纸包装脱碳技术路径与碳捕获方案

本文探讨通过生物能源碳捕获与封存技术降低纸包装碳足迹的创新方案,详细分析非水性胺溶剂技术在工业规模应用中的能效提升与腐蚀性控制,涵盖从化学制浆到碳排放处理的完整技术链条。

纸包装脱碳技术路径

某中心每年配送数十亿件包裹,在确保商品安全送达的前提下尽可能减少附加包装使用。当必须使用附加包装时,主要采用纸质材料包括纸箱、纸质邮寄袋及纸袋。与传统塑料相比,纸质材料具有更易回收的可持续性优势,但大规模生产过程中仍会产生碳排放。

纸包装的碳排放主要取决于造纸厂类型、生产工艺、燃料使用及纸品等级。美国最常见的箱板纸厂采用原生纤维与再生纤维混合工艺,再生纤维主要来源于旧瓦楞纸箱(OCC)回收流,包括消费者回收的电商纸箱。原生纤维则通过化学制浆工艺从木屑中分离纤维素纤维与木质素。

生物碳排放与BECCS技术

使用原生纤维的造纸厂会产生可作燃料的废弃生物质(包括树皮碎屑和制浆副产品黑液),燃烧时产生生物源碳排放。美国环保署认定此类排放为碳中性,因其对大气CO2浓度净增可忽略不计。2021年美国纸浆造纸行业74%直接排放属于生物源排放。

通过捕获并封存这些生物源排放,可生产比传统方法更低碳的纸质材料。这种生物能源碳捕获与封存(BECCS)技术被联合国政府间气候变化专门委员会认定为限制全球升温1.5℃的关键碳清除技术。

碳捕获技术方案

碳捕获技术主要分为三种方式:

  1. 预燃烧捕获:在燃烧完成前吸收CO2
  2. 后燃烧捕获:在燃烧流程后吸收CO2
  3. 富氧燃烧捕获:在纯氧环境中燃烧燃料,使废气主要含CO2和水蒸气

后燃烧捕获是目前最成熟的技术,可采用液体或固体材料吸附CO2。传统胺-水混合液虽有效但能耗较高,固体吸附材料同样存在高能耗问题。

非水性胺溶剂技术突破

某研究机构历时13年开发出非水性胺溶剂(NAS)碳捕获技术,通过大幅降低胺液中水分含量,使吸收-再生循环能耗比传统胺-水溶液降低36%。该技术还具有极低腐蚀性和增强的物理化学特性,可显著降低运营风险与维护成本。

工业级示范项目

某中心联合国际纸业、斯伦贝谢工程团队及某研究机构,获得美国能源部8800万美元资助,计划在2029年前建成每年捕获12万吨CO2的大型示范设施。该项目将生产约10万吨脱碳纸材用于电商包装,同时为造纸、水泥、钢铁等行业的规模化应用提供技术验证基础。

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