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直接空氣捕集 (DAC) 系統必須處理大量的環境空氣。因此，DAC 的性能不僅取決於 CO₂ 吸附劑本身，還取決於壓力降、傳質阻力、結構質量以及再生過程中涉及的非活性熱負荷。三聚氰胺泡沫本身不應被視為 CO₂ 吸附劑。然而，其低密度、三維開孔結構以及易於轉化的特性使其成為功能性吸附劑的潛在結構化載體。 SINOYQX 標準工程三聚氰胺泡棉的典型密度約為 8.5 kg/m³。對於 DAC 應用，關鍵驗證參數應包括吸附劑負載量、壓力降與空氣速度的關係、CO₂ 吸附和解吸動力學、熱質量、濕度穩定性、塗層附著力以及長期循環性能。
為什麼直接空氣捕集需要低壓降、低熱容的三維吸附劑支撐體
直接空氣捕集（DAC）正成為碳去除領域越來越重要的技術途徑。
與傳統的從濃縮工業煙氣中捕獲碳的方法不同，直接空氣捕獲 (DAC) 技術利用大氣中的二氧化碳濃度，而大氣中的二氧化碳濃度則低得多。
這意味著 DAC 系統必須持續處理大量的空氣。
因此，不能僅透過觀察吸附劑的 CO₂ 吸附能力來評估 DAC 的性能。
氣流阻力、氣固接觸、吸附劑固定化、結構重量、再生溫度和循環穩定性都會影響整個系統的效率。
因此，DAC 的發展正逐漸從單純的吸附劑方法轉向更全面的工程模型：
吸附劑化學性質 + 多孔結構 + 氣流 + 熱管理 + 模組設計
- DAC不僅僅關乎吸附劑
圍繞直接空氣接觸 (DAC) 的大多數討論自然都集中在吸附劑化學上。
常見研究領域包括：
- 胺基吸附劑
- 鹼性物質
- 金屬有機框架
- 多孔聚合物
- 功能性多孔材料
- 混合固體吸附劑系統
這些物質是與二氧化碳發生化學反應的原因。
然而，在實際的 DAC 模組中，吸附劑不能獨立運作。
它必須被支撐、塗覆、固定或分佈在允許空氣通過的結構中，同時保持氣體與活性吸附劑之間足夠的接觸。
因此，一個實用的DAC模組需要回答兩個不同的問題：
該吸附劑能否有效捕捉二氧化碳？
以及
空氣能否在可接受的能耗下通過吸附結構？
第二個問題是結構化吸附劑載體在哪些方面顯得特別重要。
- 為什麼壓力降在DAC中很重要
直接空氣捕獲 (DAC) 與點源碳捕獲之間的一個根本區別在於需要處理的氣體量。
由於大氣中二氧化碳濃度較低，直接空氣捕集器 (DAC) 系統必須移動大量空氣才能捕捉有意義的二氧化碳量。
任何置於氣流中的結構都會產生阻力。
壓力降在以下情況會增加：
- 吸附床層太厚了。
- 孔道太小
- 吸附劑負載量過高
- 流路變得非常曲折
- 塗層會部分堵塞開放的孔隙
壓降越大意味著：
風扇功率需求更高。
對於大型 DAC 系統而言，這種輔助能源需求會直接影響運作效率和成本。
因此，一項重要的工程目標是在保持足夠的吸附劑負載量和氣固接觸的同時，最大限度地減少氣流阻力。
- 吸附劑用量並非越多越好
從材料學的角度來看，增加吸附劑負載量最初似乎是可取的。
但在結構化DAC系統中，最大負載並不一定是最佳條件。
如果過量的吸附劑堵塞了多孔結構，可能會出現以下幾個問題：
- 氣流阻力增加
- 更高的壓降
- 減少的開放式流道
- 降低內部吸附劑的利用率
- 較慢的吸附動力學
- 較慢的解吸
真正的設計挑戰在於平衡：
吸附劑負載量 × 傳質 × 壓降
而不是僅僅優化吸附劑負載量。
- 為什麼低熱品質也很重要
許多固體吸附劑直接空氣捕獲 (DAC) 系統利用熱能釋放捕獲的 CO₂ 並再生吸附劑。
在此再生步驟中，能量不僅可用於加熱吸附劑本身，還可用於加熱：
- 支撐結構
- 機框
- 機械支撐
- 內部模組組件
- 其他非活性物質
如果結構支撐很重，每個循環可能都會反覆加熱大量與 CO₂ 捕獲沒有直接關係的材料。
因此，減少非活性結構品質可以成為一項重要的工程目標。
較低密度的支撐材料可能會減少每次加熱和冷卻循環中涉及的非活性材料的數量。
但是，準確表達很重要：
低密度並不一定意味著DAC總是能耗更低。
實際系統能量取決於熱容量、吸附劑化學性質、再生溫度、傳熱效率、模組結構和運行循環設計。
因此，這些潛在優勢必須透過實驗來驗證。
- 結構化吸附劑正變得越來越重要
傳統吸附系統通常依賴填充床。
填充床結構簡單且易於理解，但可能會引入一些工程上的局限性，例如：
- 複雜的氣流路徑
- 更高的壓降
- 顆粒磨蝕
- 塵埃形成
- 非均勻傳熱
這也是結構化吸附劑越來越受到關注的原因之一。
這個概念很簡單：
吸附劑不是用鬆散的顆粒填充模組，而是分佈在預先設計的結構或結構內部。
這使得工程師可以獨立進行最佳化：
- 流道幾何形狀
- 表面積
- 吸附層厚度
- 壓力下降
- 傳播熱量
- 機械穩定性
- 常見鑽石壓砧吸附劑結構的比較
| 結構體 | 主要優勢 | 主要挑戰 |
| 填充床 | 配置簡單，吸附劑填充方便 | 壓降、顆粒磨損、粉塵、傳熱 |
| 蜂窩 | 常規頻道，模組化設計 | 幾何形狀和吸附劑負載靈活性有限 |
| 纖維基材 | 輕質，適合塗層 | 塗層附著力和機械耐久性 |
| 開孔泡棉 | 三維互連孔隙、低密度、可自訂幾何形狀 | 吸附劑負載量和循環穩定性需要驗證 |
| 整體式 | 結構穩定，流量可控 | 製造工藝的複雜性和材料限制 |
沒有哪一種結構是所有DAC系統的最佳選擇。
正確的架構取決於：
- 風量
- 吸附劑化學
- 再生方式
- 模塊尺寸
- 目標使用壽命
- 為什麼值得評估開孔泡棉材料
開孔泡棉的性能與蜂窩結構不同。
蜂巢結構通常包含相對規則、筆直的通道。
開孔泡沫材料包含相互連通的三維孔隙網絡。
這使得氣體能夠透過材料內部的多條路徑進行傳輸。
從工程學的角度來看，這種結構可能有幾個有趣的特點。
3D氣流路徑
相互連通的孔隙網絡允許空氣從多個方向穿過該結構。
這可能有助於在氣流和功能性吸附劑表面之間產生更有效的相互作用。
結構重量輕
低密度泡棉材料只需相對較少的支撐材料即可佔據相對較大的體積。
這在結構重量和熱質量都很重要的 DAC 模組中可能很有用。
可調式結構
厚度、尺寸、密度和表面處理可以根據不同的模組概念進行調整。
輕鬆轉換
開孔泡棉可以切割、數控加工、層壓或轉化為不同的原型幾何形狀。
這在 DAC 模組開發的早期階段尤其有用。
- 三聚氰胺泡棉在DAC中的潛在作用
SINOYQX三聚氰胺泡棉是一種低密度、三維開孔多孔材料。
標準工程級混凝土的典型密度約為：
8.5公斤/立方米
從數位類比轉換器（DAC）工程角度來看，它可以被評估為：
輕質3D吸附支撐
它的潛在作用並非直接作為二氧化碳吸附劑，而是提供：
- 三維多孔支撐結構
- 氣流通道
- 用於吸附劑固定化的基質
- 可自訂的模組幾何形狀
- 低結構質量
- 三聚氰胺泡沫不是二氧化碳₂吸附劑
這種區別很重要。
標準三聚氰胺泡棉不應作為直接 DAC 的 CO₂ 吸附劑。
在 DAC 系統中，實際的 CO₂ 捕獲功能來自對 CO₂ 具有適當化學親和力或選擇性的材料。
這些可能包括：
- 胺功能材料
- 金屬有機框架
- 鹼性吸附劑
- 功能性多孔聚合物
- 其他二氧化碳選擇性吸附劑系統
三聚氰胺泡棉更實際的作用是為這些活性材料提供三維結構支撐。
因此，最終的DAC材料體系應理解為：
3D支撐+功能性吸附劑
而不是單一的泡沫材料。
- 如何將吸附劑負載到三維泡沫上？
這是發展問題的核心之一。
根據吸附劑的化學性質，可以評估幾種不同的負載方法。
表面塗層
在泡沫骨架上施加功能性吸附層。
注入
開孔結構中浸漬有功能性材料。
聚合物功能化
泡沫表面透過化學或物理方法用官能基或聚合物進行改質。
複合結構
將泡沫與膜、纖維、塗層或其他含吸附劑的層結合在一起。
每條路線都可能產生以下影響：
- 吸附劑負載
- 毛孔堵塞
- 壓力下降
- 吸附動力學
- 塗層附著力
- 騎乘耐久性
因此，必須將載入方法與結構一起進行評估。
- DAC吸附劑支撐體應測試哪些面向？
不應僅根據密度或孔隙率來選擇用於鑽石壓砧 (DAC) 的材料。
更重要的步驟是模組級工程驗證。
壓力降與空氣速度的關係
測量不同氣流速度下的壓力降。
這是空氣動力性能最重要的指標之一。
吸附劑負載
確定每單位質量或體積的載體可以穩定負載多少功能性吸附劑。
二氧化碳吸收
評估這兩者是有益的：
g CO₂ /kg吸附劑
以及
kg CO₂ / m³模組
因為實際的DAC系統也受到模組體積的限制。
吸附動力學
測量 CO₂ 到達吸附劑並與之相互作用的速度。
解吸動力學
測量再生過程中二氧化碳的釋放效率。
熱質量
評估泡沫、吸附劑和其他結構材料相關的熱負荷。
濕度穩定性
環境空氣中含有水分，因此必須考慮濕度對吸附劑和支撐結構的影響。
騎乘穩定性
DAC的長期運作需要反覆進行吸附-解吸循環。
主要觀察結果包括：
- 吸附劑損失
- 塗層開裂
- 泡棉變形
- 壓力降變化
- 吸附容量衰減
- 不同的DAC系統可能需要不同的泡棉結構
SINOYQX 將 DAC 視為一種共同開發應用，而不是單一的固定泡棉等級。
潛在的材料發展方向包括：
標準開孔泡沫
用於早期吸附劑裝載和材料篩選。
低壓降結構
適用於氣流阻力和風扇能耗特別重要的系統。
疏水泡沫
用於評估高濕度空氣條件下的結構性能。
增強泡沫
適用於需要更高機械穩定性的模組。
客製化幾何形狀
適用於根據特定 DAC 模組尺寸進行 CNC 切割或客製化形狀的結構。
沒有一種通用的“最佳”泡沫結構。
正確的設計取決於吸附劑的化學性質和直接空氣接觸（DAC）系統的架構。
- 從材料篩選到DAC模組驗證
實際的開發路線通常不會從完整的DAC系統開始。
更有效的方法是：
步驟 1
定義二氧化碳吸附劑化學
步驟 2
螢幕適用的三維支撐結構
步驟 3
評估吸附劑負載方法
步驟 4
建立空氣速度與壓力降的關係
步驟 5
測試二氧化碳吸收和吸附動力學
步驟 6
進行吸附-解吸循環測試
步驟 7
進入小規模DAC模組驗證階段
只有經過這些步驟，才能評估支撐結構的真正工程價值。
- SINOYQX 為 DAC 共同開發
SINOYQX 開發三聚氰胺泡沫、疏水性多孔材料、氣凝膠複合材料和其他功能性多孔結構。
對於直接空氣捕獲應用，我們正在探索三聚氰胺泡沫作為輕質三維吸附劑載體的工程潛力。
我們目前的工作重點包括：
- 泡棉密度
- 孔隙結構
- 厚度
- 模組幾何
- 風速
- 壓力下降
- 表面處理
- 吸附劑負載
- 濕度
- 騎乘穩定性
我們的目標不僅僅是提供一種「DAC泡沫」。
目標是幫助開發團隊評估適合其吸附劑化學性質、氣流需求、再生方法和模組設計的多孔支撐結構。
工程邊界
三聚氰胺泡沫本身不應被描述為 DAC CO₂ 吸附劑。
開孔結構、低密度和低結構品質的潛在益處必須在實際吸附劑化學性質、空氣流速、模組幾何形狀和運行週期下進行驗證。
材料層面的性能不應被解釋為等同於整個 DAC 系統的能量效率或 CO₂ 捕獲性能。
常見問題
三聚氰胺泡沫可以直接捕獲二氧化碳嗎？
標準三聚氰胺泡棉不應被視為直接空氣接觸（DAC）中的主要二氧化碳吸附劑。它更合適的用途是作為功能性吸附劑材料的三維多孔載體。
為什麼壓力降在直接空氣動力學（DAC）中如此重要？
DAC系統必須處理大量的空氣。如果氣流阻力過高，則需要更大的風扇功率，從而增加輔助能耗。
為什麼 DAC 能從低熱容支撐結構中受益？
在熱再生系統中，支撐結構也可能需要加熱和冷卻。減少非活性結構質量可以減少反覆參與熱循環的材料量，但係統總能量仍需經過實驗驗證。
開孔泡棉和蜂窩結構有什麼不同？
蜂巢結構通常包含規則的流道，而開孔泡棉則包含三維互連的孔隙網絡。這兩種結構在氣流特性、表面幾何形狀、吸附劑負載量和製造彈性方面存在差異。
SINOYQX標準三聚氰胺泡棉的典型密度是多少？
標準工程級材料的典型密度約為 8.5 kg/m³。功能級材料應根據相應的技術規格或專案要求進行選擇。
在 DAC 支援專案中，首先應該測試什麼？
優先測試應包括吸附劑負載量、壓力降與空氣速度的關係、CO₂吸收量、吸附/解吸動力學、濕度穩定性、塗層附著力和循環耐久性。
CTA
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吸附劑類型、空氣流速、模組尺寸、允許壓力降、工作溫度、再生方法、環境濕度、目標吸附劑負載量、循環要求
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