摘要：
“碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当，也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径，CO2减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主，煤炭作为电力、钢铁、煤化工等高耗能行业的重要能源与原料，在“双碳”目标实现过程中占有重要地位，煤炭工业通过低碳转型实现碳达峰，既是煤炭工业高质量发展的内在要求，也是落实国家“双碳”战略目标的重要抓手。相对于传统天然矿化原料，煤基固废矿化封存CO2具有原料丰富、产物友好、能耗较低、反应迅速等优点，同时可以产出高附加值产物用于化工、建筑等领域，受到了广泛的关注。介绍了我国主要煤基固废煤矸石、粉煤灰、脱硫石有、气化渣、炉底渣的特点，分析了我国主要CO2排放源及产生量；回顾了按照矿化封存位置不同的原位和非原位CO2矿化技术及按照矿化机理不同的直接碳酸化和间接碳酸化技术；综述了以煤基固废作为原料进行CO2化封存技术的研究进展，发现该技术反应条件苛刻，成本较高，处理规模小，研究尚停留在实验室阶段:简述了以煤基固废作为载体，利用采空区作为储源矿化封存CO2技术，主要包括构筑功能性充填体及制备负碳型充填材料2种技术；分析了煤基固废矿化封存CO2现存问题及未来研究方向。煤基固废为原料的CO2矿化技术，未来应优化工艺流程，降低反应成本，进步加强工业化推广的研究；针对以煤基固废作为载体，利用采空区作为储源的CO2矿化封存技术，未来应加强对深度矿化机理、封存风险评价及长期稳定性的研究，提高CO2封存规模和长期稳定性。在此基础上，利用煤基固废制备浆体充填材料，以水为载体，以泵为动力，以管路为通道，将充填材料及CO2输送至采空区进行矿化反应，同时结合微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术，封闭岩体采动裂限，实现CO2矿化封存。
关键词：“双碳”目标；碳排放；煤基固废；矿化封存；源头减排
结语：相较于传统的天然矿化原料，利用煤基固废进行矿化封存CO2，不仅可以实现低成本的CO2就地减排，还可以实现煤基固废资源化利用。但目前煤基固废矿化CO2流程相对复杂，反应条件苛刻，碳酸化效率较低，成本过高，难以直接工业推广。未来应进一 步优化反应条件、改进工艺流程，降低过程能耗并提高碳酸化效率，探索出一条操作简单、低成本、高效率、无二次污染的CO2处理工艺，加快其工业化进程。煤炭开采后遗留的大量采空区为煤基固废矿化封存CO2提供了巨大的潜在空间，利用煤基固废矿化制备充填材料，将CO2封存于采空区，不仅能够实现源头减排，规模化消纳煤基固废，同时还能缓解煤基固废带来的环境负面效应，丰富我国CO2地质封存路径，增加我国CO2地质封存的潜力，提高煤基固废及采空区资源利用率，具有良好的应用前景。但该技术还存在一些CO2泄露污染、影响作业安全，操作成本高等问题，未来应加强对深度矿化机理、封存风险评价及长期稳定性的研究，提高CO2封存规模和长期稳定性。在此基础上，利用富含钙、镁的碱性煤基固废制备浆体充填材料，以水为载体，以泵为动力，以管路为通道，将充填材料及CO2输送至采空区进行矿化反应，同时结合微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术，封闭岩体采动裂隙，实现CO2矿化封存。
文章插图：
发表期刊：煤炭科学技术，2024（2）：
朱磊，古文哲，宋天奇，何志伟，刘治成