碳捕获

碳捕获碳捕获与封存（CarbonCaptureandStorage，简称CCS）是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的二氧化碳收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。CCS技术包括二氧化碳捕集、运输以及封存三个环节，它可以使单位发电碳排放减少85%-90%。碳捕获是世界发达国家在环保方面的一项新技术,主要是指将二氧化碳捕获后,存放在地下或海底里.如英国2009年能源和气候变化部提出了一个新计划,在全球范围内大力推广碳捕获技术.据专家估计,如果全面应用,可以使人类减排成本降低30%.英国在国内建设四座规模宏大的碳捕获和储存示范工程,并规定新建煤电厂至少须有25%的产能安装捕获设施,凡不具备碳捕获能力的煤电厂都应关闭.美国也研制了降二氧化碳封存在水泥中的新技术.我国目前正在积极研发和推广这方面的技术.两则新闻报道第一则2006年7月4—5日，中国科学技术部和英国环境部在北京组织召开“碳捕获与碳封存实现燃煤发电近零排放国际研讨会”。科技部刘燕华副部长出席会议并做重要讲话。来自中国有关部委的官员、有关高校、院所和企业的研究人员以及来自欧盟国家、美国、加拿大、澳大利亚等国和有关国际组织的官员和研究人员等共约200人参加了会议。这是第一次由中国政府部门牵头组织的关于碳捕获与封存的国际会议，表明了中国政府重视减缓温室气体排放和保护全球气候，并愿意为此做出力所能及的努力。第二则2006年10月31日，美国能源部助理部长杰弗里·D·杰瑞特在“亚太清洁发展和气候伙伴关系”会议上宣布，美国将提供4.5亿美元用于支持美国碳封存技术的研发。并就未来10年里在美国境内进行7项碳封存测试事宜，同与会者进行了讨论。“亚太清洁发展和气候伙伴关系”会员国包括澳大利亚、中国、印度、日本、韩国和美国。这六个国家的人口约占全球人口的50%，它们的经济和能源消耗占全球经济和能源消耗的50%以上。合作方已经初步确认了在美国实施碳封存的时机，预计有潜力存储6000亿砘二氧化碳，这相当于美国能源部门200多年的二氧化碳排放量。目前正在实施一系列小规模实地测试。布什政府的目标是：到2012年，将美国“温室气体”排放量减少18%，并确保碳封存技术在不久的将来得到广泛应用。包括的内容设想这一设想包括：（1）将人类活动产生的碳排放物捕获、收集并存储到安全的碳库中；（2）直接从大气中分离出CO2并安全存储。由此，人们将不再是通过CO2减排，而是通过碳封存的方法，同时结合提高能源生产和使用的效率以及增加低碳或非碳燃料的生产和利用等手段来达到减缓大气CO2浓度增长的目标。陆地生态系统对CO2的吸收是一种自然碳封存过程。陆地植物在其生长过程中，需要利用CO2合成有机物，它们能够在一定的浓度范围内吸收CO2，从而节省了将其分离、提纯等技术的花费。因此以森林再造、限制森林砍伐等方式来实现的碳封存被认为是最具经济效益的方式。而保护和优化陆地生态系统则有利于碳封存的维持和扩增。需求原因针对定点源的人类排放，如油井、化学工厂、火力发电厂等，碳封存技术的开发着重点是捕获和分离CO2，然后将其注入到海洋或是深地质结构层中。由于某种需要，工业生产中也伴随有一些碳封存过程。例如在石油开采时，CO2常会跟天然气一起由地底下喷射出来，通常CO2在从油井冲出来后便释放到空气中。但是，在同时开采石油及天然气的过程中，CO2常会被重新注入到油井内，以便能保持所需压力而抽取更多的石油，而这项所用的花费可以由所增加的石油产量来补偿。在美国，每年能因此封存3200万吨CO2。而位于距挪威海岸240km的北海中部的Sleipner海上钻井平台从1996年起就将油井生产中的CO2收集并注入到1000m以下的富含盐水的砂岩层。这个海上钻井平台之所以这样做，是因为从1996年以来挪威对工业排放CO2征收50美元/吨的排放税，而将CO2注回到岩石层中与之相比则要便宜得多。在存储方面，则采用了以下一些方法，如向尚未开采的煤层中注入CO2，从而回收甲烷；将CO2制成干冰，投掷到海洋中；利用固定的管道或是轮船拖曳管道将CO2泵入深海等。方法思路通过对海洋的增肥也是利用生态系统来达到碳封存目标的方法。这方法思路是，向海洋投放微量营养素（如铁）和常量营养素（如氮和磷），由此加速海生物泵过程，增加海洋对大气CO2的吸收和存储。这主要是通过增长浮游植物的光合作用增加其产量，然后借助生物链扩增CO2向有机碳的转化，再通过有机碳的重力沉降、矿化等机理来实现碳封存。大范围的海洋增肥能够增加渔业产量，从而带来商机，这也引起了一些商业团体的关注。另外，还可利用化学和生物技术对CO2进行回收和再利用。例如，利用CO2来生产碳酸镁或是CO2包合物（CO2clathrate）的前景很被看好。若是将1990年全球排放的CO2制作成碳酸镁，它可包含于空间尺度为10km×10km×150m的固态物中，这样是有利于储存或是再利用的。同样的情形也适用于CO2包合物。而在生物技术上，主要是利用非光合作用微生物过程将CO2转化成有用的原料，如甲烷和醋酸盐。这一技术像陆地生态系统的情况一样，不需要提纯CO2，从而可节省分离、捕获、压缩CO2气体的成本。优点碳封存技术看起来有着光明的前景，它不仅对发起者美国有利，而且也对各主要化石燃料消费国，特别是对煤炭消费国有利。同时它还具有平息有关减排分摊争吵的潜在能力。美国能源部的相关计划的目标是将碳封存的所需费用从目前的100～300美元/吨减少到2015年的10美元/吨以下。据称，这种碳封存方法将成为解决气候变化问题的最佳选择之一。缺点但是要实现与现阶段的CO2排放量相当的碳封存，势必将改变全球碳循环的格局，这不仅仅是需要低廉的技术手段，而且还需要进行正确、严谨的科学研究和评估。往深地质结构层中注入CO2并封存，能否确保它们能够在长时期内稳定存储，且不会因为地壳活动而喷发以至导致灾难？而对海洋的增肥以及向深海注入CO2，更需要有模式模拟和研究以提供相关的技术参数作为科学支持；同时，向深层海洋注入CO2或是通过海洋增肥的方式引发更多的碳沉降也就会增加海洋中碳由上至下的传输，这势必引起海洋碳循环的变动。利用海洋环流模式、碳循环模式等并结合生物化学过程可模拟碳沉降、液态CO2浓度在洋底的分布、随洋流的扩散等特征，进而分析海洋生态的反馈，分析整个气候系统的反馈等。另外，气候评估模式也能够评价海洋增肥的生态效应。必要的科学实验结合相应的模式模拟和评估，也有利于碳阱(CarbonTrap)的选择以及确保正面的环境影响。二氧化碳埋存能力从全球主要类型的二氧化碳埋存能力来看，地质埋存要比森林和土地捕获二氧化碳的潜力大，而且后者需要紧缺资源的支撑。2007年APEC峰会发表的《亚太经合组织领导人关于气候变化、能源安全和清洁发展》的宣言强调了可持续的森林管理和土地利用的重要性，并制定了到2020年在亚太地区各种森林面积至少增加2000万公顷的意向性目标。然而，我国为确保守住十一五期间18亿亩耕地的“红线”，国务院最近刚刚发布了关于完善退耕还林政策的通知，暂停了1600万亩的退耕还林计划（《新京报》，2007年9月11日），这更加剧了扩大林地面积的难度。一些发达国家为实现东京议定书的承诺目标，已经考虑将二氧化碳的地质埋存作为减少二氧化碳排放的主要手段之一，并就此开展了一系列的调查、试验和试点研究工作，取得了不少成功的经验。因此，借鉴国际经验，在我国大力倡导二氧化碳的地质埋存更具有重要性和紧迫性。澳大利亚的维多利亚省于2008年4月刚刚启用了全球第一座大规模的碳捕捉和碳封存设施。进展动态第三届“碳封存领导人论坛”部长级会议2009年10月13日在英国伦敦举行。会议发布的公报说，在2009年年底举行的联合国气候变化大会上，应考虑将“碳捕捉与储存(CCS)”技术纳入可能达成的新全球协议中。CCS技术技术概况CCS是稳定大气温室气体浓度的减缓行动组合中的一种选择方案。CCS具有减少整体减缓成本以及增加实现温室气体减排灵活性的潜力。CCS的广泛应用取决于技术成熟性、成本、整体潜力、在发展中国家的技术普及和转让及其应用技术的能力、法规因素、环境问题和公众反应。CO2的捕获可用于大点源。CO2将被压缩、输送并封存在地质构造、海洋、碳酸盐矿石中，或是用于工业流程。CO2大点源包括大型化石燃料或生物能源设施、主要CO2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以及基于化石燃料的制氢工厂。潜在的技术封存方式有：地质封存（在地质构造中，例如石油和天然气田、不可开采的煤田以及深盐沼池构造），海洋封存（直接释放到海洋水体中或海底）以及将CO2固化成无机碳酸盐。组成碳捕集CCS技术由碳捕集和碳封存两个部分组成。其中，碳捕集技术最早应用于炼油、化工等行业。由于这些行业排放的CO2浓度高、压力大，捕集成本并不高。而在燃煤电厂排放的CO2则恰好相反，捕集能耗和成本较高。现阶段的碳捕集技术尚无法解决这一问题。碳捕集技术目前大体上分作三种：燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集。三者各有优势，却又各有技术难题尚待解决，目前呈并行发展之势。哪一种先取得突破，哪一种就会成为未来的主流。燃烧前捕集技术以IGCC（整体煤气化联合循环）技术为基础：先将煤炭气化成清洁气体能源，从而把CO2在燃烧前就分离出来，不进入燃烧过程。而且，CO2的浓度和压力会因此提高，分离起来较方便，是目前运行成本最廉价的捕集技术，其前景为学界所看好。问题在于，传统电厂无法应用这项技术，而是需要重新建造专门的IGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的两倍以上。燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，北京高碑店热电厂所采用的就是这条技术路线。这一技术路线对传统电厂烟气中的CO2进行捕集，投入相对较少。这项技术分支较多，可以分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等等。其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备运行的能耗和成本较高。事实上，由于传统电厂排放的CO2浓度低、压力低，无论采用哪种燃烧后捕集技术，能耗和成本都难以降低。如果说，燃烧前捕集技术的建设成本高、运行成本低，那么燃烧后捕集技术则是建设成本低、运行成本高。碳封存若把CCS作为一个系统来看，碳捕集的成本要占到2/3，碳封存的成本占1/3。碳封存技术相对于碳捕集技术也更加成熟，主要有三种：海洋封存、油气层封存和煤气层封存。与碳捕集技术多路线并行发展不同，碳封存技术路线主次分明，方向明确。海洋封存有两种潜在的实施途径：一种是经固定管道或移动船只将CO2注入并溶解到水体中（以1000米以下最为典型），另一种则是经由固定的管道或者安装在深度3000米以下的海床上的沿海平台将其沉淀，此处的CO2比水更为密集，预计将形成一个“湖”，从而延缓CO2分解在周围环境中。海洋封存及其生态影响尚处于研究阶段。油气层封存分为废弃油气层封存和现有油气层封存。国际上有企业在研究利用废弃油气层的可行性，但并不被看好。主要原因在于目前人类对油气层的开采率只能达到30%—40%，随着技术进步，存在着将剩余的60%—70%的油气资源开采出来的可能性。所以，世界上尚不存在真正意义上的废气油气田。通过利用现有油气田封存CO2被认为是未来的主流方向，这项技术被称为CO2强化采油技术，即将CO2注入油气层起到驱油作用，既可以提高采收率，又实现了碳封存，兼顾了经济效益和减排效果。这项技术起步较早，最近10年发展很快，实际应用效果得到了肯定，也是中国优先发展的技术方向。煤层气封存技术是指将CO2注入比较深的煤层当中，置换出含有甲烷的煤层气，所以这项技术也具有一定的经济性。但必须选在较深的煤层中，以保证不会因开采而造成泄漏。中国已经和加拿大合作开发了示范项目，投资高、效果不错。问题在于CO2进入煤气层后发生融胀反应，导致煤气层的空隙变小、注入CO2会越来越难，逐渐再也无法注入。所以，该技术并不为研究人员看好。效率对人为的和自然界的类似情况的观测和模式都表明在适当选择并进行管理的地质封存储层中，被保留的部分很可能25在100年时间里维持在99%以上，并且也有可能19