“登山者”成世界首個(gè)CCS火電廠
有100層樓那么高的煙囪不斷地冒著白色的水蒸氣，混合了燃燒1.2萬(wàn)噸煤之后產(chǎn)生的二氧化碳和其他一些廢氣不斷從“登山者”火電廠的煙囪中被排向空氣中，而每年“登山者”要這樣燃燒350萬(wàn)噸煤。“登山者”火電廠位于美國(guó)紐黑文市郊區(qū)，其年發(fā)電量高達(dá)1300兆瓦，足夠100萬(wàn)個(gè)美國(guó)家庭連續(xù)使用一個(gè)月。如今“登山者”火電廠將運(yùn)用CCS技術(shù)將其年碳排放量的1.5%捕捉并封存于地下，這在世界上尚屬首次。
“冷卻氨”技術(shù)為CCS實(shí)際應(yīng)用鋪路
“‘登山者’目前處在一個(gè)重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，我們認(rèn)為煤炭是不可或缺的資源，但我們也希望煤炭能夠更‘干凈’。”阿爾斯通集團(tuán)子公司阿爾斯通電力公司總裁飛利浦·喬伯特說(shuō)。這次“登山者”火電廠使用的CCS技術(shù)正是來(lái)自阿爾斯通電子公司。
這次用于“登山者”火電廠的CCS設(shè)備所使用的技術(shù)被阿爾斯通公司稱(chēng)為“冷卻氨”技術(shù)，它使用碳酸銨將CO2從被冷卻的廢氣中分離出來(lái)，之后再加熱生成的碳酸氫銨，回收生成的氨水以重復(fù)使用。氨水目前普遍應(yīng)用于分離廢氣中的氮氧化物。
“登山者”火電廠碳捕捉的過(guò)程簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)是這樣的：廢氣會(huì)通過(guò)用玻璃纖維增強(qiáng)過(guò)的碳捕捉塑料管道并會(huì)被降溫，從55攝氏度降低到1-21攝氏度之間。這樣做的目的是將其中的粉煤灰、二氧化硫和氮氧化物去除。走近這個(gè)設(shè)備會(huì)發(fā)現(xiàn)，其發(fā)出的隆隆巨響主要來(lái)自用于進(jìn)一步降溫的風(fēng)扇。另外，經(jīng)過(guò)冷卻的CO2會(huì)在一個(gè)高大的容器中沉淀，為了防止有其他固體進(jìn)入，容器中會(huì)有一個(gè)攪拌器不停運(yùn)轉(zhuǎn)。之后，會(huì)有一個(gè)增壓機(jī)將CO2以每平方厘米98千克的密度液化。除此之外，碳酸氫銨也會(huì)在特有的再加工煙囪中經(jīng)過(guò)熱蒸汽和壓力的共同作用再次生成碳酸銨，這也是CO2分離過(guò)程中的重要一步。CO2會(huì)在這個(gè)過(guò)程中被“吸”出來(lái)，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生少量的硫酸銨，硫酸銨也是一種很好的化肥。阿爾斯通電力技術(shù)和政務(wù)部副主管羅伯特·希爾頓形象地將這個(gè)過(guò)程比喻成一次“淋浴”，他說(shuō)：“在經(jīng)過(guò)處理后氣體將升起，而液體則下降。”
其實(shí)，“冷卻氨”技術(shù)給CCS應(yīng)用于發(fā)電廠帶來(lái)的最大好處還是在于與其他的CCS技術(shù)相比該技術(shù)對(duì)電力的消耗更低。阿爾斯通產(chǎn)品經(jīng)理肖恩·布萊克舉例說(shuō)目前使用另一種氨化合物的CCS技術(shù)，幾乎要消耗一個(gè)發(fā)電廠30%的電力來(lái)維持，而他們的目標(biāo)是將消耗量降低到15%以下。
碳封存環(huán)節(jié)面臨更多難題
美國(guó)電力公司（AEP）也參與了這次“登山者”的CCS 技術(shù)應(yīng)用。該項(xiàng)目企劃負(fù)責(zé)人布萊恩·赫里克表示：“也許更艱難的挑戰(zhàn)在于碳封存的環(huán)節(jié)。”他認(rèn)為對(duì)于阿爾斯通公司來(lái)說(shuō)，封存環(huán)節(jié)存在更多需要解決的問(wèn)題。因?yàn)樵摥h(huán)節(jié)不僅要受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況的影響，還需要地方政府的全力配合，同時(shí)與當(dāng)?shù)鼐用褚裁芮邢嚓P(guān)。據(jù)悉，“冷卻氨”技術(shù)之前已經(jīng)在威斯康星州的一家發(fā)電廠進(jìn)行了試用，但并沒(méi)有進(jìn)行碳封存。原因正是當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況并不適宜進(jìn)行碳封存。
這次應(yīng)用于“登山者”火電廠的CCS設(shè)備每小時(shí)可以捕捉 5.5噸被加壓的CO2，并通過(guò)一個(gè)直徑為5厘米左右的絕緣管運(yùn)出。然后運(yùn)到大約300米左右的地下，將其增壓至密度為每平方厘米140公斤左右，之后再通過(guò)兩口被稱(chēng)作AEP1和AEP2的井封存到更深的地下。其中AEP2井將會(huì)把CO2運(yùn)送到2375米深的地下砂巖層封存，而AEP1井則將CO2運(yùn)往地下超過(guò)2450米處封存。壓在上方厚厚的頁(yè)巖層和石灰?guī)r層確保了CO2不會(huì)再次泄露到地面上來(lái)。
赫里克還表示，舊井最可能成為CO2泄露的通道。由于在AEP1、2的上方地下約1200米深處有一個(gè)舊煤氣井，所以CO2的地下封存情況也會(huì)被密切地監(jiān)測(cè)起來(lái)，以防止出現(xiàn)泄漏事故。另外為了更完整的檢測(cè)地下CO2的封存情況AEP公司還特意鉆了3口地下井用于觀測(cè)。
CCS的未來(lái)應(yīng)用更加廣闊
在談到CCS的實(shí)際應(yīng)用時(shí)，長(zhǎng)期應(yīng)用CCS技術(shù)的美國(guó)拉辛市市長(zhǎng)斯科特·希爾表示：“我想將CO2封存到地下要比將它們排放到空氣中好得多。我確實(shí)也很想知道這個(gè)技術(shù)長(zhǎng)期會(huì)帶來(lái)什么影響，但就目前的情況來(lái)看，一切還是令人滿(mǎn)意的。”
赫里克表示，AEP公司下一步將會(huì)將提高這種設(shè)備的使用比例，希望發(fā)電廠1/5（約合235兆瓦）的發(fā)電過(guò)程中都能應(yīng)用這種CCS設(shè)備。當(dāng)然，這也會(huì)占用更多的空間，在準(zhǔn)備設(shè)備的過(guò)程中會(huì)占用8-12英畝的土地，還需要一個(gè)幾乎和發(fā)電廠一樣大的設(shè)備來(lái)吸收發(fā)電廠排放的廢氣。該設(shè)備至少要花費(fèi)7億美元左右，AEP公司已經(jīng)向聯(lián)邦政府申請(qǐng)其中一半的資金援助。
阿爾斯通美國(guó)公司總裁皮埃爾表示，雖然該技術(shù)還無(wú)法立即推廣，但距離實(shí)際應(yīng)用也為時(shí)不遠(yuǎn)。公司計(jì)劃在2015年將“冷卻氨”技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化的推廣。
位于加利福尼亞州帕羅奧圖市的美國(guó)電力科學(xué)研究院（EPRI）高級(jí)研究員亨利說(shuō)：“減少電力部門(mén)的碳排放是電力工業(yè)領(lǐng)域最重要的任務(wù)之一，如果我們能夠做到更好地“脫碳”，將會(huì)對(duì)電力汽車(chē)等新技術(shù)的發(fā)展有很大的幫助。”亨利還表示，EPRI估計(jì)通過(guò)CCS技術(shù)、加大可再生能源比例以及修建新型核電站等方式，美國(guó)的碳排放量到2030年會(huì)減少41%。
通過(guò)控制污染排放等方式也許可以使煤炭成為更加清潔的能源，而且使用清潔煤炭同樣需要極高的成本，發(fā)電成本幾乎要提高一倍。而且就算是清潔煤炭在燃燒后仍會(huì)產(chǎn)生汞和其他一些有毒物質(zhì)。此外，一些從20世紀(jì)50年代就開(kāi)始運(yùn)行的老發(fā)電廠根本沒(méi)有進(jìn)行污染排放控制的設(shè)備。他們會(huì)一直運(yùn)行直到被迫關(guān)閉，這無(wú)形中又增加了電力成本。
“這是世界上首次將CCS技術(shù)應(yīng)用于火電廠。雖然有人說(shuō)這只是一次小的嘗試，但其意義的重大是不言而喻的。” 飛利浦·喬伯特說(shuō)。
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