位點，吸收容量達7.52摩爾/千克，約為MEA基準的1.6倍。能耗方面，DMCA/N-甲基環(huán)己胺體系在323開爾文下僅需1.03吉焦/噸CO2；非水相DETA/DMSO與PZ/AMP/NMF體系分別報告0.74和0.76吉焦/噸，較MEA基準降低50%至85%。

綜述也明確指出，上述亮眼數(shù)據(jù)需謹慎解讀。極低再生熱數(shù)據(jù)主要來自理想化條件下的實驗室研究，多使用高純度CO2而非含12%至15% CO2的真實煙氣。作者警告，此類數(shù)值代表熱力學下限而非保證的工業(yè)表現(xiàn)，因其未計入煙氣壓縮能耗，且未經(jīng)中試規(guī)模驗證，長期溶劑降解與集成工藝能耗懲罰仍需計算。使用近純CO2測試可能掩蓋傳質(zhì)限制，得出熱力學樂觀的容量數(shù)據(jù)。

實際部署還面臨相變化學自身帶來的工程障礙。富相粘度是常見問題：常規(guī)吸收塔與離心泵通常要求溶劑粘度低于50至100毫帕·秒，但某些非水體系（如TMEDA/MEA/DMSO配方）富相粘度高達2,288毫帕·秒，在標準設備中無法泵送。液固體系雖通過結(jié)晶沉淀濃縮CO2并物理排擠主體溶劑實現(xiàn)了Zui低再生能耗，但會引發(fā)管道堵塞、漿料侵蝕與泵磨損，需依賴專用固液分離單元與漿料換熱設備，這會抵消部分節(jié)能收益。

宏觀性能背后是分子層面的機制。CO2與胺反應生成的氨基甲酸產(chǎn)物及質(zhì)子化胺，因離子對形成與電荷分離增加，偶極矩比母體胺分子大4至9德拜。這些高極性產(chǎn)物相互吸引聚集，極性差異觸發(fā)了分相。綜述強調(diào)兩種定量預測工具：偶極矩分析（直觀但難以處理大型氫鍵分子）與分子極性指數(shù)（MPI），后者與兩相溶解度差異高度相關。在某框架中，當叔胺與伯胺的MPI差值超過9千卡/摩爾時，吸收前即可形成兩相狀態(tài)。

光譜證據(jù)進一步錨定了實驗機制。在經(jīng)碳-13核磁共振追蹤的水相BDA/EG/H2O體系中，低CO2負載時在164.53 ppm處出現(xiàn)的新信號標記了氨基甲酸酯形成，飽和狀態(tài)下161.8 ppm處的位移歸因于碳酸氫鹽或碳酸鹽，額外信號揭示了烷基碳酸酯產(chǎn)物。在非水相AEEA/DMSO/PMDETA體系中，核磁共振證實CO2以氨基甲酸酯與氨基甲酸形式被捕獲，叔胺PMDETA不作為CO2載體，而是作為質(zhì)子受體，去質(zhì)子化二胺AEEA攻擊游離CO2時形成的不穩(wěn)定兩性離子中間體。

綜述同樣梳理了單一溶劑尚未逃脫的權(quán)衡關系。高吸收容量往往伴隨高富相粘度和低解吸效率；例如DMEA/MAE/TGME/H2O體系在373開爾文下達到的解吸效率為95.5%，但循環(huán)容量僅為0.28至0.37摩爾/升，而多元胺體系雖能提供2.70至2.80摩爾/千克的容量，卻常需在約403開爾文下進行解吸。溫度影響具有雙重性：升溫加快吸收但降低平衡容量，在DETA/DEEA體系中，溫度從303升至323開爾文使容量下降8.2%，但吸收速率提升33.5%。穩(wěn)定性被視為決定性的工業(yè)問題，氧化與熱降解、腐蝕及揮發(fā)性有機稀釋劑的蒸發(fā)損失被列為核心瓶頸，盡管非水相混合物似乎能抑制相對于水相MEA的電化學腐蝕。

作者為該領域提出了具體路線圖：呼吁采用真實煙氣濃度進行標準化評估，建立加速老化協(xié)議與預測壽命模型以填補穩(wěn)定性數(shù)據(jù)空白，開展涵蓋能量、?、經(jīng)濟與環(huán)境的4E框架技術經(jīng)濟及生命周期評估，并將兩相捕集與跳過解吸的直接利用路線（如電催化CO2還原）相結(jié)合。他們建議，利用機器學習訓練編譯的性能數(shù)據(jù)，可加速尋找具有低反應焓、抗降解官能團和低揮發(fā)性溶劑的定制胺類。若綜述整合的極性驅(qū)動設計原則在實驗室外得到驗證，其所描述的路徑（極小的富相體積、貧水環(huán)境與低焓CO2加合物）將指向低于1吉焦/噸CO2的再生能耗閾值，重塑工業(yè)碳捕集的經(jīng)濟格局。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-29。本文為資料編譯。