碳捕集与封存的重要突破

1. 碳捕集与封存的重要突破

2012年8月6日，中国首个二氧化碳封存至地下咸水层的全流程示范工程建成投产一年多来，已累计封存二氧化碳4万多吨，取得了碳捕获与封存（CCS）技术领域的突破性进展。这个由中国最大的煤炭企业神华集团实施的10万吨/年“CCS”示范项目，是中国百万吨级煤直接液化示范项目的环保配套工程，被列为国家科技支撑计划重点科研项目。北京大学清洁能源研究院院长张东晓认为，“CCS”有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。因为封存工业排放的大量二氧化碳，潜力最大的地质结构就是咸水层，仅鄂尔多斯盆地下面的咸水层就能封存几百亿吨的二氧化碳，而这种盆地在中国比较多见。这个示范项目实现长周期运行，将为中国建设煤基低碳能源系统作出积极的探索，有助于其在清洁利用煤炭资源和温室气体减排方面做出更多贡献。

2. 碳捕集与封存的介绍

碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，简称CCS，也被译作碳捕获与埋存、碳收集与储存等）是指将大型发电厂所产生的二氧化碳（CO2）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。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。2012年8月6日，中国首个二氧化碳封存至咸水层项目获重要突破。

3. 碳捕集与封存的全球发展现状

据路透社报道，全球碳捕获与储存研究所在其本年度关于全球碳捕获与储存部署情况的报告中警告说，根据如今的投资水平和监管不确定性来看，从现有的16个项目激增至130个项目的目标是不可能实现的。 该研究所预计，其年度报告中确定的59个项目中，届时可能只有51个能投入运行，而有些项目则不太可能实施。“由于碳捕获与储存是铁、钢和水泥生产等工业领域唯一可用的脱碳技术，因此，无法将温度升幅仅仅控制在2摄氏度的风险变得更大。”报告说。许多主要国家的政府未能制定限制碳排放的法规并提高企业的排污成本，这阻碍了私营部门在这项昂贵技术方面的投资。在美国，两位总统候选人都在对煤炭行业的支持上大做文章，却很少提及在碳捕获与储存方面的投资，原因在于使用水力压裂法开采使得页岩气产量激增，从而大幅拉低了天然气价格，推动温室气体排放量降至20年来的低点。 根据该调查报告的结果，在过去一年中，全球大规模碳捕获与储存项目的数量只增加了1/75。自2011年以来，有8个项目被取消，但新确定了9个项目，其中大部分项目将把捕获的碳注入地下，以实现石油或天然气的再开采。美国的碳捕获项目数量居首，已运行和规划中的项目达24个，其次是欧洲的21个和中国的11个。美国和加拿大正在发展的项目主要都是利用捕获的碳来恢复石油开采。而中国碳捕获与储存行动的力度最大，9个新确立的项目中有5个位于中国。 报告还显示，虽然发展中国家的温室气体排放量预计将因人口增多和工业化进程而上升，但其碳捕获与储存初期阶段的发展取得了一些进展。 19个发展中国家正在实施碳捕获与储存项目，但为了实现国际能源署认为的必要的全球减排目标，到2050年，70%的碳捕获与储存项目需要部署在非经合组织国家。 该报告指出，英国、联合国和中国自2011年起已经在制定相关政策，这将有助于更大规模地部署碳捕获与储存项目。英国政府推出了一项综合政策，希望通过电力市场的改革，推动示范规模的碳捕获与储存项目向商业规模扩展。 联合国的气候变化机构在今年夏天决定，碳捕获与储存项目有资格作为清洁发展机制下的碳抵消项目，从而促使发展中国家采用这一技术来赚取碳信用额。而中国的5年规划则将碳捕获与储存列入了优先政策事项。但全球碳捕获与储存研究所警告说，这些进展并不足以削减碳排放或防止温度显著升高。 “尽管碳捕获和储存示范项目的投资仍然相当可观，但却越来越不稳固，而且现有的资金支持水平所服务的项目将比最初预期的要少。”报告说。 全球碳捕获与储存研究所警告说，政府需要做的不仅仅是通过碳定价立法来刺激碳捕获与储存方面的投资，同时应该减少赋予低碳技术政策上的优势——比如可再生能源，它们拥有更多补贴和激励政策。

4. 碳捕集与封存的二氧化碳封存

二氧化碳封存的方法有许多种，一般说来可分为地质封存（Geological Storage）和海洋封存（Ocean Storage）两类。 地质封存一般是将超临界状态（气态及液态的混合体）的CO2注入地质结构中，这些地质结构可以是油田、气田、咸水层、无法开采的煤矿等。IPCC的研究表明，CO2性质稳定，可以在相当长的时间内被封存。若地质封存点经过谨慎的选择、设计与管理，注入其中的CO2的99%都可封存1000年以上 。把CO2注入油田或气田用以驱油或驱气可以提高采收率（使用EOR技术可提高30%~60%的石油产量 ）；注入无法开采的煤矿可以把煤层中的煤层气驱出来，即所谓的提高煤层气采收率（Enhanced Coal Bed Methane Recovery，ECBM）。然而，若要封存大量的CO2，最适合的地点是咸水层。咸水层一般在地下深处，富含不适合农业或饮用的咸水，这类地质结构较为常见，同时拥有巨大的封存潜力。不过与油田相比，人们对这类地质结构的认识还较为有限。 海洋封存是指将CO2通过轮船或管道运输到深海海底进行封存。然而，这种封存办法也许会对环境造成负面的影响，比如过高的CO2含量将杀死深海的生物、使海水酸化等，此外，封存在海底的二氧化碳也有可能会逃逸到大气当中（有研究发现，海底的海水流动到海面需要1600年的时间 ）。总的来说，人们对海洋封存的了解还是太少。

5. 碳捕集与封存的二氧化碳运输

捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存，可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。一般说来，管道是最经济的运输方式。2008年，美国约有5800千米的CO2管道，这些管道大都用以将CO2运输到油田，注入地下油层以提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）

6. 碳捕集与封存的二氧化碳捕集

二氧化碳的捕集方式主要有三种：燃烧前捕集（Pre-combustion）、富氧燃烧（Oxy-fuel combustion）和燃烧后捕集（Post-combustion）。 燃烧前捕集主要运用于IGCC（整体煤气化联合循环）系统中，将煤高压富氧气化变成煤气，再经过水煤气变换后将产生CO2和氢气（H2），气体压力和CO2浓度都很高，将很容易对CO2进行捕集。剩下的H2可以被当作燃料使用。该技术的捕集系统小，能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，因此受到广泛关注。然而，IGCC发电技术仍面临着投资成本太高，可靠性还有待提高等问题。 富氧燃烧采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，将空气中大比例的氮气（N2）脱除，直接采用高浓度的氧气（O2）与抽回的部分烟气（烟道气）的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的CO2气体，可以直接进行处理和封存。欧洲已有在小型电厂进行改造的富氧燃烧项目。该技术路线面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太高，还没找到一种廉价低耗的能动技术。 燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集CO2，如今常用的CO2分离技术主要有化学吸收法（利用酸碱性吸收）和物理吸收法（变温或变压吸附），此外还有膜分离法技术，正处于发展阶段，但却是公认的在能耗和设备紧凑性方面具有非常大潜力的技术。从理论上说，燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂。然而，普通烟气的压力小体积大，CO2浓度低，而且含有大量的N2，因此捕集系统庞大，耗费大量的能源。

7. 碳捕集的相关政策

从科技部获悉，《“十二五”国家碳捕集利用与封存科技发展专项规划》（简称《规划》）已经正式发布。业内人士认为，这意味着碳捕集利用与封存产业即将开始快速发展的阶段 。作为经济快速发展的发展中国家，过去30年我国温室气体排放增长迅速，目前的年排放量已位居世界前列。尽管我国单位GDP的能耗和温室气体排放强度呈下降趋势，但能源消耗和温室气体排放总量持续增加的趋势短期内难以扭转。作为补救措施之一，人类正在尝试将碳进行捕获、利用与封存。

8. 碳捕集是什么

碳捕集是主要由烟气预处理系统、吸收、再生系统、压缩干燥系统、制冷液化系统等组成的脱碳装置。通过过滤把对环境没有任何影响的干净气体排放出去，而把二氧化碳留下来集中处理。             
                 碳捕集是主要由烟气预处理系统、吸收、再生系统、压缩干燥系统、制冷液化系统等组成的脱碳装置。通过过滤把对环境没有任何影响的干净气体排放出去，而把二氧化碳留下来集中处理。