当前，全球气候变化是世界面临的主要挑战之一。化石燃料占全球能源使用的70%以上，其高耗能与气候变化密切相关。预计未来几十年，化石燃料燃烧产生的温室气体排放量将继续增长，具体取决于社会向可再生能源转型的速度。目前， CO₂是排放量最高的温室气体，因此减少CO₂排放是遏制全球变暖的首要任务。碳捕集是一项关键战略，不仅能减少温室气体排放，符合全球目标，还能提供更可持续地使用化石燃料的机会。然而，现有的CO₂捕集和分离技术成本普遍较高。

 从经济角度来看，可以通过两种途径降低CO₂捕集与分离过程的成本：一是提高捕集材料的捕集效率，二是设计新工艺以降低设备成本。前者面临高初始成本、材料稳定性和再生能耗等多方面的挑战。在所有创新工艺技术中，化学链燃烧(Chemical Looping Combustion, CLC)技术有望实现燃料原料中CO₂的固有分离，从而消除能源密集型气体分离成本，一旦完全商业化，这项技术有望提供最大的成本降低效益。

1 化学链燃烧的概念

化学链燃烧是一种创新的燃烧技术，特点是采用载氧体作为媒介在燃料和氧化物中传递氧原子，避免燃料与空气直接接触，从而实现CO₂的原位捕集。其具体流程为：氧原子通过金属氧化物载氧体(Me_yO_x)从空气反应器(Air Reactor, AR)传输至燃料反应器(Fuel Reactor, FR),在FR中，气体燃料通过金属氧化物的氧化反应转化(式(1)、(2)),在此过程中，M_yO_x被还原为M_yO_x-1,并在完全燃烧后生成H₂O和CO₂。通过冷凝水蒸气，可获得高纯的CO₂,从而简化了CO₂的捕集流程，减少了系统能耗(图1)。

图1 化学链燃烧概念

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