导师序言

在21世纪努力实现全球碳中和已经成为国际社会的普遍共识。自从联合国气候变化框架公约提出2050年达成碳中和目标后，越来越多的国家已经向联合国递交或正在积极制定国家自主碳减排承诺。中国政府高度重视应对气候变化，于2021年先后发布《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》与《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书，郑重宣示将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，并正在为实现这一目标而付诸坚实行动。

碳捕集、利用与封存是一种将二氧化碳从空气或其固定排放源中分离，进而将其转化利用或长期地质封存的碳减排技术。它既是国际能源署在全球碳中和技术方案中所推荐的核心技术手段之一，也是中国政府制定的《本世纪中叶长期温室气体低排放发展战略》中“推动革命性减排技术创新发展”的战略重点。特别地，它是一种可以使钢铁、水泥和传统电力等由于自身生产工艺特性而难以避免使用大量化石燃料的重工业在中长期实现深度碳减排的最佳可行技术。钢铁行业是全球最大的二氧化碳工业排放源之一，但有关其碳减排的国内外研究工作却起步较晚，适合大规模应用于钢铁行业的廉价、高效二氧化碳捕集技术亟待开发。

田思聪的博士学位论文针对我国钢铁行业所面临的二氧化碳减排和钢渣高值利用这两大迫切需求，以实现钢铁行业深度脱碳结合钢渣的高品位资源化利用为目标，开展以钢渣为原料制备高效钙基二氧化碳吸附材料，并将其应用于钢铁行业二氧化碳原位捕集的研究，从而在实现钢铁行业二氧化碳减排的同时，实现钢渣中钙、铁元素的回收利用，推进钢铁行业的清洁生产与节能减排。论文系统研究了钢渣高温气固碳酸化直接固定二氧化碳的效果、影响因素及其反应动力学特征； 详细探究了钢渣在酸性浸出体系中的元素浸出特征及其影响因素，开发出低醋酸/钢渣投加比酸浸取技术，实现了钢渣中钙、铁元素的高效分离； 首次以钢渣为原料制备出钙基二氧化碳吸附材料，深入研究了其二氧化碳吸附性能及影响因素，阐明了其抗烧结稳定化机理，并分析了其应用于高温钙循环二氧化碳捕集的技术经济性； 创新性地提出了基于化学链燃烧技术耦合高温钙循环技术的新型自热式二氧化碳捕集过程，并据此开发出钢渣源钙-铁双功能二氧化碳吸附材料，解析了该过程的自热补偿机理。

该研究工作是有关钢渣应用于二氧化碳捕集与矿物固定的最早期、最有影响力的研究成果之一，发展了工业固废高温气固碳酸化固碳理论和高温固体循环二氧化碳捕集理论； 作为工业碳减排技术探索的典型案例，首次证明了通过优化行业内部物质流与能量流，设法将碳捕集过程深度整合到工业产品的生产工艺中，便有望将普遍认为高昂的工业碳减排成本降低至可接受水平，这为工业碳减排技术的研发与应用提供了新策略。从钢渣资源化利用角度看，本论文提出了通过提升大宗钙硅基工业固废资源化产品的应用价值来推动其有效消纳的新理念，并从有价元素提取与转化的视角提供了成套技术方案，为该类废物从整体消纳向高附加值转化的利用途径转型提供了新思路。

清华大学环境学院蒋建国

2024年5月