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碳捕捉
鎖定
- 中文名
- 碳捕捉
- 別 名
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CCS
CCUS - 有害氣體
- 温室氣體
- 原 理
- 二氧化碳和胺類物質發生反應
- 封 存
- 埋於地下
- 釋 義
- 捕捉釋放到大氣中的二氧化碳
- 成 本
- 25美元
碳捕捉簡介
碳捕捉捕捉
碳捕捉，吸引力在於能夠減少燃燒化石燃料產生的有害氣體——温室氣體。在世界石油會議（WPC）上，能源行業的老總們都熱切希望把它當作一個解決氣候將變暖的方案。但是，技術瓶頸仍然存在，大規模發展的價格依然昂貴，讓項目進行困難重重。
碳捕捉封存
一個經常被談及的可能性就是碳捕捉和封存（CCS），也就是把二氧化碳深埋於地下。能源公司對這項技術有着很高的期望（見圖表）。
但是有兩個問題。其一是沒人知道這項技術是不是真的那麼管用（或者説，是不是深埋的二氧化碳不會泄露）。另外一點便是雖然我們還不知道效果如何，可以肯定的一點是CCS技術很貴--它高昂的成本甚至使替代能源都顯得十分具有吸引力。
碳捕捉原理
捕捉：
對二氧化碳的捕捉主要有三種方式：
- 燃燒後捕捉（post-combustion capture，簡稱 PCC）：顧名思義，就是在工藝的燃燒部分之後進行捕捉。由於一般對 CO2的捕捉多用於發電廠，因此往往在電廠燃燒段之後放置一吸收分離裝置，使用溶劑對 CO2進行吸收，最後則吹脱出 CO2氣體並壓縮，進入運輸管道。
- 燃燒前捕捉（pre-combustion capture或integrated gasification combined-cycle，簡稱 IGCC）：與 PCC 相反的，在IGCC 中首先通入氧氣或者空氣，將煤炭和生物質燃料等原料氣化，再進入燃燒段進行反應，與此同時通入一定的水蒸氣，最終的產物有 CO2、CO、H2、N2以及硫化物等。由於此時的混合合成氣（syngas）氣壓很高（約30-50個大氣壓），對 CO2的分離就變得容易很多。最後 CO2經過吸收/吸附/膜分離等技術處理後被壓縮和運輸，進入下一個步驟。剩下的氣體則或被排空（N2等），或被再次利用（CO、H2等）。
- 氧氣燃燒（Oxy-combustion）：該方法主要是通過將空氣中的氮氣與氧氣分離，使用純氧對燃料進行燃燒，從而可以提高燃燒效（大約提高17%-35%），提高 CO2的純度，降低 CO等副產物的產生。
上述三種方法各有優缺點，可以用於適應不同的情況：
- PCC 主要的優點在於改造幅度最小，從而意味着最小的改造資金投入，一般認為是比較經濟的做法，在歐盟地區得到普遍的採用。該方法主要使用0.3g/g 的乙醇胺（C2H7NO）溶劑對 CO2進行吸收，從而也帶來一些問題，比如：乙醇胺溶液的再生需要耗費巨大的能量，溶劑的揮發對環境的影響以及其降解產物的影響等。所以之後也有學者研究了替代溶劑，如日本三菱的 KS1和 KS2溶劑和BASF’s OASE 藍（GUSTAV200）等用以改善現狀，可喜的是目前已經通過中試，有可能會很快投入使用。
- IGCC 目前主要面臨的問題是成本較高。由於需要將煤炭等燃料氣化，不論是改造的投資費用還是後期運行費用均較高，另一方面該方法降低了一定的燃燒效率（約38%-43%，而一般的煤粉燃燒大概在44%左右），因此使用該技術的試點單位還不多。然而，該方法的優點在於提高了壓強，更高的 CO2比例以及更小的氣體流量，同時還可能同時產出 H2等能源氣體，從而降低投資費用。
- Oxy-combustion經過多年發展，也已經得到了廣泛的應用。該技術的關鍵在於將空氣提純，得到氧氣濃度大於95%的混合氣，通入到燃燒室中。然而提純的步驟需要耗費大量的能源，如何降低能量的消耗一直是近些年來研究的目標。同時Oxy-combustion 還被用於其他行業，比如煉油廠（refinery）、水泥（cement）行業、鋼鐵（iron and steel）行業等，但目前還處於比較初級的階段。
埋藏
二氧化碳的封存一般適合以下地質結構：
- 成熟或已經耗盡的氣油田地質結構。
- 深層鹽鹼含水層。
- 廢棄的含煤層。
在這樣的深度，壓力會將二氧化碳轉換成所謂的“超臨界流體”，只有這樣狀態的二氧化碳才不容易泄露。
碳捕捉成本
碳捕捉概念
碳捕捉
碳捕捉改變
這樣的價格，無論是作為碳税還是在排放權交易的制度中，都將大大改變能源經濟。但即使是CCS最樂觀的擁護者也質疑這項技術在2020年之前是不是真的能得到大範圍推廣。而到了那個時候，無論是地球的氣候還是政治環境都會大不相同。
碳捕捉困難
碳捕捉四大難題
首先，在化石燃料和能源生產的過程中捕捉二氧化碳所需的費用是極其昂貴的。
第二，埋藏地點必須經過檢驗。在那兒，二氧化碳不能泄漏，必須修建包括油輪和管道在內的設施來運輸二氧化碳到這些地點。
第三，由於成本原因，還沒有各類環保公司有意向在（碳捕捉）CCS技術上進行投資，美國麻省理工學院的一項研究提出碳捕捉（CSS）處理二氧化碳的成本約30美元（19歐元）每噸。這就要求要麼提高碳税抵消排放成本，採取碳排放限定及交易許可來取得税金，或者直接採用大量的政府補貼。專家説，面臨着市場不斷地全球化，一個使二氧化碳排放付出代價的綠色國際協議很有必要。有排放成本才會促使一些企業改進生產，減少污染。
碳捕捉目標
作為天然氣精煉以及氨、氫工廠工業過程的一部分，在能源生產中分離出了二氧化碳已經基本成功，所以碳捕捉已經完成，下一個目標就是尋找合適的埋藏地點了。
碳捕捉意義
碳捕捉商業意義
碳捕捉能源意義
潛力相當大。英國政府目前正在考慮將捕獲的碳儲存到北海油田採空石油後留下的空洞中，而且要把北海油田變為一個碳存儲基地。
碳捕捉示範工程
到現在為止，只有三個成功的CCS項目處在進行中。
Weyburn-Midale項目填埋的是北達科他薩斯喀徹温省一座廢棄油田的煤炭氣化廠產生的二氧化碳。英國石油公司經營的阿爾及利亞薩拉油田項目把從當地生產的天然氣中提取的二氧化碳輸入地下。挪威大型石油天然氣公司國家石油公司也在北海的有兩處類似的項目。而這些項目事實上都與發電沒有關係。幾年之前，這些項目還大受追捧。但現在，追捧者開始緊張了，不敢立刻上馬新的項目。
問題很嚴重。上述的三個“示範工程”每年處理100萬噸二氧化碳，但僅美國的發電廠每年二氧化碳排放量就達到15億噸。這也就意味着僅美國就要找1500個合適的地點建立CCS項目，而且沒人知道在美國是不是真的能找到那麼多合適的地方。甚至把如此大量的二氧化碳運到處理廠也是一個巨大的工程。
碳捕捉理想場所
碳捕捉國外場所
碳捕捉：東北地區和東南海域是理想場所
所謂“碳捕捉”，就是捕捉釋放到大氣中的二氧化碳，壓縮後，封存到枯竭的油田或其他安全的地下場所。早在上世紀70 年代，歐美能源專家便開始研究該技術。目前，隨着新一輪全球氣候問題大討論的展開，“碳捕捉”一下子又成為新能源技術中的大贏家。在美國，奧巴馬政府上台後，便把“碳捕捉”列入推薦清潔煤的關鍵一環，美國能源部計劃在未來10年投入4.5億美元在美國7 個地區進行“捕捉和存儲”(英文簡稱CCS )項目實驗。在剛剛結束的八國集團峯會上，歐洲委員會提出將“碳捕捉”技術商業化的戰略。到2010年，至少有20個發電廠使用“碳捕捉”技術，到2020年前，歐洲和美國將大力推廣該技術，並在2025年前在全球推廣。
碳捕捉國內場所
6月18日，英國碳捕捉聯盟首席研究員瓊·吉賓斯博士(Jon Gibbins)來到上海，參加名為“碳捕捉與全球氣候的未來”交流會。交流會上，瓊·吉賓斯博士解釋道， “捕捉”碳並不複雜，而“擁有豐富油田和天然氣田的中國東北，以及中國東海南海區域，均是實施‘碳捕捉’技術的理想場所。”
碳捕捉變廢為寶
碳捕捉步驟
將二氧化碳“變廢為寶”
如果要在一家煤電廠旁邊開展“碳捕捉”項目，首先要安裝3個主要裝置。瓊·吉賓斯博士拿最近正在英國東海岸展開的一個“碳捕捉”試點項目舉例道：“第一個是用於化學反應的金屬片，‘清洗’發電廠排放出的尾氣，把二氧化碳‘捕捉’下來;接着是讓二氧化碳氣體通過一個加熱塔，目的是通過蒸汽加熱，得到更純的二氧化碳;最後一步是將氣體通過一座壓縮塔，得到方便運輸的壓縮二氧化碳。”
碳捕捉主要影響
“通常，捕捉一噸碳的成本約60美元。但在中國，我預計成本可能降至40美元/ 噸。” 吉賓斯博士告訴本報記者。煤電在中國電力結構中佔極高比例，找到一種更清潔地使用煤炭的技術對中國而言意義重大。
根據聯合國政府間氣候變化委員會(IPCC)調查，全球大概有9300多億噸的二氧化碳可以埋藏到油田中，相當於2050年全球累積排放量的45%。據預計，“碳捕捉”技術的應用能夠把全球二氧化碳的排放量減少20% 至40%。
除了對氣候變化產生積極影響外，“碳捕捉”技術還可以實現一定的商業價值。被捕獲的碳可以用於石油開採、冶煉廠，甚至汽車業。在全球範圍內，最早成功實現“碳捕捉”試點項目的挪威國家石油公司證實，在油田裏灌入二氧化碳，可以使得石油的採收率提高40-45%。
碳捕捉面臨質疑
碳捕捉多方評價
儘管“碳捕捉”潛力很大，但也面臨一些質疑。最新一期《經濟學人》雜誌撰文表示，儘管能源公司對“碳捕捉和封存”技術有着很高的期望，但有兩個問題尚未解決：一是價格昂貴;二是沒有人知道這項技術是不是真的那麼管用。或者説，深埋的二氧化碳會不會泄漏。“碳捕捉和封存的成本非常非常高。”中國華能集團公司科技部長蔣敏華表示，公司將於今年年底在上海啓動第二個碳捕捉示範項目，每年捕捉10萬噸二氧化碳，然而高昂的成本在一定程度上阻礙了項目進程。
蔣敏華説，按目前的技術計算，碳捕捉成本約在200元人民幣/ 噸，而實際處理加工至進行商業應用的程度，每噸還需增加150元投入。
碳捕捉記者瞭解
據記者瞭解，目前二氧化碳的封存技術分為“地質封存”和“海洋封存”兩種。適合封存二氧化碳的地質結構包括油田、氣田、鹹水層、無法開採的煤礦等。據IPCC研究表明，二氧化碳性質穩定，若地質封存點經過謹慎選擇、設計與管理，注入其中的二氧化碳99%可封存上千年。
碳捕捉規劃
碳捕捉國際規劃
按照歐盟的規劃，德國將建設2個CCS示範工程，荷蘭有3個，英國有4個。德國，荷蘭，英國，西班牙和波蘭將分別獲得約2.45億美元的投資。除此以外，意大利將獲得1.35億美元，法國將獲得6700萬美元用於二氧化碳運輸基礎設施建設。
碳捕捉八國集團峯會
剛剛結束的八國集團峯會上，各國領導人繼續就能源和氣候問題達成共識。歐洲希望在2010年至少有20個發電廠使用CCS技術，並實現規模化和商業化。到2015年，歐洲至少要建立10個大型示範工程。那麼到2020年，CCS技術就可以在全球範圍內實現廣泛的商業應用。要實現這個目標，這些發達國家需要在今後10多年內投入200億美元。
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碳捕捉其他相關
“後哥本哈根”時代
二氧化碳排放量位居全球首位，煤炭消耗佔能源消費70%……面對“後哥本哈根”時代，中國將如何應對？在4月8日舉行的“2010年綠色暢想：能源、教育、環境倡議”國際論壇上，中美兩國科學家再次呼籲應重視“碳捕捉和儲存”，把二氧化碳收集並注入地下，讓它從哪裏來到哪裏去。
此次論壇由南京郵電大學與美國紐約理工學院共同發起。論壇上，江蘇省生態學會秘書長阮宏華教授認為，“我們現在面臨的不僅僅是金融、經濟危機，還有環境和生態危機。若説金融和經濟危機帶來的是財政上的損失，環境和生態危機帶來的則是生命的損失。”而目前面臨最嚴峻的環境問題之一就是全球變暖，造成這一現狀的罪魁禍首，就是過量排放的二氧化碳。
新興能源
太陽能光伏、風電、生物質能源的出現，為人類擺脱化石能源依賴帶來曙光，但是美國環境保護局可持續化技術部門主席赫裏貝託·卡比薩斯為此敲響警鐘，他認為即便是美國這個世界首屈一指的發達國家，到2035年也無法做到完全或大部分利用新能源取代煤發電，對於其他國家而言難度就更大。
面對這樣的矛盾，美國創新採煤方案諮詢機構顧問阿倫·維克利提出，在現有煤發電廠加裝碳捕捉裝置，對碳進行捕捉和儲存可以成為一種控制二氧化碳排放的有效手段。所謂碳捕捉與儲存，一般指的是將化石燃料燃燒所產生的二氧化碳捕獲，然後將其泵入海底、沙漠或陸地下面進行封存。
據瞭解，歐盟已為碳捕捉和儲存項目注入10多億歐元啓動資金，還將通過碳交易體系再籌措45億歐元后續資金；歐盟還要求，2020年之後以煤為燃料的新建電廠都應具備碳捕捉技術。而美國也將在未來10年投入4.5億美元在美國7個地區進行碳捕捉和儲存項目試驗。目前，這項技術在我國也已經起步，但還遠遠不夠，目前僅有華能集團投資建設了2個碳捕捉示範裝置。
專家建議
專家們認為，我國地質構造豐富，具備註入潛力的地層可儲存二氧化碳14540億噸，能夠滿足未來數百年二氧化碳地質儲存的需要，必須加大這方面的研究與應用力度。而被注入地下的二氧化碳並非再次沉睡，而是發揮新的作用。利用二氧化碳驅油技術，不僅可以大大提高石油採收率，而且將二氧化碳置換原油而長期儲存於油巖中，還實現了真正意義上的規模減排。目前，我國“973計劃”項目“温室氣體提高石油採收率的資源化利用及地下埋存”已進入工程示範階段，在吉林油田已埋存8萬噸二氧化碳，實現了石油的綠色開發，取得了經濟效益和環境效益的雙贏。
碳捕捉新聞
據英國《每日郵報》報道，一家英國公司最近成功“從空氣中提取了汽油”，這項具有開拓性的科學突破則有望終止人類對日益減少的化石燃料的依賴。
工程師正在檢查設備(2張)
據悉，該技術首先使氫氧化鈉與空氣混合，接着電解混合得到的碳酸鈉並釋放出純二氧化碳。而釋放出的純二氧化碳與水中的氫電解質相互反應後便會得到烴混合物。當然，根據人們對燃料類型的需求不同，研究人員還可變換反應條件，以得到不同成分比例的混合物。
其所生產出的燃料可供任何型號的汽油使用，只要現場在燃料中加入與之匹配的添加劑即可。
同時，該燃料還可直接與汽油、柴油以及航空燃料相合成。
航空燃料合成公司CEO彼特-哈里遜（Peter Harrison）上週將該科學突破公佈在於倫敦舉辦的機械工程師協會（Institution of Mechanical Engineers）大會上。在接受記者採訪時，他説道：“我們正在將可再生電能轉換成一項更具通用性、可用性以及存儲性的能源，比如液體交通燃料。我們認為，截至2014年時，如果能得到資金支持使項目繼續的話，我們就能利用可再生能源生產出汽油並使之商業化。”
據瞭解，從空氣中提取汽油對新興綠色經濟來説簡直就是“聖盃”，它可有效地從大氣中消除主要的工業温室氣體。
然而，將提取出的二氧化碳循環再生出可用於現有引擎的燃料，則有望改變世界的環境和經濟格局。
但是目前，該項目還相當昂貴，光是提取1噸二氧化碳便要花費400英鎊。
- 參考資料
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- 1. 中國電力網關於碳捕捉的報道
- 2. 從空氣中提取汽油成功 或有望解決世界能源危機 ．搜狐[引用日期2012-11-09]
