以有机胺为基础的化学吸收法是当前CO2捕集最为成熟和应用最广泛的技术路线之一。

然而，在实际工业条件下，该体系仍面临关键瓶颈：一方面，CO₂与胺分子的反应动力学较为缓慢，限制了吸收速率与装置效率；另一方面，解吸过程同样受到动力学与传质限制，导致解吸速率较低并通常需要较高温度（一般超过120 °C），从而带来较大的再生能耗与运行成本。

上述问题已成为当前烟道气捕集和直接空气捕集（DAC）技术进一步降低成本、提升能效的核心制约因素。

【SynBioCon】获悉，针对上述挑战，依托谭天伟院士团队，北京化工大学吕永琴教授课题组围绕新型碳酸酐酶催化体系开展系统研究，基于分子识别机制开发了新型碳酸酐酶催化剂，可逆高效催化CO2水合反应。该催化剂的催化效率（kcat/Km）达到4087 M-1 s-1，显著优于天然碳酸酐酶（为其16.8倍），并在高温（150 °C）、强酸/强碱及有机溶剂等复杂条件下仍保持较高活性与稳定性，实现了对有机胺吸收-解吸过程的有效强化。该体系可适用于烟道气及低浓度CO2（如空气中约400 ppm）的捕集场景。

在前期催化剂设计与机理研究基础上，团队进一步推进工程放大验证，在郑州中科新兴产业技术研究院1 Nm3/h吸收-解吸连续评价装置上完成连续运行验证（图1），实现了从实验室研究向工程化验证的关键跨越。

图1（左图）1 Nm3/h吸收-解吸连续评价装置工艺流程图；（右图）CO2捕集连续评价装置实物图

中试性能

在引入新型碳酸酐酶催化剂后，体系在连续运行168 h过程中表现出良好的运行稳定性。在较低解吸温度（90 °C）条件下，体系仍可实现稳定运行，CO2捕集率达92.61%，解吸气纯度达98.45%，并保持80%以上的解吸效率，再生热耗降低至1.62 GJ/t CO2（以0.15元/kWh计），碳捕集成本降至108.88元/t CO2。与传统有机胺体系相比，该体系性能实现系统性提升：CO2捕集率提高14.36%，解吸率提高45.79%，再生热耗降低56.45%，碳捕集成本降低52.86%，显著突破了传统工艺中能耗高与效率难以兼顾的瓶颈。

此外，该新型碳酸酐酶催化剂在实验室有机胺体系中已实现超过1年的稳定运行，显示出良好的长期稳定性及工程应用潜力。

进一步地，团队已将捕集CO2与化学-生物耦合催化相结合，实现向纳米碳酸钙、二元酸、氨基酸及微生物蛋白等多类高值产品转化。

意义与展望

本工作在新型碳酸酐酶催化剂强化有机胺CO2吸收-解吸体系方面，实现了从催化剂设计到中试验证的关键拓展，为降低碳捕集过程能耗与成本提供了新的技术路径。相关研究正在进一步推进规模化验证与工艺优化，并面向产业界开放合作，共同推动技术的工程放大与产业化应用。

合作邀请

诚邀在碳捕集与利用（CCUS）、绿色化工及相关领域具有需求的企业开展合作，共同推进该技术的工程放大与产业化应用。

项目负责人简介 

吕永琴，教授，博士生导师，国家重点研发计划项目负责人，（原）国家优秀青年基金获得者。长期从事分子识别驱动生物制造原创性研究，在PNAS、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Edit.、Matter等期刊发表SCI论文70余篇，申请发明专利30余件。获中国化工学会侯德榜化工科学技术奖青年奖、中国石油和化学工业技术发明一等奖和教育部自然科学二等奖。作为负责人主持国家重点研发计划项目/课题、国家自然科学基金优秀青年基金项目、国家自然科学基金联合基金重点项目、国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目（组织间合作研究）等国家级项目/课题7项。受聘为中国石化催化剂有限公司专家，担任中国化工学会女科技工作者委员会委员、中国化工学会青年工作委员会委员、中国生物工程学会生物催化专业委员会委员、中国生物工程学会一碳生物技术专业委员会委员、中国微生物学会微生物代谢与生物制造专业委员会委员。担任BioDesign Research副主编，担任Engineering、Synthetic and Systems Biotechnology、Microchimica Acta、Engineering in Chemical Engineering等期刊（青年）编委。

联系方式：lvyq@mail.buct.edu.cn 

【致谢】

感谢吕永琴教授课题组对本号的支持，感谢该课题组提供本文稿件支持！

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