一、化学吸收法：高精度捕集的工业主力

化学吸收法通过液相溶剂与CO₂发生可逆化学反应实现脱碳，典型工艺包括醇胺法（如MEA、MDEA）和热钾碱法。以单乙醇胺（MEA）法为例，其通过碱性溶液与CO₂反应生成不稳定的氨基甲酸盐，经加热解吸释放纯CO₂并再生溶剂。该技术适用于低分压CO₂场景（如电厂烟气），净化度可达99%以上，但存在能耗高（约3.8-4.5GJ/吨CO₂）、溶剂降解腐蚀设备等问题。改良MDEA法通过添加活化剂提升吸收速率，可将CO₂浓度降至0.7%以下，而催化热钾碱法通过加入砷酸盐、甘氨酸等催化剂，在高压下实现0.1%以下的净化度，兼具脱硫功能。

二、物理吸附法：低能耗循环的灵活方案

物理吸附法依托吸附剂（如沸石、活性炭、金属有机框架）对CO₂的选择性吸附能力，通过变压吸附（PSA）或变温吸附（TSA）实现脱附再生。变压吸附在加压时吸附CO₂，减压或抽真空解吸，循环周期短、能耗较低（较化学法低20%-30%），适用于高浓度CO₂场景（如合成氨变换气）。变温吸附则通过温度变化控制吸附-解吸，但热能消耗较高。该技术优势在于操作弹性大、无化学污染，但吸附容量受限于材料比表面积，需定期更换吸附剂。

三、膜分离法：紧凑高效的模块化选择

膜分离法利用高分子或无机膜（如二氧化硅膜、沸石膜）对气体的渗透差异实现分离。有机膜成本低但耐温性差，无机膜耐高温高压但成本高。典型应用如聚酰胺膜在30℃下对CO₂/N₂的选择性可达30，配合多级分离可提升纯度。深冷分离法通过加压降温使气体液化，适用于高浓度CO₂的液态储存，但设备投资大、能耗高。膜法优势在于装置紧凑、无相变损耗，但分离效率受膜材料限制，需平衡透量与选择性。

四、生物固碳：自然循环的生态路径

生物固碳通过自养微生物（如蓝藻、氨氧化古菌）或植物代谢将CO₂转化为有机物。卡尔文循环承担地球90%的碳固定，人工构建的CETCH循环固碳速率达玉米天然途径的8.5倍。岩溶区微生物年固碳量达3.7×10⁷吨，通过碳酸酐酶加速CO₂与碳酸盐岩转换。该技术环保可持续，但固碳速率受光照、温度等环境因素制约，且产物需后续加工利用。

五、矿物碳化与直接空气捕集：长期封存的新兴方向

矿物碳化法将CO₂注入玄武岩、橄榄岩等基性岩层，通过矿化反应形成碳酸盐矿物实现永久封存。冰岛CarbFix项目证实，95%的CO₂可在2年内矿化，泄露风险极低。直接空气捕集（DAC）通过固体吸附剂（如金属有机框架）或液体溶剂从大气中捕获低浓度CO₂，瑞士Climeworks的“柏树计划”年捕集量达百万吨级，但成本高昂（125-335美元/吨），需依赖清洁能源驱动以降低碳足迹。

六、技术比较与未来趋势

各技术路径优缺点鲜明：化学吸收法精度高但能耗大；物理吸附法能耗低但容量有限；膜分离法紧凑但效率依赖材料；生物固碳环保但速率慢；矿物碳化封存安全但成本高；DAC适用范围广但成本高。未来趋势聚焦于技术融合（如化学-膜联用）、新材料研发（如高容量吸附剂）、低成本化（如DAC动能回收技术）及规模化应用。政策支持与跨行业协同（如CCUS全链条示范项目）是突破技术瓶颈的关键。

二氧化碳脱除技术正从单一工艺向系统集成演进，从工业减碳向生态修复拓展。在碳中和目标下，需结合场景需求选择适配技术，并通过持续创新降低能耗、成本，提升效率，最终实现从“捕集”到“利用”的闭环，为全球气候治理提供技术支撑。